نورد تجمعی
تعریف

امروزه مواد نانوساختار و فوق ریزدانه به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان توجه بسیار زیادی را به خود جلب کرده‌اند. مواد نانوساختار دارای کسر حجمی بالایی از مرزدانه‌ها می‌باشند که همین امر منجر به تغییر چشم‌گیر خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن‌ها نسبت به مواد پلی‌کریستال دانه‌درشت می‌شود. مواد نانوساختار در مقایسه با مواد پلی‌کریستال معمولی دارای استحکام، شکلپذیری و سختی بالا، چقرمگی زیاد، نفوذپذیری بالا، گرمای ویژهٔ زیاد، ضریب انبساط حرارتی بالا و خواص مغناطیسی نرم عالی می‌باشند. تاکنون روش‌های مختلفی برای تولید این مواد ابداع شده‌است. یکی از مهم‌ترین روش‌ها به منظور ساخت مواد نانوساختار، تغییرشکل پلاستیک شدید می‌باشد. تغییر شکل پلاستیک شدید به فرایندهایی گفته می‌شود که با اعمال کرنش پلاستیک شدید به ماده، منجر به تولید مواد نانوساختار و/یا فوق‌ریزدانه می‌گردند. ویژگی برجستهٔ فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید، ثابت ماندن ابعاد نمونه حین فرایند است که در نتیجهٔ آن اعمال کرنش‌های بسیار زیاد بر ماده امکان‌پذیر می‌شود. تاکنون فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید محدودی شناخته و معرفی شده‌است. این فرایندها قابل استفاده برای فلزات و آلیاژهای مختلف است. در سال ۱۹۹۸ میلادی یک فرایند تغییرشکل پلاستیکی شدید با استفاده از نورد به نام نورد تجمعی ابداع شد. نورد تجمعی Accumulative Roll Bonding یا اتصال نوردی انباشتی به عنوان یک روش تغییر شکل پلاستیک شدید و دست یابی به ساختاری با اندازه دانه نانومتری توسط Saito و همکارانش معرفی شد. مراحل مختلف این فرایند در شکل زیر نمایش داده شده‌است.
اولین مرحلهٔ فرایند ARB مرحلهٔ آماده‌سازی سطح ورق‌های اولیه می‌باشد که معمولاً شامل رفع لایه‌های اکسیدی سطح با برس زنی و ایجاد یک لایهٔ کار سخت شده در سطح ورق است. برای دست یابی به یک اتصال نوردی کامل بین دو ورق تمیز کردن و چربی زدایی کامل سطوح دو ورق قبل از فرایند نورد ضروری است. پس از آماده‌سازی، دو ورق طوری روی هم قرار می‌گیرند که سطوح آماده شده آن‌ها در تماس با هم باشند و برای جلوگیری از لغزش دو ورق روی هم، از اتصال به وسیلهٔ جوش نقطه‌ای یا پرچ استفاده می‌شود. مهم‌ترین مرحله در فرایند ARB نورد هم‌زمان دو ورق است. استفاده از نورد در فرایند ARB نه تنها به عنوان یک روش تغییر شکل، بلکه به عنوان عاملی برای ایجاد اتصال بین دو ورق و تولید یک ورق کاملاً یکپارچه است. گاهی نیز برای بهتر شدن اتصال، فرایند نورد در دمای بالا اما زیر دمای تبلور مجدد، انجام می‌شود. معمولاً میزان کاهش ضخامت اعمال شده در هر مرحله ۵۰٪ است که در نتیجه آن ورق حاصل ضخامتی برابر ضخامت ورق اولیه خواهد داشت. سپس این ورق از راستای طولی به دو قسمت بریده می‌شود و مراحل کار مجدداً تکرار می‌شوند. در برخی موارد ورق‌های روی هم قرارگرفته، در دمای بالا و زیر دمای تبلورمجدد گرم شده و سپس به سرعت نورد می‌شود تا پیوند مناسب حاصل شده و نیروی نورد کاهش یابد. این روند بدون محدودیت می‌تواند تکرار شود و بدین ترتیب کرنش پلاستیکی بسیار بزرگی به ماده اعمال می‌گردد. تولید ورق‌های سالم و مستقیم و بدون ترک در فرایند ARB بسیار اهمیت دارد. به دلیل میزان بالای کاهش ضخامت در نتیجهٔ تکرار فرایند، گاهی ترک‌های لبه‌ای در طول نورد ایجاد می‌شود. اگر این ترک‌ها تا مرکز ورق گسترش یابد، ادامهٔ سیکل بعدی ARB غیرممکن می‌گردد. در لبه‌های کناری ماده گسترش جانبی اتفاق می‌افتد و این امر، ازدیاد طول در جهت نورد را کاهش می‌دهد که منجر به شرایط تنش کششی می‌شود. بدین ترتیب ترک لبه‌ای در اثر تنش کششی در لبه‌های کناری ورق به وجود می‌آید. هنگامی که نسبت پهنای ورق به ضخامت کم‌تر از ۱۰ باشد امکان ایجاد ترک بیش‌تر می‌شود؛ بنابراین افزایش پهنای ورق برای یک ضخامت یکسان برای جلوگیری از ترک لبه‌ای مؤثر است ولی نیروی نورد افزایش می‌یابد. از نقطه نظر فرایند نورد، نورد پیوندی روان‌کاری شده با نیروی نورد کم‌تر مسلماً مناسب‌تر است. هر چند که نورد پیوندی با نیروی نورد بزرگ‌تر برای رسیدن به پیوند محکم‌تر، مناسب‌تر می‌باشد. علاوه بر این مشخص شده‌است که کرنش برشی اضافی ایجاد شده در نواحی زیر سطح ورق در اثر اصطکاک بالا بین غلتک‌ها و مواد، تشکیل ریزساختار با دانه‌های بسیار ریز را به‌طور قابل توجهی سریع می‌کند؛ بنابراین فرایند ARB، اغلب در شرایط خشک، بدون روان‌کاری و تا جایی که ظرفیت دستگاه نورد اجازه می‌دهد انجام می‌شود. بدین ترتیب یک دستگاه نورد با ظرفیت کافی برای انجام فرایند ARB لازم است.