موضوع مقاله: روزن‌رانی فشاری تناوبی آلیاژ منیزیم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # روزن‌رانی فشاری تناوبی آلیاژ منیزیم | مقدمه: روزَن‌رانیافضلی، محمدرضا، فرهنگ مهندسی مکانیک، انگلیسی-فارسی، تهران: فرهنگ معاصر، ۱۳۸۶. | ## بخش 1: روزن‌رانی فشاری تناوبی آلیاژ منیزیم | فشاری تناوبی یکی از انواع فرایندهای تغییرشکل مومسان شدید است که برای تولید مواد بالک فوق ریزدانه و نانوساختار به کار گرفته می‌شود. در این فرایند، یک میله با قطرD، از قالبی که قطر داخلی آن در وسط مسیر به d کاهش می‌یابد توسط یک سنبه از بالا فشار داده شده تا از این کانال کوچکتر روزن‌رانده شود. زمانی که آلیاژ zk60 تحت عملیات حرارتی در دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد و به مدت ۱۰ ساعت و پیرسازی مصنوعی در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان بیشتر از ۳۰ ساعت قرار می‌گیرد مقدار رسوبات افزایش می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد با افزاش تعداد پاس فرایند CEC ریز ساختار به‌طور قابل توجهی بهبود یافته و توزیع اندازه دانه‌ها تمایل دارند همگن شوند. به واسطه تغییرات ریز ساختار و تغییرات بافت استحکام تسلیم در فشار(CYS) به‌طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده است و استحکام تسلیم در کشش (TYS) به مقدار کمی کاهش پیدا کرده است. انعطاف‌پذیری نیز در تست فشار در مقایسه با تست کشش به مقدار زیادی افزایش پیدا کرده است که بخاطر فشار هیدرو استاتیکی است که در فرایند وجود دارد. برای استفاده وسیع از آلیاژ منیزیم (Mg) باید انعطاف‌پذیری و استحکام را افزایش داد. با کنترل بافت و بهبود دانه از طریق فرایندهای شکل دهی شدید (SPD) می‌توان انعطاف‌پذیری را افزایش داد. در بین این روش‌ها به نظر می‌رسد فرایند روزن‌رانی فشاری تناوبی (CEC) با اعمال فشار هیدرواستاتیکی بالا برای فلزات با تغییر شکل سخت از جمله منیزیم بسیار مناسب است. تحقیقاتی که در سال‌های اخیر انجام شده است نشان می‌دهد که با افزایش تعداد پاس فرایند CEC استحکام آلیاژ منیزیم کاهش پیدا کرده است؛ که این نتیجه به‌طور مشابه در فرایند ECAP آلیاژ منیزم (AZ31) و فرایند CEC آلیاژ منیزیم (AZ31) نیز گزارش شده است؛ که دلیل چنین مکانیزمی پیچیده است و ممکن است به دلیل لغزش مرزدانه، تکامل بافت، بهبود دانه، دوقلویی و چگالی نابجایی باشد. | ## بخش 2: روزن‌رانی فشاری تناوبی آلیاژ منیزیم | ترکیب شیمیایی این آلیاژ ۵٫۵ درصد روی و ۰٫۵ درصد زیرکونیوم و باقی آلیاژ، عنصر پایه منیزیم است. میله اکسترود شده به قطر ۲۹٫۵ میلی‌متر و به طول ۴۲ میلی‌متر بریده می‌شود سپس فرایند CEC به وسیله فشاردادن شمش از یک سمت محفظه استوانه ای به قطر D به سمت دیگر محفظه استوانه ای به همان قطر انجام می‌شود، قطر محفظه استوانه ای وسط d است. مقدار کرنش در این روش توسط معادله زیر قابل محاسبه است: e=2(2n-1)lnD/d در این تحقیق D و d به ترتیب ۳۰ و ۲۰ میلی‌متر هستند و n تعداد پاس‌های عبور فرایند است. قبل از انجام فرایند ابتدا قطعه را در دمای ۳۵۰ درجه سانتی گراد آنیل می‌کنند (آنیل کردن به این دلیل است که اندازه دانه درشت شود و ضریب نرخ کرنش افزایش پیدا کند و نابجایی‌ها راحت تر بتوانند حرکت کنند و نیرو لازم برای انجام فرایند نیز کاهش پیدا کند). در این فرایند قالب را هم در دمای ۲۵۰ درجه سانتی گراد و زمان ۱٫۵ ساعت پیش گرم می‌کنند چون قطعه گرم است و اگر قالب سرد باشد این شیب دمایی بین قالب و قطعه باعت ایجاد تنش پسماند در قطعه می‌شود و قطعه ممکن است در حین کار ترک بخورد یا بشکند. در این فرایند به دلیل اینکه دمای کاری بالا است بین قالب و قطعه از روانساز گرافیت استفاده می‌کنند چون گرافیت در دمای بالا تجزیه نمی‌شود و نمی‌سوزد. در این فرایند بعد از انجام فرایند قطعه را به سرعت سرد می‌کنند چون در این فرایند هم دما بالا است و هم کرنش داریم که تبلور مجدد دینامیکی اتفاق می‌افتد که باعث می‌شود دانه‌های جدید در مرزدانه قبلی شکل بگیرند و حال اگر قطعه در دمای بالا به آرامی سرد شود دانه جوانه زده در اثر فرایند تبلور مجدد در شت می‌شوند که در این حالت انعطاف‌پذیری افزایش (%El) پیدا می‌کند اما استحکام کاهش پیدا می‌کند در حالی که هدف این است در حین حفظ استحکام انعطاف‌پذیری (%El) افزایش پیدا کند. بالا: بعد از ۱و۲ پاس فرایند CEC) ریز ساختار شکل پایین تصویر میکروسکوپ نوری بخش طولی ریز ساختار آلیاژ ZK60 قبل و بعد از فرایند CEC با پاس‌های ۱ و ۲ را نشان می‌دهد. تصویر قطعه ZK60 اولیه نشان می‌دهد که دانه‌ها تمایل دارند ناهمگن باشند و دانه‌های ریز و دانه‌های درشت کنار هم قرار گرفته‌اند. تصویر ریزساختار پس از یک پاس CEC نشان می‌دهد که ریزساختار توزیع دو حالته (bimodal) پیدا کرده است، یعنی دانه‌های ریز با اندازه ۳–۶ میکرومتر و دانه‌های درشت با اندازه ۱۵–۲۰ میکرومتر نمایش داده شده‌اند این نوع ریز ساختار (ریز ساختار دو حالته) به احتمال زیاد به وسیله بازسازی دینامیکی جزئی که در طول فرایند تغییر شکل پلاستیک در دمای بالا اتفاق می‌افتد، ایجاد شده است. | ## بخش 3: روزن‌رانی فشاری تناوبی آلیاژ منیزیم | تصویر ریزساختار پس از دو و چهار پاس CEC نشان می‌دهد که دانه‌ها به‌طور واضح بهبود یافته‌اند و به‌طور معقول همگن شده‌اند که به واسطه فرایند بازسازی دینامیکی است که دیگر ساختار دو حالته را نداریم و میانگین اندازه دانه بعد از ۴ پاس به ۱٫۴ میکرون رسید. دراین فرایند یک پاس بحرانی وجود دارد که که بعد از ان پاس اندازه دانه دیگر کوچکتر نخواهد شد چون یک بالانس دینامیکی بین رشد دانه و بهبود دانه به‌وجود می‌آید و مکانیزم لغزش تغییر می‌کند یعنی برای تغییر شکل تنشی که به مرزدانه اعمال می‌شود کمتر از تنش اعمال شده به نابجایی‌ها است پس با اعمال کرنش برشی در این فرایند خود مرز دانه روی هم می‌لغزند. خواص مکانیکی با تحلیل منحنی تنش – کرنش آلیاژ ZK60 قبل از فرایند CEC و بعد از ۸ پاس، تحت تست کشش و تست فشار می‌توان دریافت که قبل از فرایند CEC رفتار تنش – کرنش در فشار و کشش کاملاً با هم متفاوت است. بعد از ۸ پاس فرایند CEC رفتار متفاوت منحنی تنش – کرنش در فشار و کشش به هم نزدیک شد. مقدار انعطاف‌پذیری بعد از فرایند هم در تست کشش و هم در تست فشار افزایش پیدا کرده است. نتیجه‌گیری پس از بررسی بافت و خواص مکانیکی توسط ریزساختار، زاویه بین دانه‌ها و عملیات حرارتی محلول در دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد، به مدت ۱۰ ساعت می‌توان نتیجه گرفت: ۱)بعد از ۴ پاس دانه‌ها به‌طور قابل توجهی بهبود پیدا کردند و ساختار همگن بدست آمد و ساختار (bimodal) از بین رفت و بعد از ۴ پاس اندازه دانه‌ها ۱٫۴ میکرون بدست آمد. دراین حالت یک پاس بحرانی داریم که بعد از آن پاس اندازه دانه‌ها کوچک نمی‌شود به این علت که برای تغییر شکل تنشی که به مرزدانه اعمال می‌شود کمتر از تنش اعمال شده به نابجایی‌ها است پس با اعمال کرنش برشی در این فرایند خود مرز دانه روی هم می‌لغزند. ۳)زمانی که آلیاژ ریخته‌گری شده Zk60 در معرض عملیات حرارتی محلول در دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد برای ۱۰ ساعت قرارگرفت و بعد پیرسازی مصنوعی در دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد برای زمان‌های مختلف قرار گرفت مقدار ذرات رسوب کرده در بازه ۱۵–۲۰ ساعت به مقدار پیک خودش می‌رسد و بعد از آن مقدارش کاهش پیدا می‌کند. | ## جمع‌بندی | ۴)با تغییر روش روزن‌رانی از مستقیم به غیر مستقیم مقدار ناهمسانگردی کمی کاهش پیدا کرد اما در روش CEC به واسطه تغییرات بافت و بهبود دانه مقدار اختلاف استحکام تسلیم در فشار (CYS=206Mpa) و کشش (TYS=192Mpa) تقریباً ناچیز شده است و به همین دلیل در فرایند CEC ناهمسانگردی تقریباً نداریم.