ارائه‌ی یک سیستم روانکاری نوین جهت بهبود خواص مکانیکی تیتانیوم فوق‌ریزدانه تولید شده به روش پرس‌کاری گرم در کانال‌ همسان زاویه‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته مهندسی مکانیک ، کارشناسی ارشد ساخت وتولید

2 دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشگاه صنعتی شاهرود- دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک

چکیده

در این پژوهش، پرس‌کاری گرم تیتانیوم خالص درجه 2 در کانال همسان زاویه‌دار یا ایکپ مورد مطالعه قرار گرفت. طراحی جدید قالب با زاویه کانال 90 درجه مشکل جریان ناخواسته فلز بین دو کفه قالب، افزایش شدید نیرو و گیرکردن قطعه را برطرف کرده است. پس از سعی و خطا، مشخص شد بهترین مکانیزم روان‌کاری، استفاده هم‌زمان فویل مس و روان‌کار مولیبدن دی‌سولفاید است. در این شرایط عملیات ایکپ در دمای 260 درجه سانتی‌گراد تا چهار مرحله با موفقیت انجام شد. بر روی نمونه‌های موفق، آزمون کشش اجرا و مشخص شد پس از چهار مرحله پرسکاری، استحکام کششی نهایی % 57 افزایش و کاهش سطح مقطع تنها % 14 افت داشته است. در نهایت با کم کردن دمای فرآیند و استفاده از سیستم روان‌کاری مناسب، استحکام کششی نهایی به 799 مگاپاسکال رسید که از مقادیر گزارش شده در پژوه شهای مشابه بیشتر است. بررسی ریزساختار و رفتار شکست تیتانیوم ایکپ شده، به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام و نتایج نشان داد اندازه دانه نمونه از مقدار متوسط اولیه 18385 نانومتر پس از 4 مرحله ایکپ به 729 نانومتر رسید. همچنین تصاویر مقطع شکست پس از چهار مرحله ایکپ، ایجاد حفره‌های ریز، کم عمق و با توزیع یکنواخت را که نشان‌دهنده همگن شدن ساختار است، مشخص نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improving Mechanical Properties of Ultrafine-Grained Titanium Produced through Warm ECAP Using a Novel Lubrication System

نویسندگان [English]

  • Hamed Maghsoudloo 1
  • Mahdi Gerdooei 2
  • Seyed Hadi Ghaderi 3
1 Faculty of Mechanical and Mechatronics Engineering, Shahrood University of Technology Shahrood- Iran
2 Assistant Professor Faculty of Mechanical and Mechatronics Engineering, Shahrood University of Technology Shahrood- Iran
3 Assistant Professor Faculty of Mechanical and Mechatronics Engineering, Shahrood University of Technology Shahrood- Iran
چکیده [English]

In this research, warm equal channel angular pressing of grade 2 pure titanium was investigated. A new design was proposed for tooling with 90º channel angle, which eliminated problems such as the undesired flow of material between the two die halves, increased forming load and sticking of the sample in the die. A lubrication system consisting of copper foils and molybdenum disulfide was found to be effective after some trials. Using this lubrication system, 4 passes of equal channel angular pressing at 260 ºC was completed successfully. Tensile test results, demonstrated after the 4th pass, ultimate tensile strength increased by 57% while the reduction of area decreased by 14%. Reducing the process temperature and using appropriate lubrication, and ultimate tensile strength of 799 MPa was achieved which is well above the values already reported from similar researches. The microstructure and fracture surface of the equal channel angular pressing titanium were investigated using a scanning electron microscope. The results show that the initial grain size of 18 μm reduces to 729 nm after four passes. In addition, the fracture surface of the sample shows the formation of fine uniformly distributed dimples, indicating a homogenous structure of the samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Equal channel angular pressing؛ Warm equal channel angular pressing
  • Grade 2 commercial purity titanium
  • Ultrafine grained materials

مراجع

[1]  R.Z. Valiev, I.P. Semenova, V.V. Latysh, H. Rack, T.C. Lowe, J. Petruzelka, L. Dluhos, D. Hrusak, J. Sochová, Nanostructured titanium for biomedical applications, Advanced engineering materials, 10(8) (2008).
[2]  Y. Okazaki, E. Gotoh, Comparison of metal release from various metallic biomaterials in vitro, Biomaterials, 26(1) (2005) 11-21.
[3]  Y. Li, C. Wong, J. Xiong, P.  Hodgson, C. Wen, Cytotoxicity of titanium and titanium alloying elements, Journal of dental research, 89(5) (2010) 493-497.
[4]  B. Ratna Sunil, A. Thirugnanam, U. Chakkingal, T. Sampath Kumar, Nano and ultra fine grained metallic biomaterials by severe plastic deformation techniques, Materials Technology, 31(13) (2016) 743-755.
[5]  E. Hall, The deformation and ageing of mild steel: III discussion of results, Proceedings of the Physical Society. Section B, 64(9) (1951) 747.
[6]  K. Edalati, Z. Horita, A review on high-pressure torsion (HPT) from 1935 to 1988, Materials Science and Engineering: A, 652 (2016) 325-352.
[7]  P. Lejček, Grain boundaries: description, structure and thermodynamics, in: Grain Boundary Segregation in Metals, Springer, 2010, pp. 5-24.
[8]  J. Li, J. Zhao, S. Liu, M. Han, Effects of low angle boundaries on the mechanical properties of single crystal superalloy DD6, Superalloys, (2008) 443-451.
[9]  A. Podolskiy, H. Ng, I. Psaruk, E. Tabachnikova, R. Lapovok, Cryogenic equal channel angular pressing  of commercially pure titanium: microstructure and properties, Journal of Materials Science, 49(19) (2014) 6803-6812.
[10]  R. Valiev, Nanostructuring of metals by severe plastic deformation for advanced properties, Nature materials, 3(8) (2004) 511-516.
[11]  V. Segal, V. Reznikov, A. Drobyshevskii, V. Kopylov, Plastic working of metals by simple shear, Russ. Met., (1) (1981) 99-105.
[12]    P.S. Roodposhti, N. Farahbakhsh, A. Sarkar, K.L. MURTY, Microstructural approach to equal channel angular processing of commercially pure titanium—A review, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 25(5) (2015) 1353-1366.
[13]     V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I.V.  Alexandrov,  T.C. Lowe, R.Z. Valiev, Influence of ECAP routes on the microstructure and properties of pure Ti, Materials Science and Engineering: A, 299(1-2) (2001) 59-67.
[14]  G. Purcek, O. Saray, O. Kul, I. Karaman, G. Yapici, M. Haouaoui, H. Maier,  Mechanical and wear properties  of ultrafine-grained pure Ti produced by multi-pass equal-channel angular extrusion, Materials Science and Engineering: A, 517(1) (2009) 97-104.
[15]    D.-H. Kang, T.-W. Kim, Mechanical behavior and microstructural evolution of commercially pure titanium in enhanced multi-pass equal channel angular pressing and cold extrusion, Materials & Design, 31 (2010) S54-S60.
[16]  V.L. Sordi, M. Ferrante, M. Kawasaki, T.G. Langdon, Microstructure and tensile strength of grade 2 titanium processed by equal-channel angular pressing and by rolling, Journal of Materials Science, 47(22) (2012) 7870-7876.
[17]   V. Stolyarov, L. Zeipper, B. Mingler, M. Zehetbauer, Influence of post-deformation on CP-Ti processed by equal channel angular pressing, Materials Science and Engineering: A, 476(1) (2008) 98-105.
[18]   V. Stolyarov, V. Latysh, R. Valiev, Y. Zhu, T. Lowe, The development of ultrafine-grained Ti for medical applications, in: Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation, Springer, 2000, pp. 367-372.
[19] Application Data Sheet: Mechanical Properties of Copper and Copper Alloys at Low Temperatures, in, Copper Development Association Inc., https://www.copper.org/resources/properties/144_8/, 2017.
[20]   S. Semiatin, D. DeLo, V. Segal, R. Goforth, N. Frey, Workability of commercial-purity titanium and 4340 steel during equal channel angular extrusion at cold-working temperatures, Metallurgical and Materials Transactions A, 30(5) (1999) 1425-1435.
[21] I. Kim, J. Kim, D.H. Shin, K.-T. Park, Effects of grain size and pressing speed on the deformation mode of commercially pure Ti during equal channel angular pressing, Metallurgical and Materials Transactions A, 34(7) (2003) 1555-1558.
[22]  C. Wegst, Key to steel, Verlag Stahlschlüssel Wegst GMBH, (0.050) (1998) 0.004.
[23] T. Kon’Kova, S.Y. Mironov, A. Korznikov, Severe cryogenic deformation of copper, The Physics of Metals and Metallography, 109(2) (2010) 171-176.
[24]  D. Gunderov, A. Polyakov, I. Semenova, G. Raab, A. Churakova,   E.  Gimaltdinova,   I.  Sabirov,   J.  Segurado, V. Sitdikov, I. Alexandrov, Evolution of microstructure, macrotexture and mechanical properties of commercially pure Ti during ECAP-conform processing and drawing, Materials Science and Engineering: A, 562 (2013) 128-136.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 5
آذر و دی 1398
صفحه 1047-1056

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار