مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیش‌بینی رفتار تنش- کرنش آلیاژ آلومینیوم 7075 پس از ECAP با بهره‌گیری از فروروی میکرو و مدل‌سازی میکروساختاری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع و شیمی، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 گروه مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
در مقاله حاضر امکان پیش‌بینی رفتار الاستیک- پلاستیک آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ پس از تغییر شکل پلاستیک شدید با تخمین رفتار الاستیک- پلاستیک دانه و مرزدانه و مدل‌سازی المان محدود میکروساختاری مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا فرآیند روزنرانی در کانال‌های مشابه زاویه‌دار انجام شد و آزمون‌های سختی‌سنجی و کشش در حالت ماکرو و همچنین آزمون فروروی میکرو روی نمونه‌های تولید شده صورت گرفت. با استفاده از داده‌های به‌دست‌آمده از آزمون‌های سختی و کشش، روابط ریاضی برای ارتباط‌دادن سختی و خواص استحکام استاتیکی در آلیاژ مورد نظر به دست آمد. در کنار روابط ریاضی، از مدل‌سازی معکوس فرآیند فروروی میکرو در نرم‌افزار المان محدود آباکوس به‌منظور تبدیل سختی در دانه و مرز آن به منحنی‌های تنش- کرنش بهره برده شده است. از نتایج به‌دست‌آمده به عنوان رفتار الاستیک- پلاستیک فازها در مدل‌سازی میکروساختاری استفاده شده است. در ادامه با استفاده از تصویر میکروساختاری، مدل‌سازی آزمون کشش برای یک بخش حجمی نشانگر از میکروساختار در نرم‌افزار المان محدود انجام شده است و رفتار به‌دست‌آمده از مدل میکروساختاری با رفتار آزمون کشش تجربی مقایسه شده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Predicting Stress-Strain Behavior of ECAPed 7075 Al Alloy Using Micro-Indentation and Micro-Structural Modeling

نویسندگان English

S.M. Ghalehbandi 1
A. Fallahi 2
H. Hosseini Tudeshki 3
1 Industrial Engineering Department, Industrial & Chemical Engineering Faculty, Mazandaran University of Science and Technology, Behshahr, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, Amirkabir University, Tehran, Iran
3 Aerospace Engineering Department, Aerospace Engineering Faculty, Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده English

The focus of this paper is to investigate the possibility of consideration of grains and grain boundaries and their elastic-plastic behavior to predict the stress-strain behavior of ECAPed 7075 Al alloy using a finite element micromechanical approach. For this purpose equal channel angular pressing is performed on the alloy and hardness and tensile tests were performed in the macro mode as well as the micro-indentation test on distinct areas of microstructure. Mathematical relations were obtained for the correlate the hardness and static strength properties of the alloy using the obtained data from hardness and tensile tests. In addition to the mathematical relations, backward simulation of the micro-indentation process has been used in the Abaqus finite element software to convert the hardness in the grain and its boundary to stress-strain curves. The elastic-plastic behavior of the phases has been used in microstructural modeling. Modeling of the strain test has been performed in the finite element software for the microstructures using the microstructural image. The predicted stress-strain behavior from microstructural modeling has been compared with experimental results.

کلیدواژه‌ها English

Microstructural Modelling
Severe plastic deformation
Grain
Grain Boundary
7075 Al Alloy
Figueiredo RB, De Barbosa ER, Zhao X, Yang X, Liu X, Cetlin PR, et al. Improving the fatigue behavior of dental implants through processing commercial purity titanium by equal-channel angular pressing. Material Science and Engineering A. 2014;619:312-318. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2014.09.099]
Sanusi KO, Makinde OD, Oliver GJ. Equal channel angular pressing technique for the formation of ultra-fine grained structures. South African Journal of Science. 2012;108(9-10). [Link] [DOI:10.4102/sajs.v108i11/12.212]
Segal VM. Materials processing by simple shear. Material Science and Engineering A. 1995;197(2):157-164. [Link] [DOI:10.1016/0921-5093(95)09705-8]
Valiev R, Langdon TG. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Material Science. 2006;51(7):881-981. [Link] [DOI:10.1016/j.pmatsci.2006.02.003]
Lemaitre J, Desmorat R. Engineering damage mechanics-ductile, creep, fatigue and brittle failures. Berlin: Springer; 2005. [Link]
Gleiter H. Nanostructures materials: State of the art and perspectives. Nanostructured Materials. 1995;6(1-4):3-14. [Link] [DOI:10.1016/0965-9773(95)00025-9]
Iwahashi Y, Wang J, Horita Z, Nemoto M, Langdon TG. Principle of equal-channel angular pressing for the processing of ultra fine grained materials. Scripta Materialia. 1996;35(2):143-146. [Link] [DOI:10.1016/1359-6462(96)00107-8]
Zhao YH, Liao XZ, Jin Z, Valiev RZ, Zhu YT. Microstructures and mechanical properties of ultrafine grained 7075 Al alloy processed by ECAP and their evolutions during annealing. Acta Materialia. 2004;52(15):4589-4599. [Link] [DOI:10.1016/j.actamat.2004.06.017]
Kumar SR, Gudimetla K, Venkatachalam P, Ravisankar B, Jayasankar K. Microstructural and mechanical properties of Al 7075 alloy processed by equal channel angular pressing. Material Science and Engineering A. 2012;533:50-54. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2011.11.031]
Horita Z, Ohashi K, Fujita T, Kaneko K, Langdon TG. Achieving high strength and high ductility in precipitation hardened alloys. Advanced Materials. 2005;17(13):1599-1602. [Link] [DOI:10.1002/adma.200500069]
Darban H, Mohammadi B, Djavanroodi F. Effect of equal channel angular pressing on fracture toughness of Al-7075. Engineering Failure Analysis. 2016;65:1-10. [Link] [DOI:10.1016/j.engfailanal.2016.03.010]
Cai X, Yang X, Zhou P. Dependence of vickers microhardness on applied load in indium. Material Science Letters. 1997;16(9):741-742. [Link] [DOI:10.1023/A:1018533131255]
Shinohara K. Relationship between work-hardening exponent and load dependence of vickers hardness in copper. Material Science. 1993;28(19):5325-5329. [Link] [DOI:10.1007/BF00570084]
Rogacheva EI, Tavrina TV, Galkin SN. Load-dependent microhardness of CulnSe2. Inorganic Materials. 2000;36(2):123-126. [Link] [DOI:10.1007/BF02758010]
Tiryakioglu M. On the relationship between Vickers hardness and yield stress in Al-Zn-Mg-Cu Alloys. Material Science and Engineering: A. 2015;633:17-19. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2015.02.073]
Tabor D. The hardness of metals. London: Oxford University Press; 1951. [Link]
Bruet BJF, Song J, Boyce MC, Ortiz C. Materials design principles of ancient fish armour. Nature materials. 2008;7:748-756. [Link] [DOI:10.1038/nmat2231]