بخشی از مقاله
چکیده:
آلیاژهای منیزیم به دلیل خواصی از قبیل وزن کم و نسبت استحکام به وزن بالا مورد توجه روزافزون صنایع خودروسازی و هوا-فضا قرار گرفته است. کارپذیری پایین آلیاژهای منیزیم در دمای اتاق منجر به گسترش فرآیندهای شکل دهی در دمای بالا گردیده است.
از این رو در پژوهش حاضر به منظور بررسی رفتار تغییر شکل آلیاژ منیزیم-روی-ایتریوم ، آزمایش فشار گرم در دماهای °C 300 و 450 °C و نرخ کرنش های 0/001 و 1 انجام شده است. به منظور بررسی تغییرات ریزساختاری از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی استفاده شد. ریزساختارهای حاصل از کرنش های مختلف مقایسه شده و مورد تحلیل قرار گرفتند. تأثیر دما و نرخ کرنش بر مکانیزیم های تغییر شکل و رفتار سیلان ماده با توجه به منحنیهای تنش حقیقی - کرنش حقیقی در شرایط مختلف تغییر شکل مورد بحث و بررسی قرار گرفتند.
.1 مقدمه
آلیاژهای منیزیم دارای مزایایی از قبیل وزن سبک، استحکام و مقاومت به خوردگی مناسب، قابلیت ریختگی و هزینه تولید کم می باشند. با توجه به چگالی پایین آلیاژهای منیزیم کاربرد این آلیاژها در صنایع خودرو سازی، هوا فضا و الکتریک رو به افزایش است. با این حال، شکل پذیری ضعیف آلیاژهای منیزیم با توجه ساختار بلوری شش ضلعی - HCP - نشان دهنده محدودیت عمده این فلزات می باشد. محدودیت سیستمهای لغزش و عدم فعال شدن سیستمهای لغزش غیر قاعده در دمای اتاق منجر به محدود شدن شکل پذیری آلیاژهای منیزیم می شود .
برای وقوع تغییر شکل یکنواخت حداقل به پنج سیستم لغزش نیاز است، در حالی که در آلیاژهای منیزیم در دمای اتاق تنها دو سیستم لغزش فعال میباشد. یکی از راههای فعال شدن سیستم های لغزش کاهش نسبت c/a از طریق آلیاژسازی است .[3] به دلیل این که با کاهش نسبت c/a تنش بحرانی برای فعال شدن سیستم های لغزش کاهش می یابد .[4] با اضافه کردن عناصر آلیاژی به آلیاژهای منیزیم می توان به بهبود خواص و ریزساختار دست یافت. مشخص شده است که افزودن عناصر نادر خاکی به آلیاژهای منیزیم یک راه موثر برای اصلاح دانه، بهبود خواص مکانیکی در دمای محیط و بالا و بهبود ویژگی های ریخته گری است.
عناصر نادر خاکی شامل عناصری از قبیل سریم، کلسیم، ایتریوم، استرانسیم و عناصر دیگر می باشد. عنصر ایتریوم با در صدهای متفاوت باعث تشکیل فازهای مختلف در آلیاژهای منیزیم- روی - ایتریوم می گردد. بر اساس بسیاری از گزارش ها این فازها شامل سه فاز از جمله فاز - Mg3Zn3Y2 - W با ساختار مکعب، فازI - Mg3Zn6Y - با ساختار شبه بلور بیست وجهی و فاز Z - Mg12ZnY - با ساختار مکعبی می باشد .
با توجه به تحقیقات انجام شده، در میان فازهای ذکر شده فاز I توجه زیادی را جذب کرده است که به دلیل ارائه بسیاری از خواص خوب مانند سختی بالا، پایداری حرارتی، مقاومت به خوردگی بالا، مقاومت به سایش بالا، کاهش نسبت c/a، اصلاح اندازه دانه ها و موارد دیگر می باشد. ذرات فاز I بطور موثر می تواند با ممانعت از لغزش نابجایی ها به دلیل انرژی سطحی پایین و پیوند قوی با زمینه باعث تقویت آلیاژهای منیزیم شود .
در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر فاز بیست وجهی در طی فرایند کار گرم در دماهای مختلف، میزان کرنش و نرخ کرنش بر ریز ساختار و خواص مکانیکی پرداخته شده است.
.2 مواد و روش تحقیق
در پژوهش حاضر برای تهیه آلیاژهای مورد نظر از منیزیم و روی خالص و همچنین آمیژان منیزیم-%7 ایتریوم استفاده شده است. عملیات ذوب و آلیاژسازی در یک کوره مقاومتی و یک بوته فولاد ساده کربنی صورت گرفت. برای محافظت از سوختن و اکسید شدن مذاب ازگاز co2 استفاده شد و پس از ذوب شدن، مذاب در قالب فولادی استوانه ای ریخته گری شد. ترکیب شیمیایی دو آلیاژ در جدول 1 آمده است.
جدول .1 ترکیب شیمیایی آلیاژهای مورد استفاده
به منظور همگن و یکنواخت کردن ریزساختار و همچنین حل شدن رسوبات، عملیات حرارتی همگن سازی در دمای 420 °C به مدت 16 ساعت انجام و در نهایت در آب کوئنچ شد. سپس آلیاژها در دمای 450 °C اکسترود و بمنظور حذف اثرات ناشی از فرآیند اکستروژن و رسوبات موجود بر کار گرم بعدی، عملیات همگن سازی طی یک سیکل یک مرحلهای به مدت 3 ساعت در دمای °C 450 انجام گردیده است.
به منظور بررسی رفتار تغییر شکل گرم، آزمایش فشار گرم توسطردستگاه Zwick/roll مجهز به کوره مقاومتی در دماهای œC 300 و 450 œC و نرخ کرنش های 0/001 و 1 انجام شده است. به منظور یکسان سازی دما, نمونه ها به مدت 5 دقیقه در دمای مورد آزمایش نگهداری شد و به منظور جلوگیری از اصطکاک نمونه ها با سطح فک ها و جلوگیری از اکسید شدن سطح نمونه ها در حین آزمایش از پوشش تفلن بر روی سطح نمونه ها استفاده شد در پایان آزمایش نمونه ها بلافاصله در آب کوئنچ شدند.
به منظور بررسی ریز ساختار، نمونه ها از وسط برش زده شد و پس از عملیات سمباده زنی و پولیش مکانیکی بمنظور اچ کردن از محلول نیتال 10درصد - نمونه های ریخته گری - و محلول پیکرال - نمونه های کارشده - استفاده شد و سپس تصاویر ریزساختاری با میکروسکوپ نوری تهیه شد.
.3 نتایج و بحث .3-1 بررسی ریز ساختار ریخته گری و همگن شده
ریزساختار اولیهی این آلیاژ دندریتی است و شامل فاز α - منیزیم فوق اشباع - در زمینه و فاز دوم بر روی مرز دانه ها به صورت دندریتی میشود - شکل . - 1 همچنین به منظور آنالیز این رسوبات، از آنالیز EDS استفاده گردید. نتایج حاصل از آنالیز EDS نشان دهنده این است که ریز ساختار آلیاژ منیزیم - روی شامل فاز α که در زمینه واقع شده و فاز Mg2Zn روی مرز دانه ها تشکیل شده است، میشود.
شکل .1 ریزساختار حاصل از نمونه ریخته گری ااف - منیزیم - روی ب - منیزیم -روی-ایتریوم
همچنین آنالیز EDS - شکل - 3 نمونه ریختگی منیزیم - روی - ایتریوم نشان میدهد که این آلیاژ شامل فاز زمینه غنی از منیزیم و فاز Mg3Zn6Y که شامل مقادیر مختلف روی و ایتریوم می شود که در بین دندریت ها مشاهده شده است. همچنین نتایج XRD از آلیاژ ریختگی منیزیم - روی - ایتریوم نشان می دهد که این آلیاژ شامل فاز α و فاز - Mg3Zn6Y - I می باشد
شکل .2 ریزساختار حاصل از فرآیند همگن سازی الف - آلیاژ منیزیم -روی . ب - آلیاژ منیزیم - روی - ایتریوم
شکل 2 ریزساختار حاصل از فرآیند همگن سازی را نشان می دهد. ریز ساختار شامل دانه های هم محور می باشد و تقریبا تمام ترکیبات منیزیم - روی در مرز دانه می تواند پس از همگن سازی حل شود. در داخل برخی از دانه ها تعدادی دوقلویی وجود دارد. این دوقلویی ها، دوقلویی آنیل بوده که حین عملیات حرارتی تشکیل شدهاند . علاوه بر این دوقلویی ها ذرات بسیار ریزی در ریزساختار مشاهده می شود که می تواند بیانگر حضور رسوباتMg2Zn در فاز زمینه به دلیل بالاتر بودن نقطه ذوب این رسوبات نسبت به دمای همگن سازی باشد. با این حال تمام مراحل یوتکتیک منیزیم - روی - ایتریوم با توجه به پیوند بسیار قوی بین فاز I و زمینه و نیز انرژی فصل مشترک بسیار کم فاز I و زمینه -Mg بعد از همگن سازی باقی مانده است - شکل 2 ب - که به معنی این است که ایتریوم می تواند پایداری حرارتی آلیاژ را افزایش دهد.
