بخشی از مقاله
چکیده
نورد سرد پیوندی کارآمدترین و مقرون به صرفهترین روش در مقایسه با روشهای دیگر برای تولید کامپوزیت های لایهای میباشد. در این مطالعه تاثیر پارامترهای فرایند نورد سرد پیوندی نظیر کاهش ضخامت و آنیل قبل از فرایند نورد بر خواص مکانیکی کامپوزیت سه لایه برنج - CuZn10 فولاد- IF برنج CuZn10 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که با افزایش میزان کاهش ضخامت تا %75، سختی و استحکام کششی افزایش و درصد ازدیاد طول کامپوزیت کاهش مییابد.
اما در کاهش ضخامت %80 به دلیل انرژی ذخیره شده بالا و بازیابی دینامیکی، سختی و استحکام کششی کاهش و درصد ازدیاد طول کامپوزیت افزایش مییابد. همچنین آنیل قبل از فرایند نورد سرد موجب کاهش سختی و استحکام کششی و افزایش درصد ازدیاد طول کامپوزیت میشود. در پایان برای ارزیابی مقاطع شکست نمونههای آزمون کشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM استفاده شد.
-1 مقدمه
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 .[1] 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 .
در فرایند نورد سرد پیوندی به علت کار در دمای پایین مهمترین مکانیزم، تئوری لایه سطحی میباشد. تئوری لایه سطحی بیان میکند که اعمال کاهش ضخامت بالاتر از کاهش ضخامت آستانه موجب میشود در لایه کار سخت شده روی سطح ورق که در اثر برس کاری به وجود آمده ترکهای عرض ایجاد شود و فلز دست نخورده و بکر از بین ترکها اکسترود شود و با فلز اکسترود شده از سطح مقابل تماس برقرار کند.
این امر موجب اتصال و پیوند اتم با اتم میشود. لازم به ذکر است کاهش ضخامت آستانه، حداقل میزان کاهش ضخامتی است که در آن پیوند میان دو سطح به طور پیوسته ایجاد میشود و با تغییر شکل بیشتر از این مقادر اتصال فلزی بین سطوح جدید ایجاد شده و استحکام پیوند افزایش مییابد علاوه بر این، برای انجام این فرایند نیاز به فراهم شدن انرژی اکتیواسیون برای غلبه بر سد انرژی میباشد. این سد انرژی ناشی از پراکندگی لایههای آلودگی است و سد انرژی ترمودینامیکی ناشی از پیوند اتمها میباشد .
تحقیقات متعددی در مورد تاثیر 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
جماعتی و طرقینژاد [6] تاثیر فرایند نورد سرد پیوندی را بر خواص مکانیکی ورق آلومینیوم - سری - 1100 بررسی کردند. نتایج نشان داد با افزایش میزان کاهش ضخامت، سختی لایهها افزایش پیدا میکند. همچنین در یک کاهش ضخامت ثابت با افزایش میزان ذرات بین دو لایه، سختی بیشتر میشود.
وانگ و همکارانش [7] در مورد تاثیر فرایند نورد سرد پیوندی و آنیل بر روی خواص مکانیکی ورق آلومنیوم - سری - 5052 مطالعاتی انجام دادند. مشاهده شد با بیشتر شدن میزان تغییر شکل پلاستیک، استحکام تسلیم و استحکام کششی افزایش پیدا میکنند. اکرمیفرد و همکارانش [8] در مورد تاثیر فرایند نورد سرد و آنیل بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت سه لایه آلومینیوم- فولاد زنگنزن - - 304L - آلومینیوم مطالعاتی انجام دادند مشاهده شد که با افزایش دمای آنیل بعد از نورد، استحکام کششی کاهش مییابد.
با توجه به خواص مکانیکی مطلوب کامپوزیتهای لایهای و تاثیر پارامترهای نورد سرد پیوندی بر این خواص، در این پژوهش به بررسی اثر میزان کاهش ضخامت و آنیل قبل از فرایند نورد برخواص مکانیکی کامپوزیت برنج و فولادIF پرداخته شد.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 مواد اولیه
در این پژوهش ورقهای برنج Cu-10wt%Zn با ابعاد 80 mm× 30mm× 1/13mm و ورقهای فولاد IF با ابعاد 80 mm× 30mm×0/7mm موازی با جهت نورد بریده شدند و مورد استفاده قرار گرفتند.
-2-2 فرایند نورد سرد
قبل از فرایند نورد سرد باید آلودگیهای سطحی نظیر چربیها و اکسیدها از سطوح به طور کامل پاک شوند. به همین منظور ابتدا سطوح فولاد و برنج تحت استون شویی قرار گرفتند، سپس توسط برس فولادی مجزا برسکاری شدند و سمت برسکاری شده 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 وسط و دو لایه برنج در اطراف تحت فرایند نورد قرار گرفتند. شمای کلی فرایند نورد سرد در شکل 1 آورده شده است. برای نورد این نمونهها کاهش ضخامت 65 تا 80 درصد اعمال شد. برای آنیل قبل از فرایند نورد سرد، فولاد به مدت60 دقیقه در دمای 650c و برنج به مدت 90 دقیقه در دمای 600c آنیل شد.
شکل .1 شمای کلی فرایند نورد سرد پیوندی.
