توصيفگر ها :
نورد تجمعي , ARB , اكسيد ايتريم , آلومينيم , كامپوزيت , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
چكيده
كامپوزيت‌ها مواد مهندسي شده‌اي متشكل از دو يا چندين جزء هستند و براي ايجاد تلفيقي از خواص برتر هر يك از اجزاء سازنده‌ي آن ساخته مي‌شوند. كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي آلومينيومي (AMMC) به دليل وزن سبك و خواص مكانيكي و فيزيكي مطلوب، استحكام زياد و مقاومت در برابر خوردگي، در ساليان اخير مورد توجه قرار گرفته‌اند. اكسيد ايتريم يك سراميك اكسيدي مي‌باشد كه به دليل خواصي همچون نقطه‌ي ذوب بالا، سختي زياد و مقاومت به سايش، مي‌تواند يك تقويت كننده‌ي مناسب براي فلز آلومينيوم باشد. فرآيند نورد تجمعي (ARB)، يكي از روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد (SPD) مي‌باشد كه امكان توليد ورق‌هاي فوق ريز‌‌دانه با استحكام بالا را فراهم مي‌كند.
در اين پژوهش، به منظور توليد كامپوزيت Al/Y2O3از فرآيند نورد تجمعي استفاده گرديد. براي ساخت كامپوزيت زمينه فلزي، از ورق آلومينيوم خالص و 89/0درصد حجمي نانو پودر اكسيد ايتريم استفاده شد و فرآيند نورد تجمعي تا 5 پاس تكرار شد. به منظور مطالعه‌ي نحوه‌ي توزيع نانو ذرات تقويت كننده در زمينه‌ي آلومينيومي و وضعيت فصل مشترك، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) و همچنين از طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس EDS)) نيز براي تشخيص ذرات Y2O3 در كامپوزيت بهره گرفته شد. به منظور بررسي تغييرات خواص مكانيكي ورق‌هاي آلومينيومي نورد شده، از آزمون‌هاي كشش‌تك محور و سختي سنجي ويكرز استفاده شد. توسط پراش پرتو ايكس (XRD) و رابطه‌ي شرر، اندازه‌ي كريستاليت زمينه‌ي آلومينيوم در آخرين پاس محاسبه شد.
مشاهدات ريز ساختاري توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي حاكي از اين بود كه تجمع لايه‌ي Y2O3 در بين ورق‌هاي آلومينيوم با افزايش پاس نورد، به خوشه‌هاي كوچك و ذرات پراكنده در زمينه تبديل شد. نتايج بدست آمده از آزمون
كشش پس از 5 پاس بيانگر افزايش استحكام با افزايش چرخه‌هاي ARB بود و به مقدار 187 مگاپاسكال در پاس آخر رسيد كه 4/2 برابر نمونه اوليه (آنيل) مي‌باشد. سختي نانو‌‌كامپوزيتAl/Y2O3 تقريباً همان روند بهبود استحكام را دنبال كرد و با افزايش تعداد پاس، سختي نيز افزايش پيدا كرد و به 5/57 ويكرز در آخرين پاس رسيد. درصد ازدياد طول در اولين پاس با افت زيادي همراه بود و به 5/3% رسيد و پس از آن تا سومين سيكل به آرامي افزايش يافت و سپس كاهش پيدا كرد و در پاس پنجم به 8/3% رسيد. نتايج حاصل از آزمون تفرق پرتو X نشان داد كه ميانگين اندازه‌ي كريستاليت زمينه در پاس پنجم نانو كامپوزيت، 74/52 نانومتر مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Composites are engineered materials made up of two or more elements, produced to combine the superior characteristics of each key component. Aluminum Metal Matrix Composite (AMMC) has recently gained popularity due to their lightweight, effective mechanical and physical features, high strength, and corrosion resistance. Because of its high melting point, hardness, and abrasion resistance, yttrium oxide is an oxide ceramic that can also be used as reinforcement for aluminum metal. Acumulative Rolling Process (ARB) is a Severe Plastic Deformation (SPD) method that allows for the production of high-strength ultra-fine sheets.
In this study, an Al/Y2O3 composite is produced through acumulative rolling process. Pure aluminum sheets and yttrium oxide nanopowder with 0.89 volume percent are utilized to produce the metal base composite, and the cumulative rolling process was repeated up to 5 passes. Field Emission Scanning Electron Microscopes (FE-SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) are used to analyze the distribution of reinforcing nanoparticles in the aluminum field and the state of the joint, as well as to detect Y2O3 particles in the composite. Tensile axis test and Vickers hardness test were conducted to analyze variations in the mechanical properties of rolled aluminum sheets. X-ray diffraction (XRD) and the Scherer equation are also used to determine the quantity of aluminum underlying crystallinity in the final phase.
Scanning electron microscopy revealed that as the rolling passes increased, the accumulation of the Y2O3 layer between the aluminum sheets transformed into tiny clusters and scattered particles in the field. The tensile test results after five passes indicated an improvement in strength with increasing ARB cycles, reaching 187 MPa in the last pass, which is 2.4 times the prototype (annealing). The hardness of the Al/Y2O3 nanocomposite followed the same pattern to the strength improvement, and as the number of passes increased, so did the hardness, reaching 57.5 Vickers in the last pass. The percentage of elongation reduced significantly in the first pass, reaching 3.5%, then gradually increasing until the third cycle, then decreased and reached 3.8% in the fifth pass. The average size of the background crystallite size in the fifth pass of the nanocomposite is 52.74 nm, according to the results of the X-ray diffraction analysis.
