بررسی تأثیرات فرآیند فشار در کانال‌های مساوی زاویه‌دار انبساطی بر خواص مکانیکی یک کامپوزیت با زمینه فلزی سبک

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: بررسی تأثیرات فرآیند فشار در کانال‌های مساوی زاویه‌دار انبساطی بر خواص مکانیکی یک کامپوزیت با زمینه فلزی سبک

ارائه دهنده: Provider: رضا طهماسبی - مهندسی مکانیک

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر فرامرز فرشته‌صنیعی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر رحمن صیفی-دکتر حامد عضدی دیلمی-دکتر محمدجواد میرنیا

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 9 - 1405/7/22

مکان ارائه: Place of presentation: آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: چكيده: با توجه به گسترش کاربرد مواد سبک در صنایع گوناگون، افزایش نسبت استحکام به وزن مواد اهمیت ویژه‌ای بافته است. فرآیند نسبتاً جدید فشار در کانال‌های همسان زاویه‌دار انبساطی (Exp-ECAP) قابلیت بالایی در بهبود ویژگی‌های مواد خالص و آلیاژها از خود نشان داده اما اثر این روش بر مواد مرکب مورد بررسی قرار نگرفته است. از این رو، در این رساله، تأثیر فرآیند Exp-ECAP بر ریزساختار، بافت بلوری، چگالی نابجایی‌ها، تخلخل، خواص مکانیکی و خوردگی نانوکامپوزیت‌های AA6063/Al2O3 و AA6063/SiO2 و نانوکامپوزیت زیست‌تخریب‌پذیر Mg–2.5Zn–0.5Si/HA بررسی شد. افزون بر مطالعات تجربی و آماری، توزیع کرنش با شبیه‌سازی اجزای محدود تحلیل و یک مدل یادگیری ماشین نیز برای پیش‌بینی تنش سیلان توسعه داده شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که کرنش مؤثر در مقطع محصول ناهمگن است و نواحی‌ای که مقادیر بالاتر کرنش مؤثر را تجربه کرده بودند، با الگوی واقعی جریان ماده، تغییرات ریزساختاری و توزیع سختی در مقطع نمونه انطباق داشت. انجام فرآیند با مسیر C (چرخش 180 درجه‌ای نمونه بین عبورها)، نسبت به مسیر A توزیع متقارن‌تر و یکنواخت‌تری از کرنش ایجاد کرد. برای پیش‌بینی تنش سیلان، داده‌های تصحیح‌شده‌ی آزمون فشار حلقه در سه دما و سه نرخ کرنش برای آموزش مدل XGBoost به کار رفت. مدل در پیش‌بینی یک حالت کاملاً دیده‌نشده، نتایجی با RMSE برابر با 49/1 مگاپاسکال و MAPE برابر با 85/0 درصد ارائه کرد که این دقت بالا که این دقت بالا نشان داد که در صورت محدودیت در انجام آزمایش‌های عملی، می‌توان از این روش به عنوان جایگزینی برای پیش‌بینی تنش سیلان استفاده کرد. در بررسی نانوکامپوزیت‌های آلومینیمی، تحلیل طراحی آزمایش نشان داد که دمای فرآیند، تعداد عبور و نوع نانوذره مهم‌ترین عوامل مؤثر بر استحکام و سختی هستند. بهترین شرایط شامل دمای 25 درجه‌ی سانتی‌گراد، سرعت سنبه‌ی 5 میلی‌متر بر دقیقه، سه عبور و 2 درصد وزنی Al2O3 بود که تنش تسلیم، تنش بیشینه (بالاترین نقطه‌ی منحنی تنش-کرنش) و ریزسختی نمونه‌ی همگن‌شده را به‌ترتیب 04/126، 67/72 و 59/53 درصد افزایش داد. این بهبود به دلیل افزایش چگالی نابجایی‌ها، کاهش تخلخل، شکست کلوخه‌های نانوذرات و خرد و بازتوزیع‌شدن فاز β-Al5FeSi بود. نانوذرات Al2O3 نیز به دلیل پراکندگی مناسب‌تر و انتقال بار مؤثرتر، عملکرد بهتری در مقایسه با نانوذرات SiO2 نشان دادند. در نانوکامپوزیت‌های با زمینه‌ی منیزیمی، عبور نخست هم‌زمان موجب یکپارچه شدن نمونه‌های پودری فشرده شده و آغاز فرآیند ریزدانه‌سازی شد و عبور دوم ریزدانه‌سازی، کاهش تخلخل و شکست کلوخه‌های نانوذرات و نواحی غنی از سیلیسیم را تقویت کرد. نمونه حاوی 1 درصد وزنی از نانوذرات HA (Hydroxyapatite) پس از دو عبور، با میانه‌ی قطر معادل دانه‌ی 62/1 میکرومتری و استحکام شکست 78/403 مگاپاسکال، بهترین ترکیب ریزدانگی و استحکام را داشت. بیشترین کرنش شکست در نمونه‌ی فاقد نانوذرات و بیشترین ریزسختی در نمونه‌ی حاوی 2 درصد از نانوذرات، هر دو پس از دو عبور از فرآیند ثبت شد. رفتار خوردگی نیز تابع اثر هم‌زمان تخلخل، توزیع فازهای ثانویه و میزان پراکندگی یا کلوخه شدن نانوذرات بود. در مجموع، فرآیند Exp-ECAP روش مؤثری برای تحکیم، کاهش تخلخل، اصلاح فازها و کنترل توزیع ذرات و ناهمگنی ریزساختار بود. در طی این پژوهش ترکیب روش‌های تجربی، آماری، عددی و داده‌محور، چارچوبی یکپارچه برای شناخت و پیش‌بینی عملکرد نانوکامپوزیت‌های سبک مورد نظر را فراهم کرد.