15314

1496 دكتري

دكتري

مهندسي مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1398

ده، 141، 14 ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار

محمدرضا طرقي نژاد، حسين ادريس

آلفونسو هينگ وانگ انگان

بيت اله اقبالي، فتح الله كريم زاده، احمد رضائيان

1398/09/06

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1398/09/09

2580429

1 چكيده در تحقيق حاضر نانوكامپوزيت زمينه فلزي آلومينيوم با 5 درصد حجمي تقويتكننده آلومينايد تيتانيوم به كمك فرايندهاي نورد آنيل و نورد تجمعي به دست آمد بدين منظور فرايندهاي مختلف نورد و آنيل روي ساندويچ متشكل از دو ورق آلومينيوم 1188 همراه با پودر تيتانيوم خالص افزوده شده در ميان ورقها اعمال گرديدند در ابتدا ساندويچهاي آلومينيوم 1 5 wt پودر تيتانيوم آلومينيوم با 15 درصد كاهش ضخامت نورد شدند سپس به منظور تشكيل تركيب بينفلزي آلومينايد تيتانيوم آنيل در دما و زمانهاي مختلف انجام گرديد و در نهايت نمونههاي آنيل شده در دماي 531 C به مدت 2 h تحت فرايند نورد تجمعي تا پنج سيكل قرار گرفتند به منظور مقايسه نمونههاي آلومينيوم بدون استفاده از ذرات تقويتكننده نيز در شرايط يكسان تهيه شدند همچنين با استفاده از روش متداول نورد سرد نورد تجمعي و آنيل كامپوزيت زمينه آلومينيوم به همراه تقويتكننده آلومينايد تيتانيوم نيز ساخته شد و نتايج مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتند تأثير پارامترهاي دما و زمان آنيل بر تشكيل تركيب بينفلزي آلومينايد تيتانيوم به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي آناليز عنصري و نيز پراش پرتو ايكس مورد ارزيابي قرار گرفتند تغييرات ريزساختاري و آناليز شيميايي ذرات تركيبات بينفلزي آلومينايد تيتانيوم ايجاد شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني ميكروسكوپ الكتروني مجهز به پراش الكترونهاي برگشتي و ميكروسكوپ الكتروني عبوري مورد ارزيابي قرار گرفتند به منظور بررسي خواص مكانيكي از آزمونهاي كشش تك محوري و آزمون نانوفرورونده استفاده شد بافت ريزساختار نيز توسط پراش الكترونهاي برگشتي به دست آمد و شكلهاي قطبي و توابع توزيع جهت ارزيابي شدند نتايج نشان داد كه در اثر آنيل در دماي 531 C به مدت 2 h بعد از نورد سرد پيوندي پودر Ti مصرف و تركيب بينفلزي 3 TiAl در زمينه آلومينيوم ايجاد گرديد نتايج آناليز عنصري مشخص كرد كه هيچ تغيير فازي در حين نورد تجمعي تا پنج سيكل صورت نگرفته است و نهايتا كامپوزيتي حاوي توزيع يكنواختي از ذرات تقويتكننده 3 TiAl با اندازه بزرگتر از 211 nm در زمينه آلومينيوم به دست آمده است تغييرات ريزساختار نشان داد كه در سيكل اول دانههاي اصلي توسط مرزهاي ناشي از تغييرشكل تفكيك شده و سپس با افزايش سيكلهاي نورد تجمعي ساختار اليهاي موازي با جهت نورد به وجود آمده است فاصله مرزهاي اليهاي با انجام فرايند نورد تجمعي كاهش يافته و در اثر وقوع تبلور مجدد ديناميكي پيوسته ساختاري متشكل از دانههايي با اندازه كمتر از 511 nm حاصل شد در حالي كه اندازه دانه زمينه آلومينيوم براي نمونه آلومينيوم بدون ذرات تقويتكننده تحت همان شرايط ساخت حدود 711 nm محاسبه گرديد نتايج بررسي خواص مكانيكي نيز نشان داد كه با انجام فرايند نورد تجمعي استحكام و سختي ورقها حدود 5 2 و 5 9 برابر مقدار اوليه افزايش يافته است استحكام نهايي به دست آمده براي كامپوزيت 3 Al TiAl معادل 411 MPa است مكانيزمهاي استحكام بخشي فعال شده براي كامپوزيت مورد تحقيق شامل استحكام بخشي مرزدانهاي كرنشسختي و اوروان هستند بدين معني كه سهم عمده حدود 17 درصد استحكام بخشي كامپوزيت Al 3 TiAl ناشي از ريزدانه بودن زمينه آلومينيوم و نيز حضور ذرات ريز تركيب بينفلزي 3 TiAl در زمينه است عالوه بر آن بررسيهاي بافت حاكي از كاهش شدت مؤلفه مكعبي به دليل تشكيل باندهاي برشي نانو در اثر ذرات تقويتكننده در سيكل پنجم نورد تجمعي بود در صورتي كه براي نمونه آلومينيوم بدون ذرات تقويتكننده اين مؤلفه شدت بيشتري از خود نشان داد ارزيابي ريزساختار در موردكامپوزيت ساخته شده به روش نورد نورد تجمعي آنيل نيز نشان داد كه اگر چه بعد از پنج سيكل نورد تجمعي و آنيل تركيب بينفلزي 3 TiAl تشكيل شده است ولي به دليل انجام آنيل در دماي 531 C به مدت 2 h در آخرين مرحله تغييرات ريزساختار خواص مكانيكي و ارزيابي بافت نتايج كامال متفاوتي نشان دادند از جمله اينكه اندازه دانه زمينه آلومينيوم در اين حالت ميكروني و بزرگ به دست آمد و همچنين اندازه ذرات تركيب بينفلزي در گستره وسيعي بين 1 2 m تا 51 m قرار داشت ارزيابيها نشان داد كه انجام آنيل بعد از فرايند نورد تجمعي منجر به بزرگ شدن اندازه دانه كاهش استحكام و سختي افزايش حفرات كركندال و رسيدن به بافت تصادفي گرديد در صورتي كه انجام آنيل قبل از فرايند نورد تجمعي كامپوزيتي داراي ساختار زمينه آلومينيوم فوق ريزدانه حاوي نانوذرات 3 TiAl همراه با خواص مكانيكي مطلوب ايجاد نمود كلمات كليدي نورد تجمعي آلومينايد تيتانيوم كامپوزيت زمينه فلزي تركيبات بينفلزي 3 TiAl بافت كريستالي

711 Fabrication and Characterization of Aluminum Titanium Aluminide Nanocomposite by Using Annealing and Accumulative Roll Bonding Zohreh Yazdani z yazdani@ma iut ac ir Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Supervisor Mohammad Reza Toroghinejad Professor toroghi@cc iut ac ir Supervisor Hossein Edris Professor h edris@cc iut ac ir Advisor Alfonso H W Ngan Professor hwngan@hku hkAbstractIn this study Al metal matrix nanocomposite with 5 volume titanium aluminide reinforcement was obtainedby cold roll bonding annealing and accumulative roll bonding ARB process on Al 1100 sheets containingpure titanium powder Firstly Al 0 5 wt Ti Al sandwiches were cold rolled under 50 thickness reduction Then annealing was performed at 590 C for 2 hours to establish intermetallic compounds Finally thespecimens were subjected to ARB process up to 5 cycles For comparisons the same conditions were appliedon monolithic Al sheets In addition Al metal matrix composite with intermetallic reinforcement was madeusing the conventional CRB ARB and annealing method and the results were compared The effect oftemperature and time parameters on the formation of intermetallic during annealing was studied by scanningelectron microscopy energy dispersive x ray spectroscopy and X ray diffraction Microstructural evaluationswere investigated using field emission scanning electron microscopy transmission electron microscopy andelectron backscatter diffraction analysis In order to study the mechanical behavior of the samples single axistensile and nanoindentation tests were used Moreover the microstructure texture was calculated by EBSD then obtained polar figures and orientation distribution functions were evaluated The results showed that CRB then annealing CRB at 590 C for 2 hours led to consume of Ti and the formation of TiAl 3 compound Afterfive cycle of ARB the produced Al TiAl3 composite was included the TiAl3 particles with the size larger than200 nm with uniform distribution in the Al matrix The results showed that in the early stages the grains wereseparated by the boundaries due to the deformation and then with increasing ARB cycles a layer structureconsisting of parallel layers with rolling direction was created The boundary space was reduced by progressingof ARB process and eventually by increasing of strain and the occurrence of continuous dynamicrecrystallization the microstructure with grain size less than 500 nm was established The grain size ofmonolithic Al specimens without Ti powders was 700 nm under the same conditions due to effect of particleson grain refining The results of mechanical tests showed that the strength of the final composite increased byincreasing the ARB cycles By applying the ARB process the strength and hardness of the sheets increased 2 5and 3 5 times compared to the initial value The final strength obtained from this composite was 400 MPa Theresults showed that mechanical property changes during the ARB process is consistent with microstructureevolution The activated strengthening mechanisms for this composite are including grain boundary strainhardening and orowan mechanisms Therefore the major contribution to strengthening of the Al TiAl3composite is due to the fine grain size of Al and the presence of fine TiAl 3 particles in matrix In addition texture studies indicated that the cubic component intensity decreased in due to the formation of nano shearbands which established by the reinforcing particles in the 5th cycle of the ARB while for the Al sample withoutreinforcing particles the cubic component had more intense The microstructure evaluation of composite thatfabricated by cold roll bonding ARB and then annealing also showed that after five cycles of ARB andannealing the TiAl3 compound was formed The grain size of the Al after the ARB and annealing process ismicron scale and the size of the intermetallic particles in this case was obtained in a wide range of 0 2 t

محمدرضا طرقي نژاد، حسين ادريس

آلفونسو هينگ وانگ انگان

بيت اله اقبالي، فتح الله كريم زاده، احمد رضائيان