بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیتهای لایهای از خواص مکانیکی منحصر به فردی برخوردارند. پارامترهای مختلفی بر خواص مکانیکی آنها تاثیر میگذارد. در این مطالعه تاثیر آنیل بعد از فرایند نورد بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت سه لایه مس تمباک - فولاد- IF مس تمباک تولید شده به روش نورد سرد پیوندی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد در میزان تغییر شکل پلاستیک ثابت با افزایش دما و زمان آنیل، سختی و استحکام برشی کاهش مییابد. در دماهای آنیل زیر 600 c، تاثیر زمان آنیل بر خواص مکانیکی کامپوزیت بیشتر از دما میباشد. ولی با افزایش دمای آنیل به بالاتر از 600 c، دما پارامتر غالب میباشد. به دلیل انرژی ذخیره شده بالا در کامپوزیت پدیده بازیابی در مدت زمان کم آنیل اتفاق میافتد. همچنین تبلور مجدد به طور کامل در دمای 650 c و زمان 30 دقیقه اتفاق میافتد. در پایان برای ارزیابی ریز ساختار از میکروسکوپ نوری - - OM استفاده شد.
کلمات کلیدی: نورد سرد پیوندی، آنیل بعد از نورد، سختی، استحکام برشی ، بازیابی، تبلور مجدد.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر کامپوزیتهای لایهای به علت خواص منحصر به فرد مکانیکی، مدول الاستیک بالا، ویژگیهای الکتریکی و مغناطیسی مناسب مورد توجه قرار گرفتهاند. روشهای گوناگونی برای تولید کامپوزیتهای لایهای نظیر آبکاری، پراکنش مغناطیسی، رسوب فیزیکی بخار، رسوب جت بخار و جوشکاری انفجاری وجود دارد. بسیاری از این روشها نیازمند فرایندهای پیچیده و تجهیزات گران قیمتی میباشند که مانعی برای کاربرد آنها در صنعت است. از جمله روشهای کارآمد ساخت کامپوزیتهای لایهای حالت جامد میتوان به تغییر شکل پلاستیک مانند فرایند نورد سرد پیوندی اشاره نمود. این فرایند به دلیل ویژگیهایی نظیر تجهیزات نسبتا ساده و ارزان، قابلیت استفاده برای فلزات مختلف و قابلیت صنعتی شدن مورد توجه قرار گرفته است. ثابت شده است که نورد سرد پیوندی کارآمدترین و مقرون به صرفهترین روش در مقایسه با روشهای دیگر برای تولید کامپوزیتهای لایهای در سالهای اخیر است .[1]
نورد سرد پیوندی یک روش جوشکاری حالت جامد است در نتیجه تغییر شکل پلاستیک پیوند ایجاد میشود. این فرایند برای اتصال بین فلزات مشابه و غیر مشابه در دمای اتاق، جهت ساخت کامپوزیت مورد استفاده قرار میگیرد .[2] در بررسیهای انجام شده در ارتباط با ایجاد پیوند اتم با اتم بین لایهها در فرایند نورد سرد پیوندی، چهار تئوری پیشنهاد شده است که شامل تئوریهای لایه سطحی، سد انرژی، نفوذ پیوندی و اتصال تبلور مجدد میباشد .[3] در فرایند نورد سرد پیوندی به علت کار در دمای پایین مهمترین مکانیزم، تئوری لایه سطحی میباشد. تئوری لایه سطحی بیان میکند در ابتدا شکست لایه شکننده ی تشکیل شده توسط فرایند برس زنی رخ می دهد. این امر باعث می شود که فلز بکر از طریق این ترک ها شروع به اکستروژن کند اما هنوز هیچ پیوندی تشکیل نمی شود. سپس، با انبساط سطحی بیشتر، تماس میان فلزات بکر اکسترود شده به وجود می آید و از این طریق پیوندی فلزی تشکیل میشود.
در قسمتهایی که انبساط سطحی بسیار زیاد است، پیوندهای بیش تر و قوی تری تشکیل می شود. در حقیقت، با افزایش فشار نورد، دو لایه ی سطحی اکسیدی که پس از آماده سازی، مجددا روی سطح نوارها تشکیل شده است، شکسته شده و ترک هایی در آن ایجاد می شود. سپس فلز تازه و بکری که زیر سطح قرار دارد از میان این ترک ها به بیرون اکسترود شده و در اثر جوش سرد بین آنها پیوندی قوی تشکیل میگردد. مناطق پیوند نیافتهی لایهی سطحی شکننده به صورت جزیرههای کوچک ایزولهای محبوس میشوند .[4]
فرایند نورد سرد پیوندی برای اتصال برای گسترهای از فلزات یکسان و یا مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. برخی مطالعات انجام شده در مورد ساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای لایهای و یا نوارهای کامپوزیتی تهیه شده توسط این روش، شامل ترکیبات [5] Ti -Ni، [6] Al-Steel، [7] Cu -Al، Al-Mg [8]، [9] Al -Ti میباشند. تحقیقات متعددی در مورد اثر پارامترهای مختلف فرایند نورد سرد بر خواص مکانیکی کامپوزیتها صورت گرفته است. مهمترین پارامترهای گزارش شده عبارتاند از میزان کاهش ضخامت، ضخامت اولیه ورق، آنیل قبل و بعد از فرایند،سرعت نورد، جهت نورد، زبری سطح و ضریب اصطکاک بین ورقها و غلطک .[10]در این پژوهش به بررسی تاثیر دما و زمان آنیل بعد از فرایند نورد بر سختی و استحکام برشی کامپوزیت مس تمباک و فولادIF پرداخته شد.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 مواد اولیه
در این پژوهش ورقهای مس تمباک - برنج حاوی 90 درصد وزنی مس - با ابعاد 1/13mm 80 mm× 30mm× و ورقهای فولاد IF با ابعاد 80 mm× 30mm×0/7mm موازی با جهت نورد بریده شدند و مورد استفاده قرار گرفتند.
-2-2 آماده سازی سطح
برای ایجاد یک پیوند مستحکم بین لایههای فلزی در فرایند نورد سرد پیوندی آمادهسازی سطوح از اهمیت بالایی برخوردار است. سطوح فلزی ممکن است شامل آلودگیهای نظیر چربیها، رطوبت، انواع اکسیدها و گرد و غبار هوا باشند. برای از بین بردن این آلودگی دو مرحله آمادهسازی سطح انجام شد. در ابتدا سطوح فولاد توسط یک برس دوار فولادی به شعاع 50 mm با سیم فولادی به قطر 0/3 mm و سطوح برنج توسط برس فولادی مجزا به شعاع 60 mm با سیم فولادی به قطر 0/27 mm تحت برسکاری قرار گرفتند. سپس سطوح تحت استون پاشی قرار گرفتند.
-3-2 فرایند نورد سرد
پس از آماده سازی سطوحی نمونهها برای جلوگیری از آلودگی دوبارهی سطوح باید از لمس کردن آنها خودداری شود و فرایند نورد سرد به سرعت و در کمتر از 120 ثانیه روی نمونهها انجام گیرد. چون فاصله زمانی بیش از حد باعث اکسید شدن سطوح و یا نشستن آلودگیهای جدید روی سطوح میگردد.بعد از آماده سازی سطوح، ورقها از سمت برسکاری روی یکدیگر قرار گرفتند. برای جلوگیری از لغزش ورقها بر روی هم در حین فرایند نورد، چهار گوشهی ورقها توسط سیم فولادی ثابت شدند. فرایند نورد سرد به وسیله دستگاه نورد با ظرفیت 40 تن و قطر غلتک 230 mm انجام شد. سه لایه فلزی شامل یک لایه فولاد در بین دو لایه مس تمباک تحت فرایند نورد قرار گرفتند. شمای کلی فرایند نورد سرد در شکل 1 آورده شده است. برای نورد این نمونهها کاهش ضخامت 65 درصد اعمال شد. برای بررسی تاثیر آنیل بعد از
