اثر فرآیند فورج چندجهته روی ریزساختار و خواص مکانیکی نانو کامپوزیت‌های az31 تقویت‌شده با نانوذرات sic

در این پژوهش 1/5% حجمی از نانوذرات sic از طریق روش ریخته گری گردابی به آلیاژ منیزیم az31 افزوده شد. سپس شمش های ریختگی در دمای °c400 با نسبت اکستروژن 3/78 اکسترود شدند. پس از اکستروژن، مواد برای 2، 4، 6 و 8 عبور در معرض فرآیند فورج چندجهته در دمای °c320 قرار گرفتند. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی مواد اکسترود و mdfشده، از آزمون های سنبه برشی (spt) و میکروسختی ویکرز استفاده شد. نتایج به دست آمده از این آزمون ها نشان دادند که نانوذرات سرامیکی سخت باعث بهبود استحکام برشی و سختی آلیاژ زمینه شده اند. مقادیر استحکام برشی تسلیم، استحکام برشی نهایی و سختی آلیاژ اکسترودشده به ترتیب mpa70/86، mpa43/119 و hv55/52 به دست آمدند، در حالی که در نانوکامپوزیت az31/sicp اکسترودشده این مقادیر به ترتیب 9/91%، 5/48% و 13/99% افزایش یافتند. همچنین ملاحظه شد که نانوکامپوزیت های فرآوری شده با فرآیند فورج چندجهته خواص مکانیکی بهتری نسبت به مواد mdfنشده ارایه می دهند. نتایج مشخص کردند که پس از دو عبور اول، بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پدید آمده است، به طوری که استحکام برشی تسلیم، استحکام برشی نهایی و سختی نسبت به حالت اکسترودشده به ترتیب 27/12%، 17/95% و 16/03% افزایش یافته اند. خواص مکانیکی طی عبورهای بعدی به صورت تناوبی با کاهش و افزایش همراه بودند. مشاهدات ریزساختاری نیز نشان دادند که روند تغییرات متوسط اندازه دانه، طی افزایش عبورهای mdf تناوبی بوده است. پس از عبور دوم دانه ها نسبت به حالت اکسترود ریزتر شدند و در دو عبور بعدی اندازه آنها افزایش یافت. از عبور چهارم تا عبور ششم اندازه دانه ها کاهش پیدا کرد و کمترین اندازه دانه در این حالت به دست آمد، در حالی که در دو عبور آخر دانه ها کمی رشد کردند. با وجود ساختار ریزتر و همگن تری که در عبورهای ششم و هشتم ایجاد شد اما بهترین خواص مکانیکی در عبور دوم حاصل شد و این یعنی افزون بر تغییرات ریزساختاری تحولات ایجادشده در بافت ماده طی فرآیند mdf نیز خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار داده است.

Effect of Multidirectional Forging on Microstructures and Mechanical Properties of Nano-SiC Reinforced AZ31 Nanocomposites

In this study, 1.5vol.% of SiC nanoparticles was added to AZ31 magnesium alloy via a stircasting method. Next, the ascast ingots were extruded at 400 °C with the ratio of 3.78. After extruding, the materials were subjected to multidirectional forging (MDF) at 320 °C for 2, 4, 6, and 8 passes. In order to evaluate the mechanical properties of extruded and MDFed materials, shear punch (SPT) and Vickers microhardness tests were applied. The results of these tests showed that hard ceramic nanoparticles improved the shear strength and hardness of the matrix alloy. The shear yield strength, ultimate shear strength, and hardness of extruded alloy were 86.70 MPa, 119.43 MPa, and 52.55 HV, respectively, while in extruded AZ31/SiCp nanocomposite, these values increased by 9.91%, 5.48%, and 13.99%, respectively. It was also observed that nanocomposites processed with multidirectional forging offer better mechanical properties than nonMDFed materials. The results indicated that after the first two passes, there was a significant improvement in the mechanical properties of the nanocomposites, such that the shear yield strength, ultimate shear strength, and hardness were improved in contrast with the extruded state by 27.12%, 17.95%, and 16.03%, respectively. Mechanical properties during the next passes were periodically reduced and increased. Microstructural observations also showed that the average grain size variations were periodic during the increase of MDF passes. After the second pass, the grains were finer than the extruded state, and their size increased in the next two passes. From 4th to 6th pass, the grain size decreased and the smallest grains were obtained in this case, while in the last two passes, the grains grew slightly. Despite the smaller and homogeneous structure created by the 6th and 8th passes, the best mechanical properties were obtained in the second pass, which means, in addition to the microstructural changes, also modifications in the material texture during the MDF process had an impact on mechanical properties.