مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهبود خواص مکانیکی مس با اکستروژن و انبساط تناوبی تحت فشار هیدرواستاتیک

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
مواد ریزدانه، خواص مکانیکی فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهند و کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارند. یکی از راههای تولید میل‌گرد ریزدانه استفاده از روش‌های تغییر شکل پلاستیک شدید است. اکستروژن و انبساط متوالی نمونه به‌عنوان یکی از روش‌های تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید میل‌گردهای ریزدانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. با افزایش طول قطعه، نیروی اصطکاک افزایش پیدا می‌کند، تا جایی که نیروی مورد نیاز برای عملیات شکل‌دهی به حدی افزایش پیدا می‌کند که امکان انجام فرآیند وجود ندارد. برای حل این مشکل، در این پژوهش، فرآیند "اکستروژن و انبساط تناوبی تحت فشار هیدرواستاتیک" به‌عنوان یک روش جدید تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید میل‌گردهای با ساختار ریزدانه با طول بلند پیشنهاد شده است. در این روش، عملیات شکل‌دهی با استفاده از روغن تحت فشار انجام می‌گیرد؛ به همین دلیل، تنش‌های هیدرواستاتیک فشاری به ماده اعمال می‌شود و سبب بهبود مناسب خواص مکانیکی می‌شود. همچنین، نتایج شبیه‌سازی اجزای محدود این روش، تاثیر میزان ضریب اصطکاک بر نیروی شکل‌دهی و مستقل‌بودن نیروی شکل‌دهی از طول میل‌گرد را به‌دلیل انجام فرآیند به‌صورت هیدرواستاتیک نشان می‌دهد؛ بنابراین، فرآیند قادر است که میله‌هایی با طول بلند و ساختار ریزدانه تولید کند. میل‌گردی از جنس مس خالص تحت این فرآیند قرار گرفت و نتایج، حاکی از آن است که پس از انجام فرآیند، حد تسلیم و استحکام نهایی به‌ترتیب ۲۰۰% و ۳۳% افزایش یافت. همچنین سختی نمونه به‌صورت قابل ملاحظه‌ای ۱۲۰% افزایش یافت و توزیع نسباتاً همگنی از سختی در قطر میل‌گرد به‌دست آمد. نتایج ریزساختار، ریزدانه‌شدن قابل توجهی را پس از فرآیند نشان داد که اندازه دانه‌ها تا ۸ میکرومتر در مرکز قطعه و ۵ میکرومتر در شعاع خارجی کاهش یافته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Improvement of Cu Mechanical Properties by Cyclic Extrusion and Expansion under Hydrostatic Pressure

نویسندگان English

M. Baghinipour
F. Biglari
Manufacturing & Production Department, Mechanical Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Fine grain materials exhibit excellent mechanical properties and are widely used in various industries. One way to produce fine grain bar is by using the severe plastic deformation techniques. Cyclic extrusion and expansion of the sample is used as one of the methods of severe plastic deformation for production of fine-grained bars. As the length of piece increases, the friction force increases, so that the required force for shaping operation is increased to such an extent that the process cannot be performed. For solving this problem, the "Cyclic Extrusion and Expansion under Hydrostatic Pressure" is proposed as a new method of severe plastic deformation for production of long-length fine-grained bars. In this method, the forming operation was done by using a pressure oil, so the hydrostatic compressive stresses are applying to the material and improve the mechanical properties. Also, the results of simulation of finite elements of this method show the effect of friction coefficient on the forming force and independence of the forming force from the bar length due to the hydrostatic process. Therefor the process is capable of producing rods of long length and fine structure. Results of pure copper rebar underwent this process showing that the yield strength and final strength increased by 200% and 33%, respectively. Also, the sample hardness increased substantially by 120%, and the distribution of relatively homogeneous hardness in rebar diameter was obtained. The microstructure results showed a fine-grain after the process, with the grain size reduced to 8μm in center and 5μm in outer diameter.

کلیدواژه‌ها English

Severe plastic deformation
Fine Grain Materials
Cyclic Extrusion and Expansion
Hydrostatic pressure
Pure copper
Hosford WF, Caddell RM. Metal forming: Mechanics and metallurgy. 4th edition. Cambridge: Cambridge University Press; 2014. pp. 30-41. [Link]
Valiev RZ, Islamgaliev RK, Alexandrov IV. Nanostructured materials from severe plastic deformation. Nanostructured Materials. 1999;12(1-4):35-40. [Link] [DOI:10.1016/S0965-9773(99)00061-6]
Rosochowski A. Processing metals by severe plastic deformation. Solid State Phenomena. 2005;101-102:13-22. [Link] [DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.101-102.13]
Murr LE, Trillo EA, Pappu S, Kennedy C. Adiabatic shear bands and examples of their role in severe plastic deformation. Journal of Materials Science. 2002;37(16):3337-3360. [Link] [DOI:10.1023/A:1016541023502]
Callister WD, Rethwisch DG. Materials science and engineering. 6th edition. New Jeresey: John Wiley & Sons; 2006. pp. 188-190. [Link]
Kobayashi Sh. A review on the finite-element method and metal forming process modeling. Journal of Applied Metalworking. 1982;2(3):163-169. [Link] [DOI:10.1007/BF02834034]
Motallebi Savarabadia M, Farajia G. Hydrostatic tube cyclic expansion extrusion (HTCEE) as a new severe plastic deformation method for producing long nanostructured tubes. Journal of Alloys and Compounds. 2018;718:412-417. [Link]
Babaei A, Mashhadi MM, Jafarzadeh H. Tube cyclic expansion-extrusion (TCEE) as a novel severe plastic deformation method for cylindrical tubes. Journal of Materials Science. 2014;49:3158-3165. [Link] [DOI:10.1007/s10853-014-8017-6]
Kamachi M, Furukawa M, Horita Z, Langdon TG. Equal-channel angular pressing using plate samples. Materials Science and Engineering: A. 2003;361(1-2):258-266. [Link] [DOI:10.1016/S0921-5093(03)00522-7]
Máthis K, Gubicza J, Nam NH. Microstructure and mechanical behavior of AZ91 Mg alloy processed by equal channel angular pressing. Journal of Alloys and Compounds. 2005;394(1-2):194-199. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2004.10.050]
Bahrami M, Faraji GH. Numerical and experimental investigation of hydrostatic cyclic expansion extrusion with back pressure [dissertation]. Tehran: Tehran University of Technology; 2016. pp. 140-141. [Link]