بخشی از مقاله
چکیده
پیرسازی تحت کرنش نوعی عملیات حرارتی است که در حین عملیات پیرسازی، یک کرنش الاستیک خارجی نیز بر روی نمونه اعمال میشود. در این پژوهش، تاثیر اعمال کرنش کششی الاستیک در حین پیرسازی بر روی خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم 2024 بررسی شده است. به این منظور نمونههای محلول جامد فوق اشباع از این آلیاژ در دمای 165 œC و دمای محیط تحت اعمال کرنش کششی الاستیک %0/2 و بدون اعمال کرنش بیرونی، به ترتیب پیرسازی مصنوعی و طبیعی شدند.
نمونه های پیرسازی مصنوعی به مدت 8، 16 و 21 ساعت و نمونه های پیرسازی طبیعی به مدت 12 روز پیرسازی شدند.
نتایج آزمایش کشش و سختی نمونه ها نشان میدهند که با اعمال کرنش کششی الاستیک خارجی در حین پیرسازی مصنوعی، سختی و استحکام تسلیم آلیاژ افزایش و درصد ازدیاد طول شکست آن کاهش مییابد. به نظر میرسد که اعمال کرنش کششی الاستیک در حین پیرسازی، با تسریع تشکیل نواحی GP و رسوب گذاری رسوبات نیمه هم سیمای در آلیاژ آلومینیم 2024 باعث افزایش سریع سختی و استحکام تسلیم و کاهش نرخ تغییرات خواص مکانیکی آلیاژ با زمان پیرسازی می شود. اما در پیرسازی طبیعی، اعمال کرنش کششی الاستیک در حین پیرسازی، باعث درشت شدن زودرس رسوبات و تبدیل آنها به رسوبات نیمه هم سیمای در طول 12 روز شده و باعث افت خواص مکانیکی آلیاژ می گردد.
مقدمه
آلیاژهای Al-Cu-Mg به خاطر پتانسیل بالا برای رسوب گذاری مناطق GP و رسوبات دیسکی ، از قابلیت رسوب سختی بالایی برخوردارند و به همین خاطر بطور گستردهای به عنوان مواد ساختاری در صنعت هوایی مورد استفاده قرار می گیرند.
این آلیاژها برای کسب خواص مطلوب، نیازمند عملیات حرارتی محلولی هستند. خواص مکانیکی این آلیاژها در شرایط عملیات محلولی شده، تا حد فولادهای کم کربن قابل افزایش است.دمای کاری این آلیاژها غالباً زیر 100œC می باشد و اگر در معرض دماهای بالاتر از 100œC قرار گیرند درشت شدن رسوبات در ریزساختار باعث کاهش خواص مکانیکی آنها میشود
در آلیاژهای Al-Cu که از قابلیت رسوب سختی برخوردار هستند بسته به دما و زمان پیرسازی پنج نوع ساختار رسوبی شامل مناطق GPR1R، مناطق - R GPR2فاز - ، فاز ، فاز - CuAl₂ - ممکن است مشاهده شود 3 - و. - 4 هسته گذاری، رشد و درشت شدن فازهای رسوبی در آلیاژهای آلومینیم یک فرایند اساسی و مهمی از نفوذ اتمهای محلول و جاهای خالی است.
دما یک فاکتور موثر در این فرایند محسوب می شود. در دماهای پیرسازی بالاتر، سرعت نفوذ اتمهای محلول بالاتر بوده و بنابراین فازهای تعادلی با اندازه درشت تر به آسانی رسوب می کنند. در دماهای پیرسازی پایینتر، سرعت نفوذ اتم ها پایین بوده و بنابراین نیروی محرکه جوانه زنی افزایش می یابد و فازهای رسوبی با چگالی عددی بالا و اندازه کوچکتر رسوب می کنند که از نظر استحکام بخشی مطلوبند
در این آلیاژها خوشه های Cu به شکل دیسک روی صفحات {001 } تشکیل شده و باعث می شوند. انرژی کرنشی الاستیک مربوط به خوشه های Cu در شکل گیری رسوبات دیسکی شکل روی صفحات هبیت کمترین مقدار ممکن قرار دارد .
در حین پیرسازی معمولی که هیچ تنشی روی نمونه اعمال نمی شود و یا ریزساختار عاری از تنش باقیمانده است توزیع رسوبات در تمام صفحات هبیت صورت می گیرد و اگر رسوب گذاری بصورت ترجیحی روی صفحات هبیت معینی رخ دهد باعث ناهمسانگردی در خواص مکانیکی آلیاژ می شود .
نتایج حاصل از تحقیق آگراول در صورتی که تنش خارجی به نمونه اعمال نشود رسوبات صفحه ای شکل بر روی تمام صفحات خانواده {100 } تشکیل میشو ند. همچنین پیرسازی تحت تنشهای پایین 6/9 و 34/5 مگا پاسگال مورفولوژی و جهت گیری رسوبات را بطور قابل توجهی تغییر نمی دهد. اما تنش خارجی اعمالی 48 Mpa در حین پیرسازی نمونه ها تاثیر قابل توجهی بر روی جهت گیری ترجیحی رسوبات نشان داده است.
نتایج این محققان نشان می ده ند که تحت تنش کششی ، رسوب گذاری در صفحات عمود بر محور تنش اعمال شده اتفاق میافتد در حالیکه تحت تنش فشاری، رسوب گذاری بر روی صفحات موازی با محور تنش روی میدهد
گزارش شده است که رسوبات با ترکیب شیمیایی AlR2RCu با قابلیت سختی رسوبی، استحکام و پایداری دمایی بالا باعث توسعه خواص مکانیکی آلیاژهای مورد استفاده در صنایع هوایی شده است. در شرایط پیرسازی تحت اعمال تنش بیرونی در دمای بالا، رسوبات ریز و پایدار ، بدلیل انجام نفوذ راحت تر اتم ها در دماهای بالا، به طور مستقیم رشد می کنند.
محققین ضمن بررسی تاثیر تنش روی هسته گذاری و درشت شدن رسوبات در آلیاژهای Al-Cu-Mg-Ag نشان داده اند که اعمال تنش های کمتر از تنش تسلیم در حین پیرسازی می تواند با تسریع تشکیل خوشه های موجود در محلول جامد زمینه یا مناطق GP، فرایند رسوب گذاری را تحت تأثیر قرار دهد به شرطی که مقدار آن بیشتر از یک حد تنشی حداقلی باشد که به آن تنش آستانه اطلاق می گردد
تاثیر تنش کششی روی پیدایش ریزساختار حرارتی فاز در یک آلیاژ Al-Cu-Mg-Ag که دارای نسبت Cu/Mg بالایی
است، توسط میکروسکوپ های TEM تحقیق شده است. در شروع پیرسازی ابتدا خوشه های Mg-Ag تشکیل می شود و سپس اتمهای Cu داخل خوشه ها جمع میشود تا هسته روی صفحات {111}RAlR تشکیل شود.
رسوبات برای اینکه کوهیرنسی را در طول صفحات {111}RAlR در دماهای بالاتر از 200 œC حفظ کند، ظاهر میشوند. وقتی نمونه ها بدون اعمال تنش تحت پیرسازی مصنوعی قرار میگیرند، رسوبات تشکیل شده در شروع پیرسازی، با گذشت زمان در زمینه حل میشوند.
اما وقتی این نمونهها در معرض تنش تحت پیرسازی مصنوعی قرار میگیرند این رسوبات بطور غیر منتظرهای، بجای اینکه در زمینه حل شوند، با گذشت زمان رشد کرده و درشت تر میشوند. در واقع اعمال تنش بیرونی باعث به تأخیر افتادن تجزیه مجدد فاز میشود - . - 1 با گذشت زمان، تنش اعمال شده میتواند تشکیل خوشه های محلول یا مناطق GP را تسریع بخشد اما رسوب گذاری و رشد فازهای و را به تعویق می اندازد. یک مقدار تنش بحرانی وجود دارد که سیر تکاملی ریزساختار در فرایند پیرسازی آلیاژ Al-Cu-Mg-Ag را تنظیم میکند
نشان داده شده است که اعمال تنش 80 Mpa در حین پیرسازی طولانی مدت آلیاژ Al-Cu در دمای 180œC باعث جهت گیری ترجیحی رسوبات میشود . تحت همان شرایط پیرسازی برای آلیاژ Al-Cu-Mg-Ag نیز تشکیل رسوبات با جهات مرجح در تنش 120Mpa گزارش شده است. بعد از پیرسازی تحت تنش آلیاژهای Al-Cu و Al-Cu-Mg-Ag و به ترتیب ایجاد رسوبات / و در آنها، ایجاد رسوبات جدید و رشد رسوبات تشکیل شده قبلی به تعویق می افتند. در ضمن اعمال تنش بیرونی در حین پیرسازی تحت شرایط یکسان، باعث ترغیب تشکیل خوشه های Mg یا Mg-Ag یا مناطق RGp{111}R شده است
همانگونه که ملاحظه شد علیرغم مطالعات گستردهای که در خصوص تأثیر اعمال کرنش/تنش الاستیک بیرونی روی فرایند رسوبگذاری آلیاژهای تئوریک رسوب سخت شونده آلومینیم و بهبود خواص مکانیکی آنها انجام شده است، در مورد آلیاژهای تجاری و پر کاربرد آلومینیم نظیر آلیاژ 2024 تلاش چندانی صورت نگرفته است. لذا در این تحقیق به اثر پیرسازی تحت کرنش الاستیک روی فرایند رسوب گذاری و تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم 2024 پرداخته میشود.
شرح آزمایش
ماده خام اولیه مورد استفاده در این پژوهش، میله های اکسترود شده از جنس آلومینیم 2024 به قطر 18 میلی متر و طول 150 می باشد که ترکیب شیمیایی و ریزساختار میکروسکوپ نوری آن به ترتیب در جدول 1 و شکل 1 ارائه شده اند. تمامی سطوح نمونهها قبل از انجام سیکل های عملیات حرارتی تحت تنش، با استفاده از کاغذ سنباده SiC تا شماره 800 صاف و صیقل شدند.
جدول:1 ترکیب شیمیایی آلیاژ 2024 مورد استفاده - بر حسب درصد وزنی - .
