تحولات ریز ساختاری و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت فراوری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی چند پاسه

Microstructural evolution and mechanical properties of ZrB2/6061Al nano composites processed by multi-pass friction stir processing

چکیده

تکامل ساختاری در حین فرایند پردازش اصطکاکی اغتشاشی چند پاسه نانوکامپوزیت فراوری شده بلافاصله بعد از ریخته گری و خواص مکانیکی مربوط به آن مورد مطالعه قرار گرفت. نمونه اولیه در درجه اول با خوشه های میکرومتری ZRB2 همراه با دندریت های درشت مشخصه گذاری شدند. FSP چند پاسه به صورت موفقیت آمیزی این خوشه ها را شکست و دانه های زمینه را اصلاح کرد و در نهایت یک ریزساختار کاملا همگن در منطقه اغتشاشی ایجاد کرد(به جز برای لایه فوقانی).

به دلیل جریان مواد در اطراف پین ٬ فرایند توزیع مجدد خوشه حاکم شد٬ که در آن بهم زدن حقیقی و یا مخلوط کردن ذرات پراکنده شده تنها در خط شیار اتفاق می افتد. در همین حال٬ اثر متصل شدن (سنجاق شدن) ذرات متفرق شده نانو ZRB2 باعث به تاخیر افتادن رشد دانه حاصل از تبلور مجدد می شود و باعث کاهش بیشتر اندازه دانه می شود.از طرف دیگر، در مقایسه با حالت اولیه هم ریز سختی و هم استحکام کششی کامپوزیت های FSP شده به تدریج با پاس های متوالی تقویت شد. این افزایش خواص را می توان به ترکیب اثر اصلاح دانه و استحکام بخشی نابجایی استنتاج شده از توزیع یکنواخت نانوکامپوزیت های ZRB2 نسبت داد. تجزیه و تحلیل های کمی در FSP ۴ مرحله ای کامپوزیت بیان می کند که استحکام بخشی اوروان بیشترین تاثیر را در استحکام تسلیم دارد.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Microstructural evolution during multi-pass friction stir processing (FSP) of the as-cast ZrB_۲/۶۰۶۱Al nanocomposite and corresponding mechanical properties were investigated. The initial sample was characterized by primarily micrometer-sized clusters of ZrB_۲ nano particles within the coarse dendrites. Multi-pass FSP successively broke these clusters, refined the matrix grains and finally produced a thoroughly homogeneous microstructure in the stirred zone (except for the upper layer).

The process of cluster redistribution was found to be governed by material flow around the pin, wherein the actual stir or mixing driven particle dispersion only occurred in the thread grooves. Meanwhile, the pinning effect of ZrB_۲ nano dispersoids retarded grain growth following recrystallization and led to a further reduction in grain size. On the other hand, compared with the initial state, both the microhardness and tensile strengths of the FSPed composites were gradually enhanced with consecutive passes. These increases can be attributed to the combination effect of grain refinement and dislocation strengthening induced by uniform distribution of ZrB_۲ nano particles. Quantitative analysis in the 4-pass FSPed composite indicated that Orowan strengthening contributed the most to the yield strength.