بررسی خواص مکانیکی و رشد ترک خستگی در آلومینیم نانوساختار شده توسط فرایند ایکپ

پرس در کانال‌های هم مقطع زاویه دار (equal channel angular pressing: ecap) یکی از روش‌های پالایش و ریزدانه نمودن مواد فلزی می‌باشد. در این تحقیق عملیات ایکپ به‌روی نمونه‌هایی از آلیاژ 5182، در 1 تا 4 پاس در دمای محیط انجام شده است. بعد از ایکپ‌، نمونه‌‌‌‌‌ها برای بدست آوردن خواص مکانیکی مانند سختی سنجی،‌‌ تست کشش و متالوگرافی آماده شده اند. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که خواص مکانیکی مواد ایکپ شده نسبت به حالت معمولی بهبود یافته است. با استفاده از میکروسکوپ روبشی[2] مشاهده شد اندازه‌ی دانه به طور متوسط از 131 میکرومتر در حالت اولیه به 745 نانومتر بعد از فرآیند ایکپ بعد از پاس چهار کاهش پیدا کرده است. نتایج حاصل از سختی سنجی نیز افزایش 213 درصدی را نسبت به حالت معمولی نشان داد. افزایش تنش تسلیم نیز بعد از 4 پاس در حدود 3 برابر می‌باشد. در نهایت، رشد ترک این مواد تحت بارگذاری خستگی با ایجاد پیش ترک مناسب با حالت بدون ایکپ مقایسه شده‌است و مشاهده گردید که رشد ترک در مواد ایکپ شده سریع تر می‌باشد و سطح شکست در مقایسه با حالت معمولی هموارتر شده‌است. همچنین انحراف ترک از مسیر خود در مواد ریز ساختار نسبت به حالت معمولی کمتر می ‌باشد. در انتها، با مقایسه نتایج آزمایشگاهی رشد ترک با نتایج حاصل از تحلیل عددی، صحت نتایج عددی اعتبارسنجی و تایید شده اند.

Investigation of mechanical properties and fatigue crack growth in nanostructured aluminum by ECAP process

ABSTRACTEqual Channel Angular Pressing (ECAP) is one of the methods of refining and finegraining metal materials. In this research, ECAP operation was performed on samples of 5182 alloy in 1 to 4 passes at ambient temperature. After implementation of the specimens through ECAP, prepared to obtain mechanical properties such as hardness, tensile and metallography. The results of these experiments showed that the mechanical properties of the packed materials through ECAP have improved compared to the normal state. Using a scanning microscope, it was observed that the average grain size decreased from 131 mu;m in the initial state to 745 nm after the ECAP process after the fourth pass. The results of hardness test also showed a 213% increase compared to normal. The increase in yield stress after 4 passes is about 3 times. Finally, the crack growth of these materials under fatigue loading was compared with the nonECAP mode by creating a suitable precrack. It was observed that crack growth is faster in ECAP materials and the failure surface is smoother compared to normal. Also, the deviation of the crack from its path in microstructure materials is less than normal. Finally, by comparing the Experimental results of crack growth with the results of numerical analysis, the accuracy of the numerical results is validated and confirmed.