Чаро Миқдори Баланди Оҳан дар Партовҳои Алюминий Мушкил Эҷод Мекунад?

Ҳангоми такроран коркард шудани алюминий унсурҳои ифлоскунанда, аз ҷумла оҳан, метавонанд дар система ҷамъ шаванд. Хусусан дар хӯлаҳои Al-Mg-Si миқдори зиёди Fe ташаккули интерметалликҳои шиканандаи Al-Fe-Si-ро ҳангоми сахтшавӣ тақвият медиҳад.

Фазаи Fe-баланди ҳукмрон дар маводи ибтидоии таҳқиқот:

β-Al₄.₅FeSi

муайян шудааст.

Мушкилоти асосии ин фаза танҳо таркиби химиявии он нест, балки морфологияи он низ мебошад.

Дар микросохтори ибтидоӣ он:

• дароз ва пластинкамонанд,
• кунҷҳои тез дошта,
• шохадор,
• дар се андоза ба ҳам пайваст

мебошад.

Чунин зарраҳо зери сарбории механикӣ консентраторҳои қавии шиддатро ба вуҷуд меоранд ва оғози тарқишро осон мекунанд.

AFSD Чист?

Additive Friction Stir Deposition усули истеҳсоли аддитивии ҳолати сахт мебошад, ки дар он металл бидуни пурра гудохтан бо истифода аз гармии соиш, фишор ва деформатсияи шадиди пластикӣ қабат ба қабат таҳшин карда мешавад.

Дар системаи twin-rod AFSD-и истифодашуда дар ин таҳқиқот ду чӯби ғизодиҳандаи диаметрашон 12,7 mm ҳамзамон ба дохили асбоби чархзананда дода шудаанд.

Шароити асосии раванд:

• Ҳарорати ҳадаф: 420 ± 5 °C
• Суръати чархзанӣ: дар фосилаи 250–400 rpm фаъолона танзим шудааст
• Рампи ибтидоӣ: 400 rpm
• Traverse speed: 100 mm/дақ
• Feed force: 12.000 N
• Суръати ғизодиҳӣ: тақрибан 25,5 mm/дақ
• Ғафсии қабат: тақрибан 2,0 mm
• Overlap байни ду track: тақрибан 6 mm

Андозаҳои ҷамъшудаи истеҳсолшуда тақрибан:

170 × 77 × 74 mm

оварда шудаанд.

Чаро AFSD-и Назоратшавандаи Ҳарорат Истифода Шуд?

Дар манбаъ гуфта мешавад, ки ҳадаф аз нигоҳ доштани ҳарорат дар атрофи тақрибан 420 °C эҷоди таърихи ҳароратии назоратшаванда байни қабатҳо ва идоракунии беҳтари тағйирёбии микросохторӣ нисбат ба истифодаи танҳо суръати доимии чархзанӣ мебошад.

Дар бисёр таҳқиқоти пешинаи AFSD:

• суръати доимии чархзанӣ,
• суръати доимии ҳаракат

истифода шудааст.

Дар ин таҳқиқот бошад, суръати чархзанӣ дар тӯли раванд фаъолона тағйир дода шуда, ҳарорати раванд дар атрофи қимати ҳадаф нигоҳ дошта шудааст.

Микросохтори Маводи Ибтидоӣ Чӣ Гуна Буд?

Таркиби химиявии маводи ғизодиҳанда тақрибан чунин буд:

• Mg = 0,40 wt.%
• Si = 1,31 wt.%
• Mn = 0,11 wt.%
• Fe = 1,13 wt.%
• Ti = 0,01 wt.%
• боқимонда Al

.

Андозаи ибтидоии дона тақрибан:

227 µm

чен карда шудааст.

Таҳлили TEM ва SAED тасдиқ кардааст, ки фазаи пластинкамонанд β-Al₄.₅FeSi-и моноклинӣ мебошад.

Дар маводи ибтидоӣ инчунин зарраҳои аз Mg ва Si бой, эҳтимолан навъи Mg₂Si, мавҷуд буданд, аммо дар матритсаи алюминий сахтшавии намоёни таҳшинии майда мушоҳида нашудааст.

Усулҳои истифодашудаи тавсифи мавод

Дар таҳқиқот микросохтор ва хосиятҳои механикӣ дар чанд миқёс таҳлил шудаанд:

• Микроскопияи оптикӣ
• Тасвирбардории SEM / BSE
• EBSD
• TEM
• STEM
• EDS
• SAED
• Микросахтӣ
• Озмоиши кашиш
• Коррелятсияи рақамии тасвирҳои 3B

Фосилаи қадами EBSD 0,3 µm нишон дода шудааст.

Озмоишҳои кашиш бо суръати номиналии:

10⁻³ s⁻¹

деформатсия гузаронида шудаанд.

AFSD Зарраҳои β-Al₄.₅FeSi-ро Чӣ Гуна Тағйир Дод?

AFSD шабакаи ибтидоии ба ҳам пайваст ва кунҷтези β-интерметаллиро пора карда, онро ба зарраҳои хурдтар ва парокандатар табдил додааст.

Мувофиқи манбаъ, масоҳати миёнаи зарра:

тақрибан як тартиби бузургӣ

кам шудааст.

Пас аз AFSD зарраҳо асосан:

• номуназзамтар,
• фишурдатар/полигоналӣ,
• аз ҳам ҷудошуда,
• якхелатар тақсимшуда

гаштаанд.

Ин тағйирот миқдори баланди Fe-ро аз байн набурдааст.

Кори AFSD ин аст:

ба ҷойи хориҷ кардани ифлосии химиявӣ, тағйир додани морфологияи зараровари микросохторӣ.

Оё байни track center ва overlap фарқи андозаи зарра мавҷуд аст?

Дар як қабат байни минтақаи track center ва overlap аз ҷиҳати андозаи зарра фарқи назаррас пайдо нашудааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки деформатсияи шадиди лағжишӣ дар зери асбоб метавонад поракунии интерметаллиҳоро дар паҳнои track ба дараҷаи монанд таъмин кунад.

AFSD Механизми Шикастро Чӣ Гуна Тағйир Дод?

Дар маводи ибтидоӣ шикаст тавассути якҷояшавии микротарқишҳое, ки дар атрофи β-интерметалликҳои калон ба вуҷуд омадаанд, рух додааст.

Дар тасвирҳои SEM:

• ҷудошавии интерметаллик-матрица,
• шикасти интерметаллик,
• микротарқишҳои калон,
• necking-и маҳдуд

мушоҳида шудаанд.

Дар маводи AFSD бошад:

• сатҳҳои шикасти навъи лағжишӣ бо кунҷи тақрибан 45°,
• necking-и равшан,
• микроковокиҳои хурд,
• сохтори зичи dimple

мушоҳида шудааст.

Ин нишон медиҳад, ки шикаст аз:

тарқиши идорашавандаи интерметаллики шикананда ба ҳамбастагии микроковокиҳои пластикӣ

гузаштааст.

AFSD Хосияти Пластикии Маводро Чӣ Гуна Тағйир Дод?

Мувофиқи натиҷаҳои кашиши манбаъ, пас аз AFSD дарозшавӣ ва коҳиши масоҳати буриш нисбат ба маводи ибтидоӣ ба таври назаррас зиёд шудааст.

Хусусан ҷамъшудаи AFSD:

E.L. > %24

бо ин қимат талаботи пластикӣ барои EN AW-6016-T4-ро иҷро кардааст.

Ин натиҷа барои даъвои upcycling-и таҳқиқот муҳим аст.

Зеро сарфи назар аз миқдори зиёди Fe, мавод барои равандҳои минбаъдаи:

• ғелондани сард,
• ғелондани гарм-миёна,
• истеҳсоли варақ ё плита

бо қобилияти деформатсияи калон мувофиқтар шудааст.

Чаро Қабати Болоӣ Аз Қабати Поёнӣ Сахттар ва Мустаҳкамтар Аст?

Азбаски дар қабати болоӣ таҳшинҳои метастабили сӯзаншакли аз Mg–Si бой пайдо шудаанд, вале дар қабати поёнии дубора гармшуда таҳшинҳои монанд мавҷуд нестанд, минтақаи TL сахтӣ ва мустаҳкамии баландтар нишон додааст.

Микросахтӣ

Қиматҳои хоси сахтӣ, ки дар манбаъ дода шудаанд:

• TL-center: 49,0 ± 1,3 HV
• TL-overlap: 48,5 ± 1,8 HV
• SS-center: 41,5 ± 0,6 HV
• SS-overlap: 43,1 ± 3,3 HV
• Қабати аввал-center: 44,3 ± 1,6 HV
• Қабати аввал-overlap: 43,5 ± 0,7 HV

Чаро шарҳи Hall–Petch кофӣ нест?

Дар track center минтақаи SS нисбат ба TL донаҳои майдатар дорад, аммо TL мустаҳкамтар аст.

Агар майдашавии дона омили ҳукмрон мебуд:

SS бояд мустаҳкамтар мебуд.

Натиҷаи таҷрибавӣ баръакси онро нишон додааст.

Аз ин рӯ, манбаъ афзоиши мустаҳкамии қабати болоиро асосан ба сахтшавии таҳшинӣ нисбат медиҳад.

Таҳшинҳо Дар Қабати Болоӣ Чӣ Гуна Ба Вуҷуд Омада Метавонанд?

Механизми пешниҳодкардаи муаллифон чунин аст:

Деформатсияи шадиди пластикӣ → пайдоиши вакансияҳои зиёдатӣ → сардшавии зуд → гурӯҳбандии Mg–Si ва ташаккули таҳшинҳои метастабилӣ.

Қабати болоӣ:

• дар тақрибан 420 °C деформатсияи шадид мебинад,
• вакансияҳои зиёдатии атомӣ ба вуҷуд меорад,
• бо ҳавои маҷбурӣ нисбатан зуд сард мешавад,
• бинобар ин метавонад таҳшинҳоро нигоҳ дорад.

Чаро дар қабати поёнӣ таҳшин нест?

Қабатҳои поёнӣ ҳангоми таҳшин кардани қабатҳои минбаъда такроран гарм мешаванд.

Манбаъ ду механизми эҳтимолиро пешниҳод мекунад:

1. Ҳал шудани таҳшинҳои метастабилии қаблан ташаккулёфта ҳангоми дубора гармкунӣ дар атрофи тақрибан 350 °C.
2. Коҳиши зичии вакансияҳои зиёдатӣ ва пахш шудани кинетикаи таҳшини дубора, зеро ҳангоми дубора гармкунӣ деформатсияи шадиди нав вуҷуд надорад.

Ин механизм дар Расми 15 бо пайдарпаии:

SPD → Cooling → Reheating → Post-reheat

нишон дода шудааст.

Аммо муаллифон таъкид мекунанд, ки ҳалшавии таҳшинҳоро дар таърихи воқеии ҳароратии қабатҳои поёнӣ мустақиман чен накардаанд; ин бахш тафсири механизм аст.

Чаро Track Center ва Минтақаи Overlap Фарқ Мекунанд?

Азбаски ҳангоми AFSD ҳарорат дар зери асбоб, самти ҷараёни мавод ва ҳолати деформатсия дар паҳнои track тағйир меёбанд, дар минтақаҳои track center ва overlap барқароршавӣ, рекристаллизатсия ва сохторҳои донаи гуногун инкишоф меёбанд.

Track center

Дар минтақаи track center:

• DRV бештар,
• таносуби HAGB баландтар,
• донаи майдатар,
• shear + local compression

мушоҳида мешавад.

Overlap

Дар минтақаи overlap:

• барқароршавии камтар,
• strain hardening бештар,
• тақсимоти гетерогении донаҳо,
• донаҳои калони боқимонда аз маводи ибтидоӣ

мумкин аст мавҷуд бошанд.

Мувофиқи манбаъ, яке аз сабабҳои асосӣ паст шудани назарраси ҳарорат ба самти канори асбоб мебошад.

Барқароршавии Динамикӣ Ё Рекристаллизатсияи Динамикӣ Бартарӣ Дорад?

Дар ин таҳқиқот микросохтори AFSD умуман бо DRX-и маҳдуд ва DRV-и равшан тавсиф шудааст.

Хусусияти stacking-fault energy-и баланди алюминий рафтори DRV-ро дастгирӣ мекунад.

Дар манбаъ чунин ҳисобида мешавад, ки DRX махсусан дар шакли рекристаллизатсияи пайвастаи динамикӣ — cDRX — ба таври маҳдуд рух додааст.

Дар дохили донаҳои калони бештар деформатсияшуда дида шудани донаҳои нави майда ин тафсирро дастгирӣ мекунад.

Чаро DRX нисбат ба таҳқиқоти пешина камтар аст?

Баъзе таҳқиқоти пешинаи AFSD:

• суръатҳои баландтари чархзанӣ дар атрофи 600 rpm,
• traverse speed-и пасттар,
• ҳароратҳои баландтар то тақрибан 550 °C

истифода кардаанд.

Дар ин таҳқиқот бошад ҳарорат тақрибан:

420 °C

маҳдуд шудааст.

Ҳарорати пасттар ҳаракатпазирии сарҳади дона ва кинетикаи DRX-ро коҳиш медиҳад.

Параметри Zener–Hollomon Чиро Шарҳ Медиҳад?

Манбаъ барои арзёбии таъсири якҷояи ҳарорати деформатсия ва суръати деформатсия ифодаи:

\[ Z = \dot{\varepsilon}\exp\left(\frac{Q}{RT}\right) \]

-ро истифода мебарад.

Дар ин ҷо:

• \(\dot{\varepsilon}\): суръати деформатсия,
• \(Q\): энергияи фаъолсозии деформатсия,
• \(R\): доимии газ,
• \(T\): ҳарорати мутлақ мебошад.

Strain-rate-и тахминшуда дар манбаъ тақрибан:

143,7–229,8 s⁻¹

мебошад.

Қиматҳои Z бошад тақрибан:

10¹⁷–7 × 10²³ s⁻¹

ҳисоб шудаанд.

Муаллифон ин диапазони баланди Z-ро бо деформатсияи DRV-ҳукмрон ва cDRX-и маҳдуд мувофиқ арзёбӣ мекунанд.

Мавод Дар AFSD Чӣ Гуна Ҷорӣ Мешавад?

Мувофиқи тафсири манбаъ, мавод танҳо ҷараёни даврии уфуқиро пайравӣ намекунад; он дар зери асбоб роҳи сеандозаи спиралмонанд бо ҷузъи ба поён равонро тай мекунад.

Аз ин рӯ, самти максималии лағжиш дар ҳамвории DD–TD намемонад ва каме ба самти BD моил мешавад.

Донаҳои дарози моил, ки дар EBSD дида мешаванд, бо ин модели ҷараёни сеандоза мувофиқанд.

Оё Дар Ҳама Минтақаҳо Текстураи Умумӣ Мавҷуд Аст?

Бале. Пас аз он ки маълумоти overlap барои ҷуброни самти ҷараёни маҳаллӣ 90° гардонда ва таҳлил шуд, дар ҳамаи чор минтақа текстураи умумии лағжишии навъи F мушоҳида шудааст.

Компоненти умумӣ:

F: {111}⟨121⟩

мебошад ва фраксияи майдон дар ҳамаи минтақаҳо тақрибан зиёда аз %10 аст.

Чаро Текстураи Goss Танҳо Дар Track Center Дида Мешавад?

Муаллифон бар онанд, ки дар минтақаи track center ба ғайр аз деформатсияи лағжишӣ, деформатсияи фишурдашавии маҳаллӣ аз фишори поёнии чӯбҳои ғизодиҳанда вуҷуд дорад ва ин ҳолати иловагии шиддат ташаккули текстураи Goss-ро тақвият медиҳад.

Аз ин рӯ:

Track center = shear + compression

дар ҳоле ки:

Overlap = асосан shear

тафсир карда мешавад.

Чаро shear texture муҳим аст?

Мувофиқи манбаъ, дар хӯлаҳои Al-Mg-Si текстураҳои навъи shear метавонанд:

• strain localization-ро дар ғафсӣ ба таъхир андозанд,
• ба шаклпазирӣ таъсири мусбат расонанд.

Аз ин рӯ, F-shear texture-и тавассути AFSD ба вуҷуд омада барои ғелондани минбаъда ва истеҳсоли варақ бартарии эҳтимолӣ дорад.

Муҳимтарин натиҷаи таҳқиқот ин аст, ки дар алюминийи дорои Fe-и баланд микросохторро ҳатто бе хориҷ кардани ҳатмии ифлосӣ бо роҳи химиявӣ аз ҷиҳати механикӣ таҳаммулпазиртар кардан мумкин аст.

AFSD дар ин ҷо ҳамзамон се вазифаро иҷро мекунад:

1. Шабакаи шиканандаи Fe-баландро пора мекунад.
2. Сохтори дона ва текстураро аз нав ташкил медиҳад.
3. Ҳолати таҳшини маҳаллиро тағйир медиҳад.

Дар натиҷа:

сарфи назар аз нигоҳ доштани миқдори баланди Fe, маҳсулоти мобайнии пластикитар

ба даст омадааст.

Оё Ин Натиҷа Исбот Мекунад, Ки Партови Воқеии EOL Бевосита Ба Истеҳсоли Варақ Табдил Дода Шудааст?

Не. Маводи ғизодиҳандаи истифодашуда дар манбаъ партови воқеии омехтаи охири давраи истифода нест, балки хӯлаи назоратшавандаи AA6016 мебошад, ки дар лаборатория бо Fe бой карда шудааст.

Ғайр аз ин, таҳқиқот:

• ғелондани минбаъдаи сард,
• ғелондани гарм-миёна,
• шаклдиҳии варақ,
• сифати сатҳ,
• умри хастагӣ,
• хароҷоти миқёси саноатӣ

ро мустақиман озмоиш накардааст.

Аз ин рӯ, натиҷа:

“AFSD истеҳсоли варақи ниҳоии автомобилӣ аз партови воқеиро исбот кард”

нест.

Натиҷаи дақиқтар:

“AFSD иқтидори табдил додани маводи ғизодиҳандаи Al-Mg-Si-и дорои Fe-и баландро ба маҳсулоти мобайнии мувофиқтар, пластикӣ ва ба ифлосиҳо тобовар барои равандҳои минбаъдаи термомеханикӣ нишон дод.”

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• AFSD метавонад интерметалликҳои β-Al₄.₅FeSi-ро шадидан пора кунад.
• Масоҳати зарра метавонад тақрибан як тартиби бузургӣ коҳиш ёбад.
• Пора шудани шабакаи интерметалликӣ метавонад пластикиро ба таври назаррас зиёд кунад.
• Пас аз AFSD механизми шикаст метавонад пластикитар шавад.
• Назорати ҳарорат метавонад эволютсияи таҳшинҳоро байни қабатҳо тағйир диҳад.
• Қабати болоӣ метавонад аз ҳисоби сахтшавии таҳшинӣ мустаҳкамтар бошад.
• Дар минтақаҳои track center ва overlap рафторҳои гуногуни DRV/DRX метавонанд инкишоф ёбанд.
• Бо дарназардошти самти ҷараёни маҳаллӣ дар ҳамаи минтақаҳо F-type shear texture пайдо шуданаш мумкин аст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• AFSD ифлосии Fe-ро химиявӣ хориҷ намекунад.
• Партови воқеии омехтаи EOL дар ин таҳқиқот мустақиман санҷида нашудааст.
• Истеҳсоли саноатии варақ анҷом дода нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки дар ҳамаи параметрҳои AFSD як микросохтори якхела ба вуҷуд меояд.
• Механизми ҳалшавии таҳшинҳо дар минтақаи SS бо ченкунии мустақими ҳароратӣ тасдиқ нашудааст.
• Механизми ташаккули текстураи Goss бо таҳлили пурраи finite-element/CFD исбот нашудааст.
• Рафтори дарозмуддати хастагӣ ва коррозия дар ин таҳқиқот арзёбӣ нашудааст.