برآورد چگالی نابجایی تیتانیم خالص تجاری در فرآیند ECAP با استفاده از ترکیب شبیه سازی اجزاء محدود با یک مدل مبتنی بر نابجایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 فارغ التحصیل مقطع کارشناسی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر  با ترکیب مدلهای ریاضی مبتنی بر مکانیزم های تغییر شکل با شبیه سازی اجزاء محدودِ فرآیند تغییر شکل، برای اولین بار محتوای چگالی نابجایی تیتانیم خالص تجاری در جریان فرآوری آن با فرآیند پرسکاری در کانالهای زاویه دار با مقاطع همسان (ECAP) محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا رفتار تغییر شکل تیتانیم خالص تجاری در جریان فرآیند ECAP با استفاده از نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شد. در مرحله بعد، از اطلاعات حاصل از شبیه سازی به عنوان ورودی های مدل ریاضی برای برآورد چگالی نابجایی فلز استفاده شد. شبیه سازی از نوع دو بعدی انجام شد و در جریان آن ECAP در دمای C250 و در قالبی با زاویه کانال ۱۰۵ = Φ و زاویه گوشه20 =  Ψدرجه و با استفاده از دو مسیر متفاوت A وC  به تعداد ۵ پاس متوالی بر روی نمونه ها صورت گرفت. در ادامه به کمک مدل ریاضی، مقادیر چگالی نابجایی ایجاد شده در میله ها بعد از گذر های  مختلف ECAP ارزیابی شد. نتایج حاکی از آن است که با اعمال ۵ گذر ECAP با استفاده از مسیر C به تیتانیم خالص تجاری، میانگین چگالی نابجایی آن از مقدار مفروض اولیه ( ۲-m  ۱۰۱۲× ۰/۳)‌ به 2-m 1015 ×  64/4  افزایش می یابد. همچنین  استفاده از مسیر A به  ۱۰٪ چگالی بالاتر نسبت به مسیر C منجر می شود. توزیع چگالی نابجایی در سراسر میله های تیتانیم  به استثنای چند میلیمتر از نواحی ابتدایی و انتهایی میله از یکنواختی مناسبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Lutjering G., Williams J. C., Titanium, 2end edition, Springer, pp. 15-52, 175-193, 2003.
[2] Dieter G. E., Mechanical Metallurgy, 2end edition, McGraw Hill, Singapore, pp. 245-247, 1998.
[3] Humphreys F. J., Hatherly M., Recrystallization and related annealing phenomena, 2end edition, Pergamon, pp. 12-18, 2004.
[4] Valiev R. Z., Islamgaliev R. K., Alexandrov I. V., Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation, Progress in  Materials Science, Vol. 45, pp. 103-189, 2000.
[5] Valiev R. Z., Langdon T. G., Principles of equal channel angular pressing as a processing tool for grain refinement, Progress in Materials Science, Vol. 51, pp. 881-981, 2006.
]۶[ عباس زاده ب.، مرادشیخی م.، مقداد فلاح م.، عرب س.، بررسی اثر فرآیند ECAP با استفاده از قالبی با طرح جدید بر سختی آلیاژ آلومینیم ۷۰۷۵. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. ۵۴، ش. ۱، ص ۲۳-۳۰، ۱۴۰۲.
]۷[ زمانی ع.، گرجی ح.، بخشی جویباری م.، حسینی پور ج.، حسین زاده م.، اصلاح فرآیند ECAP با استفاده از کانال مارپیچ بیضوی. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. ۵۱، ش. ۴، ص ۳۵۱- ۳۶۰، ۱۴۰۰.
]۸[ رعنائی م.، بهلولی ح.، خلیلی خ.، عرب س.، مطالعه تجربی اثر مقدار کرنش اعمالی در هر مرحله از فرآیند اکستروژن در کانال های هم مقطع زاویه دار بر روند تکامل استحکام مس خالص تجاری. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. ۴۷، ش. ۲، ص ۳۳۳- ۳۴۲، ۱۳۹۶.
[9] Stolyarov V. V., Zhu Y. T., Alexandrov I. V., Influence of ECAP routs on the microstructure and properties of pure Ti, Materials Science and Engineering A, Vol. 299, pp. 59-67, 2001.
[10] Kim I, Jeong W. S., Kim J., Deformation structures of pure Ti produced by equal channel angular pressing, Scripta Materialia, Vol. 45, pp. 575-581, 2001.
[11] Yapici G. G., Karaman I., Maier H. J., Mechanical flow anisotropy in severely deformed pure titanium, Materials Science and Engineering A, Vol. 434, pp. 294-302, 2006.
[12] Shin D. H., Kim I., Kim J., Kim Y. S., Semiatin S. L., Microstructure development during equal-channel angular pressing of titanium, Acta Materialia, Vol. 51, pp. 983-996, 2003.
[13] Hajizadeh K., Eghbali B., Topolski K.,  Kurzydlowski K. J., Ultra-fine grained bulk CP-Ti processed by multi-pass ECAP at warm deformation region, Materials Chemistry and Physics, Vol. 143, pp. 1032-1038, 2014
[14] Hajizadeh K., Eghbali B., Effect of Two-Step Severe Plastic Deformation on the Microstructure and Mechanical Properties of Commercial Purity Titanium, Metals and Materials International, Vol. 20, pp. 343-350, 2014.
[15] Hajizadeh K., Abbasi Chianeh V., Kurzydlowski K. J., Insight into dislocation activity during ECAP processing of AISI 304 stainless steel studied by X‑ray difraction profle analysis, Applied Physics A, Vol. 128, 806, 2022.
[16] Kocks U. F., Mecking H., Physics and phenomenology of strain hardening: the FCC case, Progress in Materials Science, Vol. 48, pp. 171- 198, 2003.
[17] Ahn D. H., Kim H. S., Estrin Y., A semi-phenomenological constitiutive model for hcp materials as exemplified by alpha titanium, Scripta Materialia, Vol. 67, pp. 121-124, 2012.
[18] Manes A., Giglio M., Microstructural numerical modeling of Al2O3/Ti composites, Structural Integrity Procedia, Vol. 8, pp. 24-31, 2018.
[19] Pei Q. X., Hu B. H., Lu C., Wang Y. Y, A finite element study of the temperature rise during equal channel angular pressing, Scripta Materialia, Vol. 49, pp. 303-308, 2003.
[20] Lee D. J., Disloaction density –based finite element analysis of large strain deformation behavior of copper under high pressure torsion, Acta Materialia, vol. 76, pp. 281-293, 2014.
[21] Estrin Y., Toth L. S., Molinari A., Brechet Y., A dislocation-based model for all hardening stages in large strain deformation, Acta Materialia Vol. 46, pp. 5509-5522, 1998.
 [22] Bouaziz O., Allain S., Scott C. P., Cugy P., Barbier D., High manganese austenitic twinning induced plasticity steels: a review, Current Opinion in Solid State and Materials Science, Vol. 15, pp. 141-168, 2011.