امکان سنجی اجرای فرآیند ترکیبی پرسکاری در کانال هم‌مقطع زاویه‌دار و اکستروژن مستقیم به منظور تولید میله دو جنسی آلومینیوم – مس

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 مربی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

در این تحقیق امکان‌سنجی تولید میلة دو جنسی آلومینیوم- مس با هدف ایجاد یک پیوند بین لایه‌ای مستحکم و بهبود خواص مکانیکی آن در مقایسه با مواد سازنده، مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور، از یک فرایند اکستروژن در کانال‌های هم مقطع زاویه‌دار (طی حداکثر چهار پاس) و دو مرحله فرآیند اکستروژن مستقیم، قبل و بعد از این فرآیند استفاده شده است. تأثیر میزان کرنش ذخیره شده در نمونه‌ها طی هر مرحله از فرآیند ترکیبی، بر روی استحکام پیوند و برخی خصوصیات مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. استحکام تسلیم فشاری و استحکام برشی پیوند برای نمونه‌های دو فلزی تحت دو بار اکستروژن مستقیم به ترتیب برابر263 مگاپاسکال و 4/9 مگاپاسکال اندازه‌گیری گردید. انجام فرآیند ECAP و تکرار آن در بین فرآیندهای اکستروژن مستقیم، باعث افزایش این مقادیر شده است؛ بطوریکه برای نمونه‌های دو فلزی تحت دو بار اکستروژن مستقیم بعلاوة چهار پاس فرآیند ECAP، افزایش 38 درصدی در استحکام تسلیم فشاری و 5/1 برابری در استحکام برشی پیوند به همراه داشته است. مقایسة سختی نمونه‌های اولیه و نهایی نشان می‌دهد که سختی نمونه‌های تولید شده بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته است. نوع ریزساختار حاصل شده در مس و آلومینیوم در هرکدام از نمونه‌های دو فلزی و مشاهدة لایة پیوندی، مؤید نتایج بدست آمده می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Sasaki TT, Morris RA, Thompson GB, Syarif Y, Fox D (2010) Formation of ultra-fine copper grains in copper-clad aluminum wire. Scr Mater 63(5): 488-491.
[2] Abbasi M, Taheri AK, Salehi MT (2001) Growth rate of intermetallic compounds in Al/Cu bimetal produced by cold roll welding process. J Alloys Compd 319(1-2): 233-241.
[3] Rhee KY, Han WY, Park HJ, Kim SS (2004) Fabrication of aluminum/copper clad composite using hot hydrostatic extrusion process and its material characteristics. Mater Sci Eng A 384(1-2): 70-76.
[4] Hug E, Bellido N (2011) Brittleness study of intermetallic (Cu, Al) layers in copper-clad aluminium thin wires. Mater Sci Eng A 528(22-23): 7103-7106.
[5] Alizadeh M, Samiei M, Salahinejad E (2017) Post-annealing, fractographic and corrosion failure analyses on tri-modal Mn-particulate Al/Cu multilayered composites. Vacuum 139: 87-92.
[6] Langdon TG (2007) The processing of ultrafine - grained materials through the application of severe plastic deformation. J Mater Sci 42: 3388-3397.
[7] Valiev RZ, Islamgaliev RK, Alexandrov IV (2000) Buik Nanostructured Materials from severe plastic deformation. Progress in Materials Science 45: 89-103.
[8] Asadi P, Besharati Givi M,Faraji G (2010) Producing Ultrafine- grained AZ91 from as-cast AZ91 by FSP. Mater Manuf Process 25: 1219-1226.
[9] Nosrati  HG, Khalili KH, Gerdooei M (2020)  Theoretical and numerical investigation of  required torque in ECAP-Conform process. Metall Mater Trans B 51(2): 519-528.
[10] Shokuhfar A, Shamsborhan M (2014) Finite element analysis of planar twist channel angular extrusion (PTCAE) as a novel severe plastic deformation method. J Mech Sci Technol 28(5): 1753-1757.
[11] Khosravifard A, Ebrahimi R (2010) Investigation of parameters affecting interface strength in Al/Cu clad bimetal rod extrusion process. Mater Design 31(1): 493-499.
[12] Sundaresan S , Murti KGK (1993) The formation of intermetallic phases in aluminum–austenitic stainless steel friction welds. Mater Forum 17: 301-307.
[13] Zare GR, Divandari M, Arabi H (2013) Investigation on interface of Al/Cu couples in compound casting. Mater Sci Tech Ser 29: 190-196.
[14] Liu H, Ke FJ, Pan H, Sinica AP (2007) Molecular dynamics simulation of the diffusion bonding and tensile behavior af a Cu-Al interface. Acta Phys Sin-Ch Ed 56(1): 407-419.
[15] Lee S, Lee MG, Lee SP, Lee GA, Kim YB, Lee JS, Bae DS (2012) Effect of bonding interface on delamination behavior of drawn Cu/Al bar clad material. Trans. Nonferrous Met Soc China 22: 645-649.
[16] Sheng LY, Yang F, Xi TF, Lai C, Ye HQ (2011) Influence of heat treatment on interface of Cu/Al bimetal composite fabricated by cold rolling. Composites 42(Part B): 1468-1473.
[17] Kazanowski P, Epler ME, Misiolek WZ (2004) Bimetal rod extrusion-process and product optimization. Mat Sci Eng A-Struct 369: 170-180.
[18] Luo JT, Zhao S, Zhang CH (2012) Casting−cold extrusion of Al/Cu clad composite by copper tubes with different sketch sections. J Cent South Univ 19:  882-886.
[19] Bereski S, Stradomeski Z (2007) Quality of bimetallic Al-Cu joint after explosive cladding. Journal of Achievement in Materials 22: 73-76.
[20] Aghajani Derazkola H , Simchi A (2014) Effects of alumina nanoparticles on the microstructure, strength and wear resistance of poly (methyl methacrylate)-based nanocomposites prepared by friction stir processing. J Mech Behav Biomed Mater 79: 246-253.
[21] Sapanathan T, Khoddam SH, Zahiri SH (2013) Spiral extrusion of aluminum/copper composite for future manufacturing of hybrid rods: A study of bond strength and interfacial characteristics. J Alloy Compd 571: 85-92.
[22] Kocich R, Machackova A, Kuncicka L, Fojtik F (2015) Fabrication and characterization of cold-swaged multilayered Al–Cu clad composites. Mater Design 71: 36-47.
[23] Eivani AR, Karimi Taheri A (2007) A new method for producing bimetallic rods. Mater Lett 61(19-20): 4110-4113.
[24] Davis JR (2001) Copper and copper alloys. ASM international.
[25] Singh R (2018) Characterization of microstructure and mechanical properties of AL6063 using FSP Multipass. Anchor Academic Publishing.
[26] ASM handbook mechanical testing and evaluation. ASM International, Vol. 8, 2000.
[27] Ranaei MA, Bohlooli H , Khalili KH (2017) Experimental study on effect of equivalent strain on evolution strength of commercially pure copper produced by equal channel angular pressing. JMEUT 47(2): 333-342.
[28] Ranjbarbahadori SH, Dehghani K, AkbariMousavi SAA (2015) Comparison of microstructure and mechanical properties of pure copper processed by twist extrusion and equal channel angular pressing. Mater Lett 152: 48-52.
[29] Bohlooli H, Khalili KH, Seyedkashi SH (2021) Experimental study on combined twist and direct extrusion on the mechanical and electrical properties of commercial pure copper. JMEUT 51(4): 1-10.
[30] Babaei A, Mashhadi MM (2015) Characterization of SPD processed ultrafine-grained pure copper tubes via tube cyclic expansion–extrusion. Mater Charact 101: 114-121.
[31] Ranaei MA, Afsari A, Ahmadi Brooghani SY, Moshksar MM (2015) Microstructure, mechanical and electrical properties of commercially pure copper deformed severely by equal channel angular pressing. Modares Mechanical Engineering 14(15): 257-266.
[32] Faraji G, Mashhadi MM, Bushroa AR, Babaei A (2013) TEM analysis and determination of dislocation densities in nanostructured copper tube produced via parallel tubular channel angular pressing process. Mat Sci Eng A-Struct 563: 193-198.
[33] Zehetbauer MJ, Stüwe HP, Vorhauer A, Schafler E, Kohout J (2005) The role of hydrostatic pressure in severe plastic deformation, in: nanomaterials by severe plastic deformation. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA 433-446.
[34] Zebardast M, Karimi Taheri A (2011) The cold welding of copper to aluminum using equal channel angular extrusion (ECAE) process. J Mater Process Tech 211: 1034-1043.
[35] Eivani AR, Mirzakoochakshirazi HR, Jafarian HR (2020) Investigation of joint interface and cracking mechanism of thick cladding of copper on aluminum by equal channel angular pressing (ECAP). Jmr & t 9(3): 3394-3405.
[36] Eivani AR, Karimi Taheri A (2007) A new method for estimating strain in equal channel angular extrusion. 183: 148-153.
[37] Bagherpour E, Reihanian M, Pardis N, Ebrahimi R, Terence Langdon G (2018) Ten Years of Severe Plastic Deformation (SPD) in Iran, part I: Equal-Channel Angular Pressing (ECAP). IJMF, Iranian Journal of Materials Forming 5(1): 71-113.
[38] Ahmed N (1978) Extrusion of copper clad aluminum wire. J Mech Work Technol 2: 19-32.