بررسي برگشت‌فنري تيتانيم خالص تجاري فوق‌ريزدانه در آزمون خمكاري سه‌نقطه‌اي

The investigation of spring-back of UFG commercially pure titanium in threepoint bending test

پرسكاري در كانال‌هاي هم‌مقطع زاويه‌دار (ECAP) يكي از موثرترين فرايندها جهت توليد مواد با ساختارهاي فوق‌ريزدانه و نانوكريستال مي‌باشد. تيتانيم خالص تجاري از خود زيست‌سازگاري عالي نشان مي‌دهد. لذا پتانسيل بالايي براي استفاده به عنوان بايومواد دارد. استحكام استاتيكي و ديناميكي پايين، يكي از نقاط ضعف اين ماده محسوب مي‌گردد. اين عيب مي‌تواند با اعمال فرايند ECAP بر آن برطرف گردد. يكي از حساس‌ترين پارامترها در فرايند شكل‌دهي ورقي و حجمي، پديده‌ي جبران الاستيك در حين باربرداري يا برگشت فنري است. اين پديده به تغييرات نامطلوب ابعادي و هندسي در محصول نهايي منجر مي‌شود و بايد تا حد امكان مرتفع گردد. در اين مطالعه تيتانيم خالص تجاري گريد 2، در دماي محيط تا سه گذر تحت فرايند ECAP با زاويه كانال 135 درجه قرار گرفت. آناليز ميكروساختاري و آزمون‌هاي استاتيكي كشش و خمش سه نقطه‌اي روي تيتانيم اوليه و ECAP شده تا 3 گذر انجام شد. ارزيابي ميكروساختاري نشان داد كه با اعمال فرايند ECAP، ساختار درشت‌دانه به فوق‌ريزدانه تكامل مي‌يابد. همچنين آزمون‌هاي مكانيكي اثبات كرد كه اعمال فرايند ECAP، استحكام استاتيكي را به ميزان چشمگيري افزايش مي‌دهد. بررسي برگشت فنري بعد از اعمال خمش سه-نقطه‌اي روي نمونه‌هاي اوليه و ECAP شده به دو روش تجربي و شبيه‌سازي اجزا محدود با استفاده از نرم‌افزار Abaqus، نشان داد كه با اعمال گذر‌هاي بالاتر ECAP، بر ميزان برگشت‌فنري افزوده مي‌شود. لذا اين نقطه ضعف بايد در توليد محصولات داراي خم ساخته شده از مواد ECAP شده، لحاظ شود و طراحي‌هاي لازم جهت رفع پديده‌ي برگشت فنري در محصول نهايي صورت گيرد.

Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most effective processes to produce ultra-fine grain (UFG) and nano-crystalline (NC) materials. Commercially pure titanium (CP-Ti) has significant potential to be used as a biomedical and implant material because it shows excellent biocompatibility properties. This material has the low static and dynamic strengths. By applying the ECAP process, the strength of CP-Ti could be developed. The elastic recovery during unloading or spring-back phenomenon is one of the most sensitive parameters in sheet and bulk metal forming processes. This phenomenon leads to some unfavorable geometrical and dimensional changes in the final products and it must be decreased. In this study CP-Ti of Grade 2 is ECAPed at the room temperature via a channel angle of 135° for 3 passes. The microstructural analysis and mechanical tests such as the tensile and three-point bending tests are all performed on the ECAPed CP-Ti. The microstructural evolution reveals that by applying the ECAP, coarse grain (CG) structure develops to UFG structure. Moreover, the results of the mechanical tests show that applying the ECAP significantly increases tensile and bending strengths of the CP-Ti. Investigation of spring-back in three-point bending of unECAPed/ECAPed CPTi is conducted by experimental and finite element simulation methods using the Abaqus software. The results of this study reveal that by applying the ECAP, spring-back values increase. Thus, to eliminate the disadvantages of spring-back phenomenon, this should be considered in design and manufacturing of products including bent made of ECAPed material.