توسعه آلياژهاي نانو ساختار آلومينيم- منيزيم-سيليسيم با استفاده از عمليات پيري و ECAP

Development of Nanostructural Al-Mg-Si Alloys using ECAP and Ageing Processes

امروزه ساخت سازه هاي مستحكم و سبك با توجه به صرفه جويي در مصرف انرژي بطور جدي مورد توجه صنايع هوافضا و حمل و نقل است. امروزه اغلب محصولات اكستروژن از آلياژ هاي آلومينيوم ساخته شده و در اين ميان اكثر آنها آلياژ هاي گروه 6000 مي باشند. اخيرا مواد با اندازه دانه هاي نزديك نانو داراي جذابيت هاي زيادي بواسطه استحكام هاي بسيار بالا هستند. در بين روش هاي تغيير شكل شديد، روش ECAP داراي مزايايي از جمله ريزدانگي بسيار شديد مي باشد. در اين روش براحتي مي توان كرنش هاي زيادي به نمونه وارد نمود بدون آنكه تغييري در هندسه نمونه ايجاد شود و اگر ECAP در شرايط دمايي گرم و بر يكي از آلياژ هاي پيرشونده آلومينيم انجام پذيرد، مي توان به تركيب بسيار عالي از ريزدانگي (در حد نانو) و رسوبات ريز با توزيع مناسب تر در ماده دست يافت. در اين پژوهش به منظور مطالعه رفتار پيري ديناميكي آلياژ 6061 در قالب ECAP، نمونه هاي محلول سازي شده در دماها و سرعت هاي مختلف در قالب ECAP اكسترود و خواص مكانيكي و فيزيكي نمونه هاي حاصل از طريق ميكروسختي سنجي و تفرق الكترون هاي برگشتي (EBSD) مورد مطالعه قرار گرفت. تصاوير EBSD نشان دادند كه كوچكترين اندازه دانه در دماي 150 درجه سانتيگراد و سرعت اكسترود كم با اندازه دانه 320 نانو متر قابل دستيابي است.

The manufacture of ultra high strength materials has always been a target for aerospace and transportation industries. Currently, the limitation of energy resources even makes this goal more serious. Nowadays, more than 50% of total extrusion products are made from Al alloys and around 90% of them are the 6000 series alloys. Over the last decade, a number of techniques collectively referred to as severe plastic deformation (SPD), have emerged as a promising approach for the production of bulk ultrafine-grained (UFG) nano-structured materials. In this research the dynamic ageing behavior of two Al-Mg-Si alloys in warm equal channel angular pressing (ECAP) was investigated in order to develop an ultra high strength Al alloy. Tensile tests were carried out over wide ranges of temperature and strain rate to evaluate the dynamic strain ageing conditions. ECAP processing was then experimentally performed at elevated temperatures under various strain rates ranging between 10-4 and 10-1 s-1. Followed by ECAP, Vickers microhardness measurement on the cross-sectional planes and microstructure examinations were undertaken using scanning electron microscopy (SEM) and electron backscattered diffraction (EBSD). It was found that the combination of the ECAP process with dynamic ageing at both 100 °C and 150 °C leads to a significant increase in hardness. The hardness value of the sample produced with the highest shear strain (4.4) was increased from 70.8 HV (as-solution treatment) to 164HV. The lowest average grain size was measured as ~160 nm after 4 passes.