انعطافپذيري (درصد ازدياد طول) همان گونه كه در شكل 9 ديده ميشود، افزايش استحكام كششي نمونهها با انعطافپذيري (درصد ازدياد طول) رابطه عكس دارد، يعني افزايش استحكام منجر به كاهش انعطافپذيري ميشود. بر اين اساس، نمونه NC Al بيشترين استحكام را داشته، اما انعطافپذيري آن از تمامي نمونهها كم تر است. از آن جايي كه مقدار انعطافپذيري و تغييرشكل به شدت وابسته به مقدار تحرك نابه جايي هاي داخل نمونه است، بنابراين با استفاده از اين موضوع ميتوان كمتر بودن انعطافپذيري نمونه NC Al را در مقايسه با ساير نمونهها توجيه كرد. همان گونه كه پيش تر اشاره شد، تغيير شكل شديد پلاستيك اعمال شده به ذرات پودر در حين فرآيند آلياژسازي مكانيكي باعث كاهش اندازه دانههاي آلومينيوم زمينه در حد نانومتر ميشود. با كاهش اندازه دانههاي زمينه آلومينيومي، چگالي مرزدانهها به شدت افزايش يافته و از آن جايي كه مرزدانهها يكي از موانع موجود در مسيرحركت نابه جايي ها هستند، بنابراين با بيش تر شدنمرزدانهها، تحرك ناب هجايي ها محدود شده و انعطافپذيري كاهش مييابد. اين موضوع را ميتوان به وسيله رابطه اورووان نيز توضيح داد [18]. به اين ترتيب كه بر اساس رابطه:
(4) ε=ρm

xb كه در آن، ε كرنش ايجاد شده در قطعه، ρm دانسيته نابجاييها،

ميانگين مسير حركت نابه جايي ها در حين تغيير فرم و b بردار برگرز نابه جاييهاست، هرچه موانع موجود در مسير حركت نابه جايي ها بيش تر باشد، ميانگين مسير آزاد طي شده به وسيله نابه جاييها كاهش يافته و بنابراين، مقدار كرنش ايجاد شده در قطعه (ε) كمتر خواهد بود. كاهش مسير آزاد طي شده به وسيله نابه جايي ها بدين معني است كه درحين اعمال بار، قطعه كرنشهاي كم تري را تحمل كرده و به صورت ترد مي شكند (انعطافپذيري آن كاهش پيدا ميكند).
در مورد كامپوزيتهاي دو جزيي، همان گونه كه در شكل 9 ديده ميشود، با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، استحكام كاهش، اما درصد ازدياد طول افزايش يافته است. دليل اين مسئله آن است كه در حين اعمال بار، تغيير فرم ابتدا از نواحي نانوساختار آغاز شده و گسترش مي يابد، اما پيش از اين كه نواحي نانوساختار دچار شكست شوند، مكانيزم انتقال بار فعال شده و تنش كششي اعمال شده، از نواحي نانوساختار به نواحي درشت دانه (آلومينيوم اوليه) كه تحت تنشهاي كم تري دچار تغييرفرم پلاستيك ميشوند، منتقل ميگردد. اين مسئله موجب كاهش استحكام كامپوزيتهاي چند جزيي ميشود، اما در عوض انعطافپذيري آنها را افزايش ميدهد. از سوي ديگر، به دليل حضور ذرات آلومينيوم اوليه تعداد موانع موجود در مسير حركت نابجاييها كمتر بوده و متوسط مسير آزاد طي شده توسط نابجاييها بيشتر است بنابراين بر اساس رابطه (4)، قطعه كرنشهاي بيشتري را تحمل كرده و
انعطاف پذيري آن افزايش مي يابد. با توجه به مطالب گفته شده، مشخص ميشود كه با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، استحكام كاهش، اما انعطافپذيري افزايش پيدا مي-كند.
مكانيزمي كه براي افزايش همزمان استحكام وانعطاف پذيري در كامپوزيتهاي دو جزيي گزارش شدهاست، به ريزساختار اين كامپوزيتها مربوط ميشود. بهاين صورت كه افزايش انعطافپذيري ناشي از بيشتر بودنتحرك نابه جايي ها در دانههاي آلومينيوم اوليه و افزايشاستحكام ناشي از محدود شدن تغيير فرم اين نواحي به وسيله فاز NC Al ميباشد. چراكه دانههاي آلومينيوم اوليه به وسيله فاز NC Al كاملاً احاطه شده و در نتيجه، تغيير فرم پلاستيك آنها به شدت محدود ميشود (فاز NC Al مانع ايجاد تغيير فرم پلاستيك در نواحي CG Al ميشود) [18]. البته، بايد به نكته نيز اشاره شود كه فاز آلومينيوم اوليه مانع تمركز تنش در نواحي نانوساختار (NC Al) شده و بدين ترتيب جوانه زني و رشد ترك در اين نواحي را به تعويق مياندازد، اما چنانچه در حين اعمال بار (تغيير فرم پلاستيك)، ترك در نواحي نانوساختار ايجاد شده و شروع به پيشروي كند، با رسيدن به ذرات آلومينيوم اوليه متوقف ميشود. بنابراين، ذرات آلومينيوم اوليه از راه متوقف كردن ترك نيز ميتوانند باعث افزايش انعطافپذيري شوند. پس به طور خلاصه ميتوان گفت تغيير فرم در كامپوزيتهاي چند جزيي از نواحي نانوساختار آغاز ميشود. تركهاي ايجاد شده در اثر تغيير فرم در اين نواحي شروع به رشد كرده و با رسيدن به ذرات آلومينيوم اوليه متوقف ميشوند. در واقع، ذرات آلومينيوم اوليه كه در جهت اكستروژن كشيده شدهاند مانند ويسكرهاي نرم عمل كرده و انعطافپذيري كامپوزيت را افزايش ميدهند.
تغييرات انعطافپذيري نمونههاي اكسترود شده را از راه سطح زير منحنيهاي تنش- كرنش نيز ميتوان مقايسه كرد. همان گونه كه در شكل 10 ديده ميشود، سطح زير منحني تنش- كرنش نمونه CG Al كه بيش ترين مقدار درصد ازدياد طول را دارد، از ساير نمونهها بيش تر است. برعكس، سطح زير منحني تنش- كرنش نمونه NC Al كه پايينترين مقدار درصد ازدياد طول را دارد، از سطح زير منحني تنش- كرنش ساير نمونهها كم تر است. از سوي ديگر، با افزايش درصد آلومينيوم اوليه، مقدار كارسختي پس از نقطه تسليم افزايش يافته است كه اين نشاندهنده افزايش انعطافپذيري در اثر افزايشدرصد آلومينيوم اوليه در كامپوزيتهاي دو جزيي ميباشد.

سختي
در شكل 11 سختي نمونههاي اكسترود شده با يك ديگر مقايسه شده است. با توجه به اين شكل، سختي نمونه NC Al تقريباً دو برابر نمونه CG Al است كه دليل اصلي آن، بر اساس قانون هال- پچ، ريزدانه شدن ساختار در حين فرآيند آلياژسازي مكانيكي ميباشد:
H=H0+KD-/2 (5)
كه در آن، 0H سختي نمونه دانه درشت آنيل شده، D اندازه دانهها و K يك عدد ثابت است.
با توجه به اين موضوع كه سختي نمونه NC Al بيش تر از نمونه CG Al است ميتوان نتيجه گرفت كه در كامپوزيتهاي دو جزيي با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، سختي كاهش پيدا ميكند (شكل 11). كاهش سختي با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه به وسيله لي و همكارانش [2] نيز گزارش شده است.

استحكام فشاري
در شكل 12 منحني تنش- كرنش فشاري نمونههاي اكسترود شده با هم مقايسه شدهاند. در شكل 13 نيز مقادير استحكام فشاري نمونهها ارائه شده است. همان گونه كه ديده ميشود استحكام فشاري نمونه NC Al در مقايسه با نمونه CG Al بيش تر است كه دليل آن ريزدانه شدن ساختار آلومينيوم زمينه در اثر فرآيند آلياژسازي مكانيكي ميباشد. به بيان ديگر، در اينجا نيز رابطه هال- پچ صادق بوده و ساختارهاي ريزدانه استحكام فشاري بيش تري از خود نشان ميدهند. نكته قابل توجه اين است كه درست مانند نتايج به دست آمده از آزمون كشش، در آزمون فشار نيز نمونه NC Al نسبت به نمونه CG Al انعطافپذيري كمتري داشته و كرنش اندكي را تا شكست تحمل ميكند (كرنش شكست1 آن پايين است).
آنچه كه در مورد استحكام فشاري كامپوزيتهاي دو جزيي بايد به آن اشاره شود اين است كه با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، استحكام فشاري كاهش پيدا ميكند (شكل 13)، اما نمونه كرنش بيشتري را تا شكست تحملميكند (انعطافپذيري افزايش پيدا ميكند). از آنجايي كهاين نتايج شباهت بسيار زيادي به نتايج بدست آمده ازآزمون كشش دارند، بنابراين، دلايل ذكر شده در موردخواص كششي در اينجا نيز صدق ميكند.

بررسي سطوح شكست
تصاوير SEM سطح شكست نمونههاي اكسترود شده پس از آزمون كشش در شكل 14 نشان داده شده است. از آنجاييكه در تصاوير مربوط به سطوح شكست، نواحي مربوط به شكست نرم به صورت حفره مشخص ميشود، بنابراين چنانچه اندازه حفرات موجود در سطح شكست بزرگ تر باشد و يا عمق و تعداد آنها بيش تر باشد، انعطاف پذيري نمونه بيشتر بوده و شكست به صورت نرم رخ داده است. بر اين اساس، سطح شكست نمونه CG Al نشاندهنده مشخصههاي شكست نرم در مقايسه با نمونه NC Al ميباشد. در واقع، ميتوان گفت جوانهزني حفرات در نمونهCG Al در محل آخالهاي موجود در زمينه متمركز شده و سپس اين حفرات رشد كرده و به هم ميپيوندند و در نهايت، منجر به شكست نمونه مي شوند. به اين مكانيزم شكست، شكست حفره دار مي گويند. چنانچه زمينه عاري از هرگونه آخال باشد، جوانهزني حفرات، در مرزدانهها رخ ميدهد.
در مقابل، همان گونه كه در شكل 14ب ديده ميشود، سطح شكست نمونه NC Al در مقايسه با نمونه CG Al هموارتر بوده و تقريباً هيچ حفرهاي در سطح شكست آن ديده نميشود. اين مسئله بيانگر آن است كه شكست در اين نمونه به صورت كاملاً ترد يا به بيان بهتر از راه مكانيزم شكست ترد- كليواژ رخ داده است. اين نتايج، كاهش انعطافپذيري نمونه NC Alدر مقايسه با نمونه CG Al را تأييد ميكند.
همان گونه كه در شكلهاي 14ج و 14د ديده ميشود، در سطح شكست كامپوزيتهاي دو جزيي، بسته به درصد وزني فاز آلومينيوم اوليه، مشخصههاي شكست نرم و ترد به گونه همزمان ديده ميشود. قسمتهايي كه به صورتنرم دچار شكست شدهاند (حفرات بيش تري دارند)، مربوط به شكست فاز آلومينيوم اوليه (CG Al) ميباشند، اما قسمتهاي مسطح كه بدون حفره هستند، بيانگر شكست ترد نواحي نانوساختار (NC Al) هستند. به بيان بهتر، در كامپوزيتهاي چند جزيي، شكست نرم در امتداد باندهاي CG Al و شكست ترد در امتداد باندهاي NC Al رخ ميدهد. بنابراين، بديهي است كه با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، روش شكست از ترد به نرم تغيير ميكند.
اين نتايج دقيقاً بر پايه افزايش انعطافپذيري كامپوزيتهاي دو جزيي در اثر افزايش درصد وزني فاز آلومينيوم اوليه ميباشد كه در بخشهاي قبل به گونه كامل شرح داده شد.
البته، از روي نمودارهاي تنش- كرنش (شكلهاي 10 و 12) نيز مشخص است كه نمونه NC Al بدون ايجاد تغيير فرم پلاستيك (يا بدون ايجاد گلويي) و به صورت كاملاً ترد دچار شكست شده است، درحالي كه نمونه CG Al پس از تحمل مقدار زيادي تغيير فرم پلاستيك و پس از عبور از نقطه گلويي (نقطه UTS) دچار شكست شده است. از سوي ديگر، منحني تنش- كرنش كامپوزيتهاي دو جزيي نيز نشان دهنده اين مطلب است كه با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه مقدار كرنش شكست افزايش يافته و سطح زير منحني بيش تر شده است. به طور كلي در مواد نانوكريستال، موانع موجود در مسير حركت نابه جايي ها بسيار زياد است (چون دانهها بسيار ريز هستند) به همين دليل ناب ه جاييها به سختي حركت كرده و قابليت ايجاد كار سختي در اين مواد بسيار كم است. به بيان بهتر، اين مواد تغيير فرم پلاستيك قابل ملاحظهاي ندارند و پس از عبور از نقطه تسليم، بدون ايجاد گلويي (تغيير فرم پلاستيك) و به صورت كاملاً ترد ميشكنند.

نتيجهگيري
در اين پژوهش نانوكامپوزيت دو جزيي زمينه آلومينيومي به روش آلياژسازي مكانيكي و اكستروژن داغ توليد گرديد. محاسبه اندازه كريستالهاي آلومينيوم زمينه

بيانگر اين مطلب است كه تغييرفرم شديد پلاستيك اعمالشده به ذرات پودر در حين فرآيند آلياژسازي مكانيكيباعث كاهش اندازه كريستالهاي آلومينيوم زمينه در حدنانومتر شده است. به گونه اي كه اندازه دانههاي زمينه تاكم تر از 100 نانومتر كاهش يافته است.
نمونه NC Al بيش ترين استحكام و سختي را داشته، اما انعطافپذيري آن از تمامي نمونهها كم تر است. دليل اين مسئله، بالا بودن چگالي مرزدانههاست. از آن جايي كه مرزدانهها يكي از موانع موجود در مسير حركت نابه جايي ها هستند، بنابراين با بيشتر شدن مرزدانهها، تحرك نابجايي ها محدود شده و انعطافپذيري كاهش مي يابد. درمورد كامپوزيتهاي دو جزيي، با افزايش درصد وزني آلومينيوم اوليه، استحكام كاهش، اما درصد ازدياد طول افزايش يافت. مكانيزمي كه براي افزايش همزمان استحكام و انعطافپذيري در كامپوزيتهاي دو جزيي گزارش شده است، به ريزساختار اين كامپوزيتها مربوط ميشود. به اين صورت كه افزايش انعطافپذيري ناشي از بيش تر بودن تحرك نابجاييها در دانههاي آلومينيوم اوليه و افزايش استحكام ناشي از محدود شدن تغيير فرم اين نواحي به وسيله فاز NC Al ميباشد.
D. Witkin, Z. Lee, R. Rodriguez, S. Nutt, and E. Lavernia, “Al–Mg alloy engineered with bimodal grain size for high strength and increased ductility”, Scripta Materialia, Vol. 49, pp 297–302, 2003.
C. Hofmeister, B. Yao, Y.H. Sohn, T. Delahanty, M. Bergh, and K. Cho, “Composition and structure of nitrogencontaining dispersoids in trimodal aluminum metal–matrix composites”, Journal of Materials Science, Vol. 45, pp 4871–4876, 2010.
B.Q. Han, J. Ye, F. Tang, J. Schoenung, and E.J Lavernia, “Processing and behavior of nanostructured metallic alloys and composites by Cryomilling”, Journal of Materials Science, Vol. 42, pp 1660– 1672, 2007.
R.W. Hayes, D. Witkin, F. Zhou, and E.J. Lavernia, “Deformation and activation volumes of cryomilled ultrafine-grained aluminum”, Acta Materialia, Vol. 52, pp 4259–4271, 2004.
S.S. Razavi Tousi, R. Yazdani Rad, E. Salahi, I. Mobasherpour, and M. Razavi, “Production of Al–20 wt.% Al2O3 composite powder using high energy milling”, Powder Technology, Vol. 192, pp 346–351, 2009.
ر. اسديفرد، ن. پروين، ج. آقازاده و پ. صفارزاده،
“بررسي تأثير فرايند آلياژسازي مكانيكي بر مورفولوژي و اندازه دانه پودرهاي كامپوزيتي Al6061-SiCp”؛ هشتمين كنگره سالانه انجمن مهندسين متالورژي ايران؛ References
B. Ahn, and S.R. Nutt, “Strain Mapping of Al–Mg Alloy with Multi-scale Grain Structure using Digital Image Correlation Method”, Experimental Mechanics, Vol. 50, pp 117–123, 2010.
Z. Lee, D.B. Witkin, V. Radmilovic, E.J. Lavernia, and S.R. Nutt, “Bimodal microstructure and deformation of cryomilled bulk nanocrystalline Al–7.5Mg alloy”; Materials Science and Engineering A, Vols. 410–411, pp 462–467, 2005.
D. Witkin, B.Q. Han, and E.J. Lavernia,
“Mechanical Behavior of UltrafineGrained Cryomilled Al 5083 at Elevated Temperature”; Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 14, pp 519-527, 2005.
D. Witkin, B.Q. Han, and E.J. Lavernia, “Room-Temperature Mechanical Behavior of Cryomilled Al Alloys”; Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 37, pp 185-194, 2006.
A. Yamashita, D. Yamaguchi, Z. Horita, and T.G. Langdon, “Influence of pressing temperature on microstructural development in equal channel angular pressing”; Materials Science and Engineering A, Vol. 287, pp 100–106, 2000.
J.H. Ahn, Y.J. Kim, and H. Chung, “AlAlN Tri-modal Composites prepared by Mechanical Alloying”, Rev. Adv. Mater. Sci, Vol. 18, pp 329-334, 2008.
Materials Processing Technology, Vol. 170, pp586-592, 2005.
16- G.J. Fan, H. Choo, P.K. Liaw, and E.J. Lavernia, “Plastic deformation and fracture of ultrafine-grained Al–Mg alloys with a bimodal grain size distribution”; Acta Materialia, Vol. 54, pp 1759–1766, 2006. ن. نصيريان و خ. رنجبر، “بررسي خواص مكانيكي و -17 ساخته شده به روش Al/Brass ريزساختاري كامپوزيت ،1 اتصال نوردي تجمعي” مجله مواد نوين، جلد 3، شماره .1391 صص 45- 54، پاييز
15293341435203

18- R.G. Vogt, Z. Zhang, T.D. Topping, E.j. Lavernia, and J.M. Schoenung, “Cryomilled aluminum alloy and boron carbide nano-composite plate”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, pp 5046–5053, 2009.
پيوستها دانشكده مهندسي مواد دانشگاه صنعتي اصفهان؛ مهرماه1383.
13- J.B. Fogagnolo, F. Velasco, M.H. Robert, and J.M. Torralba, “Effect of mechanical alloying on the morphology, microstructure and properties of aluminium matrix composite powders”, Materials Science and Engineering A, Vol. 342, pp 131-143, 2003. ع. عليزاده، “ساخت و بررسي خواص مكانيكي و -14 ،پاياننامه دكتري ،”Al-B4C سايشي نانوكامپوزيت .1390 ،دانشكده فني و مهندسي دانشگاه تربيت مدرس
15- N. Zhao, P. Nash, and X. Yang, “The effect of mechanical alloying on SiC distribution and the properties of 6061 aluminum composite”, Journal of
شكل 1- تصوير SEM ذرات پودر آلومينيوم 2024.

شكل 2- مراحل ساخت كامپوزيتهاي دوجزيي.
جدول 1- نام و تركيب نمونههاي ساخته شده در اين پژوهش.
تركيب نام نمونه رديف
100% وزني پودر Al2024 آسياب نشده (اوليه) Coarse grained Aluminum (CG Al) 1
100% وزني پودر Al2024 آسياب شده (به مدت 50 ساعت) Nano crystallite Aluminum (NC Al) 2
50% وزني پودر Al2024 آسياب شده + 50% وزني پودر Al2024 اوليه Al 50-50 4
70% وزني پودر Al2024 آسياب شده + 30% وزني پودر Al2024 اوليه Al 30-70 6

شكل 3- الگوهاي پراش اشعه X مربوط به پودر Al2024 اوليه (آسياب نشده) و پودر Al2024 پس از 50 ساعت آسياب.

شكل 4- تصوير TEM پودر Al2024 پس از 50 ساعت آلياژسازي مكانيكي (نقاط روشن نشان دهنده نانودانهها هستند).

شكل 5- ريزساختار نمونه CG Al: (الف) عمود بر جهت اكستروژن و (ب) موازي جهت اكستروژن.

شكل 6- ريزساختار نمونه NC Al: (الف) عمود بر جهت اكستروژن و (ب) موازي جهت اكستروژن.

شكل 7- ريزساختار نمونه Al 50-50: (الف) عمود بر جهت اكستروژن و (ب) موازي جهت اكستروژن.

شكل 8- ريزساختار نمونه Al 30-70: (الف) عمود بر جهت اكستروژن و (ب) موازي جهت اكستروژن.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شكل 9- نتايج بدست آمده از آزمون كشش: (الف) استحكام تسليم و استحكام كششي و (ب) درصد ازدياد طول.

شكل 10- مقايسه منحني تنش- كرنش نمونههاي اكسترود شده.

شكل 11- مقايسه سختي نمونههاي اكسترود شده.

شكل 12- مقايسه منحني تنش- كرنش فشاري نمونههاي اكسترود شده.

شكل 13- مقادير استحكام فشاري نمونههاي اكسترود شده.


دیدگاهتان را بنویسید