اثر سطح مقطع قطعه كار بر خواص مكانيكي تيتانيم خالص تجاري توليد شده به روش پرس‌كاري در كانال هاي هم مقطع زاويه دار

Effect of work-piece cross section on the mechanical properties of commercially pure titanium produced by Equal Channel Angular Pressing

پرس‌كاري در كانال هاي هم مقطع زاويه دار يكي از موثرترين فرايندهاي تغييرشكل پلاستيكي شديد براي توليد مواد فوق ريزدانه و حتي نانوساختار است. از ميان بايوموادهاي فلزي، تيتانيم خالص تجاري در مقايسه با ساير آلياژها بهترين خواص مكانيكي را نشان مي دهد. در اين مطالعه اثر سطح مقطع قطعه‌كار بر خواص مكانيكي تيتانيم خالص تجاري توليد شده توسط اين فرايند مورد بررسي قرار گرفته است. قطعه كارهايي در دو نوع سطح مقطع دايروي و مربعي در قالبي با زاويه كانال 120 درجه با مقطع مربعي در دماي محيط طي يك گذر تحت پرس قرار گرفت و اثرات آن بر نيروي شكل دهي، اندازه دانه، سختي و استحكام مطالعه شد. شبيه سازي اجزاي محدود نيز با استفاده از نرم افزار آباكوس براي پيش بيني نيروي شكل دهي، كرنش پلاستيك معادل و بررسي اثر پارامترهاي هندسي كانال قالب بر آنها انجام شده است كه انطباق مناسبي بين نتايج شبيه سازي و تجربي وجود داشت. از تحليل نتايج چنين فهميده شد كه با استفاده از قطعه كاري با مقطع دايروي در فرايند پرس‌كاري در كانال هاي هم مقطع زاويه دار، در مقايسه با قطعه كار با مقطع مربع، نه تنها نيروي پرس‌كاري كمتري مورد نياز است بلكه خواص مكانيكي ماده نظير سختي و استحكام نسبتاً بهبود مي‌يابد.

Equal channel angular pressing is one of the most effective severe plastic deformation processes for fabrication of ultrafine grained or even nanostructured materials. Among the metallic biomaterials, commercially pure titanium exhibits the best mechanical properties, compared with other alloys. In this study, the effect of work-piece cross section on the mechanical properties of commercially pure titanium produced by this process has been investigated. The work-pieces in two types of cross section (square and circular) are pressed one pass in the square channel with angle 120° at room temperature and effects of cross section on the forming load, grain size, hardness and strength were studied. Finite element simulation using the ABAQUS software has been performed for forecasting the forming load, equivalent plastic strain and investigation of effects of geometry parameters of die channel on these. The simulation results show good agreement with experimental results. Through analysis of results, it is found that using the work-piece with circular cross section at equal channel angular pressing process not only decreased the required pressing load, but also significantly improved the mechanical properties of the materials such as hardness and strength as compared to using the work-piece with square cross section.