بررسی تاثیر عملیات تغییرشکل پلاستیکی شدید پرسکاری شیاردار مقید(cgp) بر روی خواص مکانیکی و متالوژیکی فلز مس خالص

همانگونه که از اسم روش های تغییرشکل پلاستیکی شدید (spd) مشخص است، به فرآیندی اطلاق می شود که با انجام یک فرآیند شکل دهی، یک تغییرشکل پلاستیکی شدید در نمونه ایجاد می شود. از نکات قابل توجه و ویژگی منحصر به فرد، در روش های تغییرشکل پلاستیک شدید، ریزدانه شدن و بهبود خواص ماده، همراه با عدم تغییر ابعاد اولیه می باشد. در روشهای spd، استحکام از طریق کار سختی و اصلاح اندازه دانه در مراحل اولیه و نهایی ایجاد کرنش، افزایش می یابد. این عمل باعث بهبود در نسبت مقاومت به وزن می شود. در این پایان نامه سعی بر این شده است که از روش های تغییرشکل پلاستیکی شدید، روش پرسکاری شیاردار مقید (cgp) بررسی شود و تاثیر این فرآیند، برروی خواص مکانیکی از قبیل استحکام، سختی، مکانیک شکست و خواص ساختاری فلز مس خالص بررسی گردد. دراین پایان نامه، ابتدا ورق فلز مس خالص خریداری و در دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت تحت عملیات آنیل قرار گرفت. سپس نمونه ها در اندازه های مورد نظر برش داده و برای مراحل بعدی آماده شدند. بعد از آماده سازی نمونه ها، آنها تحت عملیات cgp قرار گرفتند، به این صورت که ابتدا نمونه در داخل قالب شیاردار با زاویه شیار 45 درجه قرار گرفته و سپس تحت عملیات پرسکاری در دستگاه پرس 200 تنی آزمایشگاهی قرار گرفتند. سپس نمونه در قالب صاف، پرسکاری شدند. باید ذکر کرد که قالب شیاردار cgp به صورت غیرمتقارن می باشد، به این صورت که از لبه های قالب، ترتیب زاویه شیارها و فاصله آنها فرق می کند. در ادامه، نمونه بعد از خارج شدن از داخل قالب صاف، به اندازه 180 درجه چرخانیده شده و دوباره این مراحل برای طرف دیگر نمونه تکرار شد. به این صورت که نمونه دوباره، ابتدا در قالب شیاردار و سپس در قالب صاف پرسکاری گردید. این عمل باعث می شود که کل نمونه به یک اندازه مشخص و یکسان دچار تغییرشکل و کرنش پلاستیکی به اندازه 16/1 شود. با انجام این مراحل یک پاس از فرآیند پرسکاری شیاردار مقید انجام شد. این فرآیند به تعداد یک پاس، دو پاس و سه پاس برای نمونه های مختلف تکرار گردید تا تاثیر این فرآیند بر روی خواص مختلف مکانیکی و ساختاری بررسی شود. در ادامه فرآیند، به منظور بررسی خواص متالوژیکی و ساختاری، نمونه هایی آماده سازی شده و بعد از سنباده زنی و پولیش و اچ کردن مقطع نمونه ها، توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در مرحله بعدی نمونه ها برطبق استانداردها برای دستگاه تست کشش و دستگاه تست انتشار ترک به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی استحکامی و مکانیک شکست، آماده سازی شدند و تست های لازمه انجام گرفت. همچنین نمونه ها جهت سختی سنجی توسط سمباده آماده شده و سختی سنجی ویکرز در چندین نقطه از هر نمونه اندازه گیری شد. در مرحله آخر نتایج بدست آمده با نتایج نمونه مس خالص اولیه مقایسه گردید. انجام فرآیند cgp باعث افزایش استحکام، سختی، مکانیک شکست و کاهش درصد ازدیاد طول شد. در ابتدا میزان استحکام در حدود 277/75 مگاپاسکال و درصد ازدیاد طول 85/20 درصد می باشد که با انجام فرآیند cgp، در پاس سوم میزان این استحکام به 553/77 مگاپاسکال افزایش و مقدار درصد ازدیاد طول به 76/3 درصد کاهش می یابد. نتایج آزمون سختی بیانگر افزایش سختی از حدود 85 ویکرز به مقدار حدودی 127 ویکرز می باشد. به این صورت که این فرآیند باعث محدودیت شدید نابجایی ها و مرز بین دانه ها در مهاجرت و جابجایی شده است که باعث به تاخیر افتادن مکانیزم لغزش گردیده و این دلیلی بر افزایش استحکام و دیگر خواص مکانیکی می باشد. همچنین نتایج حاصل از تست مکانیک شکست نشان می دهد که مقدار kic از (mpa?m) 59/11 در نمونه مس خالص بدون فرآیند به مقدار (mpa?m) 86/17 افزایش می یابد. این یعنی افزایش 54/1 برابری مقدار چقرمگی شکست، بعد از سه پاس cgpcgpcgp می باشد. متالوگرافی نمونه های cgp شده نشان می دهد که با انجام عملیات و با افزایش تعداد پاس ها یکنواختی دانه ها بهتر و اندازه دانه ها ریزتر می شود. به طوری که اندازه دانه ها از 49 میکرومتر به حدود 4 میکرومتر کاهش پیدا می کند، که از نظر دانه بندی و ساختاری دارای اندازه مناسب و بهتری می باشد. پس این تغییرشکل پلاستیکی شدید، باعث کاهش اندازه دانه و ریزدانگی ماده می شود.