مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی خواص کششی کامپوزیت چندلایه آلومینیوم فرآوری‌شده توسط فرآیند اتصال نورد انباشتی تقویت‌شده با الیاف شیشه

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 دانشگاه سمنان
2 دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، بهبود خواص استحکامی کامپوزیت هیبریدی چند لایه­ی الیاف شیشه- آلومینیوم، با استفاده از ورق­های آلومینیوم AA1050 فرآوری­شده توسط فرآیند اتصال نورد انباشتی در ساخت کامپوزیت است. همچنین تأثیر مراحل مختلف فرآیند اتصال نورد انباشتی بر خواص استحکامی کامپوزیت هیبریدی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا ورق آلومینیوم AA1050 تحت فرآیند اتصال نورد انباشتی قرار گرفت. سپس ریزساختار و خواص مکانیکی ورق توسط میکروسختی­سنجی و آزمون کشش تک­محور بررسی شد. در ادامه آلومینیوم فرآوری­شده توسط فرآیند اتصال نورد انباشتی جهت ساخت کامپوزیت چندلایه آلومینیوم تقویت‌شده با الیاف شیشه مورد استفاده قرار گرفت. نحوه­ی چیدمان اجزای کامپوزیت به­صورت 1/2 (آلومینیوم-الیاف شیشه-آلومینیوم) بوده است. در پایان خواص کششی کامپوزیت هیبریدی بررسی شد. با انجام فرآیند اتصال نورد انباشتی سختی و استحکام ورق افزایش قابل ملاحظه­ای می­یابد. همچنین قابلیت ازدیاد طول ورق پس از کاهش شدید در مرحله­ی اول، در ادامه­ به­آرامی افزایش می­یابد. استفاده از ورق آلومینیوم فرآوری­شده توسط اتصال نورد انباشتی در ساخت کامپوزیت هیبریدی موجب بهبود قابل­توجه استحکام کششی کامپوزیت می­شود. در کامپوزیت هیبریدی ساخته شده از آلومینیوم آنیل شده، قسمت اعظم ازدیاد طول لایه­ی آلومینیومی پس از شکست الیاف شیشه و در شرایط خارج از کامپوزیت هیبریدی روی می­دهد. در نتیجه کاهش قابلیت ازدیاد طول ورق پس از فرآیند اتصال نورد انباشتی باعث می­شود، طی آزمون کشش کامپوزیت هیبریدی لایه­ی فلزی و الیاف شیشه تقریباً همزمان دچار شکست شوند و منجربه کاهش شکل­پذیری کامپوزیت نمی­شود. بنابراین کل جذب انرژی و چقرمگی شکست لایه­ی آلومینیومی در شرایطی که کامپوزیت هیبریدی دچار شکست نشده است، به­وقوع می­پیوندد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of Tensile Properties of Glass Reinforced Aluminum Laminate (GLARE) Fabricated of Accumulative Roll-Bonded Aluminum Sheet

نویسندگان English

Mojtaba Dehghan 1
Fathallah Qods 1
Mahdi Gerdooei 2
Hamidreza Mohammadian Semnani 1
1 Semnan University
2 Shahrood University of Technology
چکیده English

The aim of this study is to improve the strength properties of glass-aluminum multilayer hybrid composite using AA1050 aluminum sheets processed by the accumulative roll bonding (ARB) process. Also, the effect of different cycles of ARB process on the strength properties of hybrid composite has also been investigated. At first, the ARB process was applied on the AA1050 sheet. Afterwards, the microstructure and tensile properties of the ARB deformed sheets were investigated. Then, the ARB processed AA1050 sheets were used to make glass reinforced aluminum laminate (GLARE). In the end, the tensile properties of the GLARE composite were examined. By the progress of the ARB process, the hardness and strength of the sheet increased. The elongation of the first cycle processed specimens dropped drastically. But, by increasing the process cycles, the elongation increased gradually. The use of the ARB processed aluminum sheet in the manufacture of GLARE composite significantly improved the tensile strength of the GLARE. In the GLARE made of annealed aluminum, most of the elongation of the aluminum layer occurred after the breaking of the glass fibers and in conditions outside the GLARE composite; as a result, the reduction of the sheet elongation during the ARB process caused the simultaneous failure of the metal layers and the glass fibers during the tensile test of the GLARE. Hence, this event did not reduce the ductility of the composite. In other words, the total energy absorption and fracture toughness of the aluminum layers occurred when the GLARE had not failed.

کلیدواژه‌ها English

Aluminum
Accumulative Roll-Bonding (ARB)
Glass Reinforced Aluminum Laminate (GLARE)
Tensile properties
1- Saito Y. Ultra-fine grained bulk aluminum produced by accumulative roll-bonding (ARB) process. Scr Mater. 1998;39(9):1221-7.
2- Fattah-Alhosseini A, Naseri M, Alemi M. Corrosion behavior assessment of finely dispersed and highly uniform Al/B4C/SiC hybrid composite fabricated via accumulative roll bonding process. J Manuf Process. 2016;22:120-6.
3- Duan J, Quadir MZ, Ferry M. Engineering low intensity planar textures in commercial purity nickel sheets by cross roll bonding. Mater Lett. 2017;188:138-41.
4- اسلامی ا, حسینی س, کازرونی ا. بررسی و مقایسه خواص مکانیکی مس خالص تولید شده به دو روش اتصال نورد تجمعی(ARB) و آهنگری چند محوره (MAF). مهندسی متالورژی. 1394;18(57):54-62.
5- Zeng L, Gao R, Fang Q, Wang X, Xie Z, Miao S, et al. High strength and thermal stability of bulk Cu/Ta nanolamellar multilayers fabricated by cross accumulative roll bonding. Acta Mater. 2016;110:341-51.
6- اسلامی ا, بلالی م, سیدکاشی س. مطالعه و مقایسه روشهای اکستروژن برشی ساده و اتصال نورد تجمعی در بهبود خواص مکانیکی و ساختاری مس. مهندسی متالورژی. 1397;21(2):118-28.
7- Saito Y, Utsunomiya H, Tsuji N, Sakai T. Novel ultra-high straining process for bulk materials—development of the accumulative roll-bonding (ARB) process. Acta Mater. 1999;47(2):579-83.
8- Dehghan M, Qods F, Gerdooei M, Mohammadian-Semnani H. Comparative Study of the Planar Uniformity of the Mechanical Properties of the AA1050 Strips Processed by Conventional and Cross Accumulative Roll-Bonding Techniques. JOM. 2020;72:1571-9.
9- Sinmazçelik T, Avcu E, Bora MÖ, Çoban O. A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods. Mater Des. 2011;32(7):3671-85.
10- Vogelesang LB, Vlot A. Development of fibre metal laminates for advanced aerospace structures. J Mater Process Technol. 2000;103(1):1-5.
11- Reddy MS, Chetty SV, Premkumar S, Reddappa H. Influence of reinforcements and heat treatment on mechanical and wear properties of Al 7075 based hybrid composites. Procedia Mater Sci. 2014;5:508-16.
12- Botelho EC, Silva RA, Pardini LC, Rezende MC. A review on the development and properties of continuous fiber/epoxy/aluminum hybrid composites for aircraft structures. Mater Res. 2006;9(3):247-56.
13- Rajkumar G, Krishna M, Narasimhamurthy H, Keshavamurthy Y, Nataraj J. Investigation of tensile and bending behavior of aluminum based hybrid fiber metal laminates. Procedia Mater Sci. 2014;5:60-8.
14- Soltani P, Keikhosravy M, Oskouei R, Soutis C. Studying the tensile behaviour of GLARE laminates: a finite element modelling approach. Appl Compos Mater. 2011;18(4):271-82.
15- Gonzalez-Canche N, Flores-Johnson E, Carrillo J. Mechanical characterization of fiber metal laminate based on aramid fiber reinforced polypropylene. Compos Struct. 2017;172:259-66.
16- Reyes G, Gupta S. Manufacturing and mechanical properties of thermoplastic hybrid laminates based on DP500 steel. Composites, Part A. 2009;40(2):176-83.
17- Sadighi M, Dariushi S. An experimental study of the fibre orientation and laminate sequencing effects on mechanical properties of Glare. Proc Inst Mech Eng, Part G. 2008;222(7):1015-24.
18- Wu G, Yang J-M. The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures. JOM. 2005;57(1):72-9.
19- Dhar Malingam S, Jumaat FA, Ng LF, Subramaniam K, Ab Ghani AF. Tensile and impact properties of cost‐effective hybrid fiber metal laminate sandwich structures. Adv Polym Technol. 2018;37(7):2385-93.
20- Yeh P-C, Chang P-Y, Yang J-M, Wu PH, Liu MC. Blunt notch strength of hybrid boron/glass/aluminum fiber metal laminates. Mater Sci Eng, A. 2011;528(4-5):2164-73.
21- Woo S-C, Choi N-S, Chang Y-W. Toughness and fracture mechanisms of glass fiber/aluminum hybrid laminates under tensile loading. J Mech Sci Technol. 2007;21(12):1937.
22- Wu G, Yang J-M. Analytical modelling and numerical simulation of the nonlinear deformation of hybrid fibre–metal laminates. Modell Simul Mater Sci Eng. 2005;13(3):413.
23- Cortes P, Cantwell W. The fracture properties of a fibre–metal laminate based on magnesium alloy. Composites, Part B. 2005;37(2-3):163-70.
24- Kashfi M, Majzoobi G, Bonora N, Iannitti G, Ruggiero A, Khademi E. A study on fiber metal laminates by using a new damage model for composite layer. Int J Mech Sci. 2017;131:75-80.
25- Reyes G, Cantwell W. The mechanical properties of fibre-metal laminates based on glass fibre reinforced polypropylene. Compos Sci Technol. 2000;60(7):1085-94.
26- Sharma AP, Khan SH, Parameswaran V. Experimental and numerical investigation on the uni-axial tensile response and failure of fiber metal laminates. Composites, Part B. 2017;125:259-74.
27- Sun J, Daliri A, Lu G, Ruan D, Lv Y. Tensile failure of fibre-metal-laminates made of titanium and carbon-fibre/epoxy laminates. Mater Des. 2019;183:108139.
28- Kazeminezhad M, Taheri AK. Deformation inhomogeneity in flattened copper wire. Mater Des. 2007;28(7):2047-53.
29- Dehghan M, Qods F, Gerdooei M, Mohammadian-Semnani H. Influence of Intermediate Heating in Cross Accumulative Roll-Bonding Process on Planar Isotropy of the Mechanical Properties of Commercial Purity Aluminium Sheet. Met Mater Int. 2020:1-15.
30- Kolahi A, Akbarzadeh A, Barnett M. Electron back scattered diffraction (EBSD) characterization of warm rolled and accumulative roll bonding (ARB) processed ferrite. J Mater Process Technol. 2009;209(3):1436-44.
31- Hosseini SA, Manesh HD. High-strength, high-conductivity ultra-fine grains commercial pure copper produced by ARB process. Mater Des. 2009;30(8):2911-8.
32- Alizadeh M, Salahinejad E. Processing of ultrafine-grained aluminum by cross accumulative roll-bonding. Mater Sci Eng, A. 2014;595:131-4.
33- Abbasi M, Sajjadi SA. Mechanical properties and interface evaluation of Al/AZ31 multilayer composites produced by ARB at different rolling temperatures. J Mater Eng Perform. 2018;27(7):3508-20.
34- Karlık M, Homola P, Slámová M. Accumulative roll-bonding: first experience with a twin-roll cast AA8006 alloy. J Alloys Compd. 2004;378(1-2):322-5.
35- Kim H-W, Kang S-B, Tsuji N, Minamino Y. Elongation increase in ultra-fine grained Al–Fe–Si alloy sheets. Acta Mater. 2005;53(6):1737-49.
36- Mehr VY, Toroghinejad MR, Rezaeian A. Mechanical properties and microstructure evolutions of multilayered Al–Cu composites produced by accumulative roll bonding process and subsequent annealing. Mater Sci Eng, A. 2014;601:40-7.
37- Quadir M, Al-Buhamad O, Bassman L, Ferry M. Development of a recovered/recrystallized multilayered microstructure in Al alloys by accumulative roll bonding. Acta Mater. 2007;55(16):5438-48.
38- Böhm W, Merklein M, Lechner M. Innovative aluminium lightweight design by the combination of Accumulative Roll Bonding and local intermediate heat treatment. Mater Today: Proc. 2015;2(10):4992-7.
39- Kamikawa N, Tsuji N, Huang X, Hansen N. Quantification of annealed microstructures in ARB processed aluminum. Acta Mater. 2006;54(11):3055-66.
40- Hanazaki K, Shigeiri N, Tsuji N. Change in microstructures and mechanical properties during deep wire drawing of copper. Mater Sci Eng, A. 2010;527(21-22):5699-707.
41- Chowdhury SG, Srivastava V, Ravikumar B, Soren S. Evolution of Texture During accumulative roll bonding (ARB) and its comparison with normal cold rolled aluminium–manganese alloy. Scr Mater. 2006;54(9):1691-6.
42- Tsuji N, Toyoda T, Minamino Y, Koizumi Y, Yamane T, Komatsu M, et al. Microstructural change of ultrafine-grained aluminum during high-speed plastic deformation. Mater Sci Eng, A. 2003;350(1-2):108-16.
43- Pirgazi H, Akbarzadeh A, Petrov R, Kestens L. Microstructure evolution and mechanical properties of AA1100 aluminum sheet processed by accumulative roll bonding. Mater Sci Eng, A. 2008;497(1-2):132-8.
44- Yaghtin AH, Salahinejad E, Khosravifard A. Processing of nanostructured metallic matrix composites by a modified accumulative roll bonding method with structural and mechanical considerations. Int J Miner, Metall Mater. 2012;19(10):951-6.
45- Jamaati R, Toroghinejad MR, Dutkiewicz J, Szpunar JA. Investigation of nanostructured Al/Al2O3 composite produced by accumulative roll bonding process. Mater Des. 2012;35:37-42.
46- Toroghinejad MR, Ashrafizadeh F, Jamaati R. On the use of accumulative roll bonding process to develop nanostructured aluminum alloy 5083. Mater Sci Eng, A. 2013;561:145-51.
47- Jamaati R, Toroghinejad M. Cold roll bonding bond strengths. Mater Sci Technol. 2011;27(7):1101-8.
48- Hashemi M, Jamaati R, Toroghinejad MR. Microstructure and mechanical properties of Al/SiO2 composite produced by CAR process. Mater Sci Eng, A. 2012;532:275-81.
49- Alizadeh M, Paydar M, Jazi FS. Structural evaluation and mechanical properties of nanostructured Al/B4C composite fabricated by ARB process. Composites, Part B. 2013;44(1):339-43.