ISSN: 2476-6909; Modares Mechanical Engineering. 2019;19(8):1943-1952

C I T A T I O N L I N K S

Copyright© 2019, TMU Press. This open-access article is published under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License which permits Share (copy and redistribute the material in any medium or format) and Adapt (remix, transform, and build upon the material) under the Attribution-NonCommercial terms.

Microstructure, Mechanical, and Electrical Properties of Cu-30Zn Alloys Produced by Multi-Directional Forging

[1] Enhancement of mechanical properties ... [2] Extreme grain refinement by severe ... [3] The influence of high temperature due ... [4] Twenty-five years of severe plastic ... [5] Effect of severe plastic deformation ... [6] Diffusional bonds in laminated ... [7] Effect of equal channel angular ... [8] Fatigue behavior of AA7075 aluminium ... [9] Effect of work-piece cross ... [10] The investigation of spring-back of UFG ... [11] Microstructures and tensile properties of ... [12] Influence of stacking fault energy on ... [13] Nano-grained 70/30 brass strip ... [14] Microstructure refinement of selected .... [15] Microstructure and properties of α + β .... [16] Grain refinement of coarse grained gold .... [17] Microstructural stability of Cu processed .... [18] Structure uniformity and limits of grain .... [19] Microstructure evolution in a 316L stainless .... [20] Grain refinement in a Cu-Cr-Zr .... [21] Microstructures and mechanical .... [22] Grain size and texture changes of .... [23] Microstructure, texture, electrical .... [24] Microstructure evolution and mechanical .... [25] Enhanced grain refinement by .... [26] Recrystallization behavior of nano grained .... [27] Mechanical properties and fracture .... [28] The influences of extrusion and Multi .... [29] Utilization of multi directional forging .... [30] Microstructural homogeneity, texture, tensile .... [31] Effect of deformation conditions on texture .... [32] Promotion of ultrafine grain evolution .... [33] Study on the effect of production .... [34] Nanostructure formation during accumulative .... [35] Segmentation of copper alloys processed .... [36] Mechanical .... [37] Validation of the shear punch .... [38] Correlation between shear punch .... [39] Tensile-shear correlations obtained from .... [40] Evaluation of the relationship between .... [41] Evaluation of mechanical properties using .... [42] Hydrostatic pressure effect on mechanical .... [43] Nanotwinned microstructures from low .... [44] Microstructure, mechanical and electrical .... [45] Enhanced mechanical properties and electrical .... [46] Introduction to the principles of dislocations ....

In this research, Cu-30Zn alloy was subjected to severe plastic deformation (SPD) by Multi-Directional Forging (MDF) process up to 6 passes at room temperature. After the samples fabrication, microstructure, mechanical, and electrical properties were investigated. Mechanical properties of the samples were measured by shear punch, tensile, and hardness tests at room temperature after each pass of MDF process. In addition, electrical properties of the samples were evaluated by Eddy Current method. The results of microstructure characterization by scanning electron microscopy equipped with EBSD attachment showed that the grain size of the initial annealed specimen reduced from about 230 µm to less than 1 µm, after 6 passes of MDF process. Furthermore, grain size reduction was accompanied by slip process, formation of twinning, and shear bonds in a specific direction. According to the results, mechanical properties were significantly improved after 6 passes of MDF. MDF process led to a 212% increase in hardness, enhancement of 105% and 73% in shear yield and ultimate shear strengths, and also improvement of 298% and 190% in tensile yield and ultimate tensile strengths, respectively. The results of the electrical conductivity showed that the electrical conductivity of the Cu-30Z alloy reduced slightly during the MDF process. Comparison of mechanical and electrical properties results demonstrated that high-strength alloys can be obtained in the MDF process without significantly reduction in the electrical conductivity.

A B S T R A C TA R T I C L E I N F O

Article TypeOriginal Research

AuthorsZarei Z.1 MSc,Talafi Noghni M.*1 PhD,Shaeri M.H.1 PhD,Ansarian I.1 MSc

Keywords Multi-directional Forging; Cu-30Zn Alloy; Mechanical Properties; Electrical Proper-ties; Microstructure

*CorrespondenceAddress: Imam Khomeini Inter-national University, Noruzian Bu-levard, Qazvin, Iran. Postal code: 3414916818Phone: +98 (28) 33901117Fax: +98 (28) 33780073noghani@eng.ikiu.ac.ir

1Materials Science & Engineering Department, Technical & Engineer-ing Faculty, Imam Khomeini Interna-tional University (IKIU), Qazvin, Iran

Article HistoryReceived: August 27, 2018 Accepted: January 26, 2019 ePublished: August 12, 2019

How to cite this articleZarei Z, Talafi Noghni M, Shaeri M.H, Ansarian I. Microstructure, Mec-hanical, and Electrical Properties of Cu-30Zn Alloys Produced by Multi-Directional Forging. Modares Mec-hanical Engineering. 2019;19(8):1943-1952.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزیبا زارعی و همکاران ــــــــــــــــــــــــــــــ ۱۹۴۴

۱۳۹۸ مرداد، ۸، شماره ۱۹دوره پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس -ماهنامه علمی

یکیو الکتر یکیخواص مکان زساختار،یر یبررسبه روش فورج دشدهیتول Cu-30Znبرنج اژیآل

چندگانه MSc یزارع بایز

المللی امام دانشگاه بین، یو مهندس یفندانشکده ، مهندسی و علوم موادگروه ، ایران، قزوین(ره)خمینی

PhD *ینوغان یمحمد تلاف

المللی امام دانشگاه بینی، و مهندس یفندانشکده ، مهندسی و علوم موادگروه ، ایران، قزوین(ره)خمینی

PhD یشاعر نیمحمدحسالمللی امام دانشگاه بینی، و مهندس یفندانشکده ، مهندسی و علوم موادگروه

، ایران، قزوین(ره)خمینی MSc انیانصار مانیا

المللی امام دانشگاه بینی، و مهندس یفندانشکده ، مهندسی و علوم موادگروه ، ایران، قزوین(ره)خمینی

چکيده

تا (MDF)وسیله فرآیند فورج چندگانه به Cu-30Znدر این پژوهش آلیاژ برنج ها پاس در دمای محیط تغییر شکل پلاستیک شدید یافت. پس از تولید نمونه ۶

ها مکانیکی نمونه ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی بررسی شد. خواصبرشی و پانچ و سختی های آزمون از استفاده با MDF فرآیند مرحله هر از پس

ها الکتریکی نمونهگیری شد. همچنین خواص کشش در دمای محیط اندازه ها نمونه ریزساختار گیری شد. نتایج حاصل از بررسی روش جریان گردابی اندازه بهنشان داد که EBSDروبشی همراه با آنالیز الکترونی میکروسکوپ از استفاده با

شده از حدود ، اندازه دانه نمونه اولیه آنیلMDFپاس فرآیند ۶پس از علاوه کاهش اندازه دانه کرون کاهش یافت. بهمی میکرون به کمتر از یک۲۳۰

ها و باندهای برشی در جهت مشخص گیری دوقلویی همراه با فرآیند لغزش، شکل، خواص مکانیکی بهبود قابل MDFپاس ۶آمده بعد از دست بود. طبق نتایج به

درصدی در سختی، افزایش ۲۱۲منجر به افزایش MDFتوجهی داشت. فرآیند های تسلیم و نهایی برشی و افزایش درصدی در استحکام۷۳و ۱۰۵ترتیب بههای تسلیم و نهایی کششی شد. نتایج درصدی استحکام ۱۹۰و ۲۹۸ترتیب به

، هدایت الکتریکی آلیاژ MDFبررسی هدایت الکتریکی نشان داد در اثر فرآیند Cu-30Zو ، به مقدار اندکی کاهش یافت. لذا با مقایسه نتایج خواص مکانیکی

توان به آلیاژی با استحکام بسیار بالا می MDFتوان گفت در فرآیند الکتریکی می بدون کاهش قابل توجه در هدایت الکتریکی دست یافت.

،یکیخواص الکتر ،یکی، خواص مکانCu-30Znبرنج اژیفورج چندگانه، آل ها: کلیدواژه زساختاریر

۰۵/۰۶/۱۳۹۷ تاريخ دريافت: ۰۶/۱۱/۱۳۹۷ تاريخ پذيرش:

noghani@eng.ikiu.ac.irنويسنده مسئول: *

مقدمه -۱ بسیار کاربرد آن، روی و مس درصد با مرتبط برنج آلیاژهای و بست نفتی، تجهیزات خوردگی پزشکی، صنعت، در یا گسترده

عمده کاربرد دلیل. دارد دیگر موارد بسیاری و مهره و پیچ اتصالات، و یریپذ شکل قابلیت بالا شامل بسیار مکانیکی خواص آلیاژها این

افزایش برای تلاش. [1]است خوردگی به مقاومت و بالا استحکام بدون و صرفه به مقرون و آسان فرآیندهای طریق از مکانیکی خواص و صنعتگران توجه مورد همواره آلیاژها این خواص بر منفیتأثیر

شدید پلاستیک تغییر شکل فرآیندهای .است بوده مهندسان(SPD) برای مناسب روشی عنوان به تاکنون گذشته قرن از اواخر گسترش و تقویت آن پی در و ریزدانه ساختار با موادی بهرسیدن اثر در فرآیندها این. است گرفته قرار توجه مورد مکانیکی خواص قطعه، ابعاد در مهم تغییرات ایجاد شدید، بدون کرنش اعمال. شود می (UFG)ریز العاده فوق های مستقیم دانه ایجاد باعث

رایج تغییر شکل فرآیندهای از (MDF)فرآیند فورج چندگانه سایر به نسبت کمتری کرنش از نرخ که بوده پلاستیک شدید

دار های همسان زاویه تغییر شکل در کانال همچون ها روش(ECAP) تغییر شکل پیچشی تحت فشار زیاد و(HPT) برخوردار

فرآیند تکرار قابلیت به توان می روش این عمده های مزیت از. است با. کرد اشاره پاس چندین در قطعه، ابعاد در تغییر عدم دلیل به

فرآیند، های پاس تعداد افزایش با توان می قابلیت این به توجهنمونه اعمال کرد. همچنین قابلیت اجرا روی به را بیشتری کرنش

کم و همچنین با توجه به طراحی قالب دلیل نرخ کرنش مواد ترد به. در داد قرارتوان در دماهای بسیار پایین یا بالا نیز مورد استفاده می

کند و ابعاد بعد از هر پاس، محور اعمال نیرو تغییر می فرآینداین . شکل [10-2]ماند قطعه بعد از پاس تغییر شکل تقریباً ثابت باقی می

. [11]ده استرا نشان دا فرآیندنمای کلی ١

[11]چندگانه فورج فرآيند مراحل نمادين تصوير )۱شکل

بر رفتار آلیاژ برنج آلفا مورد SPDهای تاکنون تأثیر برخی فرآیند

در HPTبا انجام فرآیند [12]و همکاران ژائوبررسی قرار گرفته است. Cu-30Znو آلیاژ Cu-10Znدمای محیط بر مس خالص، آلیاژ

نانومتر شدند. همچنین نتیجه ۱۰۰موفق به کاهش اندازه دانه به زیر یا به عبارتی کاهش انرژی Znگرفتند که با افزایش عنصر آلیاژی

تأثیر بیشتری بر کاهش HPT، فرآیند (SFE)شدن نقص در چیدهو سانگتوان رسید. تری می اندازه دانه دارد و به اندازه دانه کوچک

درجه ۹۰در قالب با زاویه ECAPپاس فرآیند ۴نجام با ا [1]همکارانتوانستند اندازه دانه را تا Cu-40Znبر آلیاژ C°۲۵۰و در دمای

نانومتر کاهش دهند. در فرآیند مذکور، استحکام تسلیم کششی ۳۰۰به ۴۱۰و استحکام کششی نهایی از حدود ۵۳۰به ۱۷۰از حدود

۶موفق شدند پس از [13]ادنژ طرقیو پاسبانیمگاپاسکال رسید. ۶۵۰-Cuدر دمای محیط بر آلیاژ (ARB)نورد تجمعی سیکل فرآیند

30Zn نانومتر کاهش دهند. این محققان ۱۰۰، اندازه دانه را به حدود، خواص مکانیکی ARBهای فرآیند دریافتند که با افزایش سیکل

ویکرز و ۲۵۰به ۸۵طوری که سختی حدوداً از یابد، به نیز افزایش میمگاپاسکال افزایش یافته است. ۷۸۰به ۳۵۰استحکام کششی از

سیکل کامل فرآیند ۸با انجام [14]و همکاران گوچوسکی، Cu-30Znبر آلیاژ (RCS)کردن متوالی کردن و صاف دندانه دندانه

رون شدند. میک۳/۲موفق به کاهش میانگین اندازه دانه به با زاویه قالب ECAPبا انجام فرآیند [15]و همکاران داتکیویچ

های در به اندازه دانه Cu-37.3Znبر آلیاژ C°۳۰۰درجه در دمای ۹۰میکرون رسیدند. همچنین با افزایش دمای ۵/۱تا ۳/۰محدوده میکرون افزایش ۳ها به یک تا ، محدوده اندازه دانهC°۴۰۰فرآیند به خالص فلزات روی گسترده وسیعی از گانه فورج چند یندیافت. فرآ

مس، آلیاژهای فولاد و همچنین آلومینیوم، مس، طلا، مانند انجام شده موفقیت با دیگر بسیاری همچنین و آلومینیوم منیزیم،

بر MDFپاس فرآیند ۳انجام با [23]و همکاران دشتی. [22-16]استاهش ، موفق به کC°۱۷۷در دمای محیط و ۶۰۶۳آلیاژ آلومینیم

علاوه خواص میکرون شدند. به۵/۱و ترتیب به یک اندازه دانه بههای برشی نیز در اثر اعمال فرآیند مکانیکی نظیر سختی و استحکام

MDF .با [24]و همکاران انصاریانافزایش قابل توجهی یافتند

۱۹۴۵ تولیدشده به روش فورج چندگانه Cu-30Znبررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی آلیاژ برنج ـــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering Volume 19, Issue 8, August 2019

بر تیتانیم خالص در دمای محیط و MDFپاس فرآیند ٦انجام C°۲۲۰ ترتیب به میکرون به۶۴نتیجه گرفتند که اندازه دانه اولیه از

های تسلیم یابد. همچنین استحکام میکرون کاهش می۲/۱یک و برابر ۲شده، بیش از کششی و برشی نسبت به نمونه اولیه آنیل

و میوراافزایش یافتند. همچنین در تحقیق دیگری توسط و افزایش کرنش MDFمشاهده شد که اعمال فرآیند [25]همکاران

-Cu بر آلیاژ برنجکلوین ٧٧های فرآیند) در دمای (افزایش پاس30Zn ، نانومتر ۱۷تا منجر به کاهش قابل توجه اندازه دانه این آلیاژ

MDF فرآیندشده است. نکته قابل توجه در پژوهش حاضر، اعمال و میوراهایی بوده که توسط در دمای محیط برخلاف سایر پژوهش

در دمای [27]مولاو داشاراتو [26]و همکاران ناکااو، [25]همکارانهای پایه مس انجام ژزیر صفر همراه با محفظه نیتروژن مایع بر آلیا

توان به می MDFهمچنین از دیگر مزایای روش شده است. هایی با ابعاد بزرگ و استفاده از نمونه پتانسیل بالای این روش در

علاوه اکثر دیگر های صنعتی اشاره نمود. به قابل استفاده در مقیاسبر زمان MDFو غیره نسبت به فرآیند ECAP ،HPTها مانند فرآیند

ها برای بر هستند و امکان انجام برخی از این فرآیند و هزینهدر این پژوهش . [29 ,28]نداردآلیاژهای زیادی در دمای محیط وجود

مورد نظر برای رسیدن به خواص مکانیکی و الکتریکی بالا، آلیاژ قرار گرفت. فورج چندگانه فرآیندپاس در دمای محیط تحت ٦طی

های سالم و بدون عیب، مورد بررسی خواص همچنین تمامی نمونه ریزساختاری، مکانیکی و الکتریکی قرار گرفتند.

وش تحقیق مواد و ر -۲

Cu-40Znدرصد با برنج آلیاژ از ابتدا نظر، مورد آلیاژ تهیه برایبعد از ذوب آلیاژ Cu-30Zn آلیاژ تهیه سپس برای. شد استفاده

کردن درصد مناسب مس، تهیه آلیاژ و اضافه C°۱۰۵۰اولیه در دمای درصد و انجام آزمون کوانتومتری، در نهایت مورد نظر صورت گرفت.

مورد آلیاژ شیمیایی ترکیب. شد مشخص آلیاژ در موجود عناصر .است شده ارائه ۱ جدول در نظر

شده (درصد وزنی) گری روی ریخته -ترکیب شیمیایی آلیاژهای مس )۱جدول

آلیاژ Zn Cu سایر عناصر۱> ۷۱/۳۰ ۱/۶۸ Cu-30Zn

ابعاد در ها نمونه فلزی، قالب در یزیر ذوب از بعد سپس شدند. داده برش برش، دستگاه با متر میلی۱۰×۱۰×۱۵

عملیات کوره نقطه ذوب، در ۸/۰شده، در دمای آماده های نمونه دمای رسیدن به تا کوره در و شده آنیل ساعت ۱ مدت به حرارتیقالب فورج چندگانه که در شده آماده های شدند. نمونه سرد محیط

پرس فشار وسیله نشان داده شده است، به ۲مطابق شکل این گرفتند. در قرار شدید پلاستیک شکل تغییر تحت هیدرولیک

در پیستون حرکت سرعت با پرس هیدرولیک از دستگاه عملیاتتن ۱۰۰ ظرفیت و ثانیه بر متر میلی۵/۱با برابر بارگذاری حالت

اعمال ها نمونه پاس روی ۶ تا شکل تغییر شد. عملیات استفادهمشاهده عدم تغییرات قابل توجه در شد. انتخاب پاس بهینه بعد از

اصطکاک کاهش به دست آمد. همچنین برای خواص مکانیکی .شد کت استفاده و نمونه از روانکار مولی قالب بین

های هدایت سازی برای آزمون ها، آماده پس از تهیه نمونهسنجی، پانچ برشی و کشش انجام شد. در ابتدا الکتریکی، سختی

یافته از هر گونه آلودگی ناشی از روانکار یرشکلهای تغی سطح نمونهسازی شد. همچنین با استفاده از سنباده، سطحی صاف و پاک

سازی شد. آزمون هموار برای انجام آزمون هدایت الکتریکی آمادهسنج برای تمامی هدایت الکتریکی با استفاده از دستگاه هدایت

انجام شد. شده MDFپاس ٦ها شامل نمونه آنیل و یک الی نمونه جریان روش که به است مخربغیر آزمون یک هدایت دستگاه گیری اندازه E1004استاندارد با مطابق را الکتریکی جریان گردابی،

هدایت از درصدی را براساس رسانایی کند. این دستگاه میزان میکند. محاسبه می (IACS%)استاندارد شده آنیل مس الکتریکی

گونه خطا هر حذف منظور به مرتبه سه در نمونه هر برای آزمون تکرار شد.

) قالب، ۱؛ شده برای پژوهش حاضر های تهیه و سنبه MDFتصویر قالب )۲شکل

) نمونه۴) سنبه کوچک، ۳) سنبه بزرگ، ۲

ها سه ورق نازک به منظور بررسی آزمون پانچ برشی نمونه بهها از مرکز نمونه نمونهمتر عمود بر جهت طولی میلی ۸/۰ضخامت

در شده های آماده وسیله دستگاه میکروکاتر برش داده شد. ورق بهمتر و قطر سوراخ میلی۲/۶پانچ برشی با قطر پانچ قالب

متر قرار داده شد. سپس قالب در دستگاه یونیورسال میلی۲۵/۶متر بر ثانیه به میلی۱۰- ۳روئل قرار گرفت و نیرو با سرعت -زوئیک استفاده و قالب ورق بین روانکاری گونه هیچ ها اعمال شد. از نمونه

و گیری اندازه پانج، جایی جابه برحسب اعمالی نیروی نشد. میزان گیری اندازه زیر رابطه از استفاده با مگاپاسکال برحسب برشی تنش

:[30]شد𝜏 = 𝑝

𝑑𝑡𝜋 )۱(

برحسب نمونه ضخامت tنیوتن، برحسب پانچ نیروی Pکه است. متر میلی برحسب قالب و پانچ قطر میانگین dو متر میلی

برحسب برشی تنش رسم با برشی پانچ های آزمون منحنی زیر رابطه از نیز نرمال جایی به دست آمدند. جابه نرمال جایی جابه

:[7]آمد دست به𝑑 = ℎ

𝑡 )٢(

.است متر میلی برحسب پانچ جایی جابه h و نرمال جایی جابه d که بار برای اطمینان از نتایج این آزمون، آزمون برای هر نمونه سه

های آزمون پانچ برشی از مرکز طوری که نمونه تکرار شد، به شده جدا شدند.MDFهای نمونه-HVSسنج سختی دستگاه وسیله به ویکرزسنجی سختی آزمون

1000A ثانیه طبق ١٥شدن گرم و زمان ساکن٥٠٠تحت نیروی

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزیبا زارعی و همکاران ــــــــــــــــــــــــــــــ ۱۹۴۶

۱۳۹۸ مرداد، ۸، شماره ۱۹دوره پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس -ماهنامه علمی

در دمای محیط استفاده شد. سطح ASTM E-384استاندارد و صاف سطح تا شد ابتدایی پولیش سپس و ها ابتدا سنباده نمونه

سطح مقطع مرکز ازسنجی آمد. سختی دست به مناسب صیقلی و تکرارسنجی سختی آزمون بار ١٤ نمونه شد. برای هر انجام نمونه

شد. محاسبه ها داده میانگینروئل ساخت کشور -آزمون کشش با استفاده از دستگاه زوئیک

بر متر میلی جایی فک یک تن با سرعت جابه۱۰آلمان با ظرفیت های بودن ابعاد نمونه دقیقه انجام شد. با توجه به کوچک

، ASTMشده برای انجام آزمون کشش مطابق با استاندارد فراوریهای کششی کوچک (مینیاتوری) مطابق با برای این کار از نمونه

ها با توجه به ابعاد استفاده شد. طراحی این نمونه ۳شکل رای طراحی نمونه برای آزمون تولیدی انجام شد. ب MDFهای نمونه

های شده در پژوهش کاربرده های به کشش در این پژوهش از نمونههای کششی نیز توسط سازی نمونه . آماده[33-31 ,5]قبلی استفاده شد

ها در راستای طولی صورت گرفت. هر آزمون وایرکات از مرکز نمونه بار تکرار شد. ۳نیز

پژوهش در شده طراحی کشش آزمون شده برای تهیهنمونه شماتیک )۳شکل حاضر

روبشی الکترونی میکروسکوپ از متالوگرافی های بررسی برای

(SEM) های وسیله پراش الکترون مجهز به سیستم آنالیز به بالای وضوح با 7001F جئول میدانی گسیل با (EBSD)برگشتی

میکرومتر٥٠آنیل نمونه روبش تصویر برای گام گرفت. اندازه انجامشد. گرفته نظر میکرومتر در٢/٠یافته، های تغییرشکل برای نمونه و

راستای دونیم در بهآنها تقسیم از پس ها، نمونهسازی آماده برای وسیله به ها) نمونه مرکز( ها نمونه داخل مربعی مقطع سطح طولی، پولیش سپس و شدند مکانیکی پولیش ١٢٠٠ دانه اندازه با سنبادهانجام شد. OP-Sمیکرون و محلول ٣/٠الماسه خمیر با نهایی

های برای آنالیز داده EDAX OIM TSL7افزار همچنین از نرمEBSD .استفاده شد

نتایج و بحث -۳ بررسی ریزساختار -۳-۱

اندازه دانه برای (IPF)و تصویر قطبی معکوس نقشه مرزهای دانه های برگشتی با وسیله پراش الکترونی از الکترون آنیل به نمونه

ارائه ٤در شکل EBSDمیکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به های شده، رنگ همچنین تصویر پولفیگر راهنمای آوردهشده است.

آلیاژ مورد نظر دارای دهد. ها را نشان می گیری دانه مختلف جهترسوب و فاز ثانویه است. و ریزساختار بدون αساختار تک فاز

قابل ٤اند، در شکل های اولیه که در اثر آنیل کاملاً درشت شده دانه مشاهده است.

محاسبه گیری شده است. برای اندازهمیکرون ٢٣٣اولیه اندازه دانهسطحی کسر روش ها از نمونه تمامی در ها دانه متوسط اندازه

درجه١٥از بیش جهت اختلاف زاویه با مرزهای دانه و استفاده شده، مرزهای ۴شکل مطابق شده است. گرفته نظر در دانه مرز عنوان به

درجه با رنگ قرمز، ۵تا ۲کوچک زاویه با اختلاف جهت بین درجه با رنگ ۱۵های کوچک زاویه اختلاف جهت بین پنج تا مرز

درجه) با ۱۵تر از زاویه (اختلاف جهت بزرگ آبی و مرزهای بزرگآنیل، سیاه مشخص شده است. در ریزساختار اولیه نمونه رنگ

زاویه تقریباً زاویه هستند و مرزهای کوچک بخش عمده مرزها بزرگ ).۴ شوند (شکل در ریزساختار مشاهده نمی

ب) الف) نقشه مرزهای دانه،؛ اولیه Cu-30Znآلیاژ از EBSDآنالیز )۴شکل

IPFنقشه رنگی

۶تصاویر نقشه مرزهای دانه و نقشه رنگی اندازه دانه برای نمونه ارائه شده است. اندازه ٤در دمای محیط در شکل شدهMDFپاس

میکرون تخمین زده شده به کمتر از یک MDFپاس ٦دانه بعد از شدن کسر بالایی از مرز است. زیرا با توجه به تشکیل و شکسته

هایی که در اثر باندهای برشی و دوقلوییوسیله های جدید به دانهشکل گرفته است، امکان MDFاعمال کرنش برشی در فرآیند

دلیل اینکه بعد از تعیین دقیق اندازه دانه میسر نیست. از طرفی بهفقط حول یک ای، درجه٩٠هر پاس، تغییر شکل روی نمونه چرخش

۱۹۴۷ تولیدشده به روش فورج چندگانه Cu-30Znبررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی آلیاژ برنج ـــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering Volume 19, Issue 8, August 2019

ار گرفته و تمامی باندهای برشی در یک جهت قر محور انجام گرفته،جهت تغییر شکل تنها در یک جهت قابل مشاهده است. مطابق

زاویه زاویه به رنگ سیاه و مرزهای کوچک نمونه آنیل مرزهای بزرگصورت به رنگ قرمز که در اثر اعمال کرنش کاملاً شکسته شده، بهقابل ٥همگن و همسانگرد در نمونه توزیع شده که در شکل

زاویه پس از ر مرزهای کوچک و بزرگمشاهده است. در ضمن کسای افزایش یافته است، به مقدار قابل ملاحظه MDFفرآیند

طوری که خطوط آبی و قرمز رنگ که مربوط به مرزهای کوچک بهخوبی از یکدیگر قابل زاویه هستند، در تصویر نقشه مرزهای دانه به

تفکیک نیستند.

الف) نقشه ؛ Cu-30Znآلیاژ شده پاس فورج ۶از نمونه EBSDآنالیز )۵شکل

IPFمرزهای دانه، ب) نقشه رنگی

با اصلاح قابل MDFدهد فرآیند نشان می ۵و ۴های مقایسه شکلملاحظه ریزساختار موجب کاهش اندازه دانه قابل توجهی شده

توان نتیجه گرفت است. همچنین با بررسی نقشه مرزهای دانه میپاس بسیار بیشتر از ٦زاویه در نمونه گیری مرزهای بزرگ شکل

ها در جایی نمونه آنیل است. در واقع تجمع تعداد زیادی از نابهبر مرزهای فرعی و مرزهای دانه، منجر به MDFطول فرآیند

افزایش تدریجی زاویه عدم انطباق شده است که سرانجام منجر به زاویه در های بزرگ شود که با مرزدانه تکامل ساختار فوق ریزدانه می

. همچنین انرژی نقص در [32]رژیم کرنش بالا احاطه شده استتواند منجر به تجمع می Cu-30Znشدن بسیار پایین در آلیاژ چیده

SFEزیرا جایی) و مانع از بازیابی دینامیکی شود. کرنش (نابهها جایی ابهشدن و ترکیب مجدد ن پایین منجر به دشواری برای جدا

و لغزش متقاطع شده که مکانیزم اصلی دخیل در بازیابی . در نتیجه انرژی شده گرمایی است دینامیکی، لغزش متقاطع فعال

کافی برای فرآیند تبلور مجدد پیوسته در دمای محیط، ذخیره شده. [34 ,13]شود های ریز تبلور مجددشده احاطه می و ریزساختار با دانه

تری را در اهش دما، تغییر شکل ریزدانگی روند سریععلاوه با ک بهطور که در بخش مقدمه نیز اشاره شد، . همان[33 ,5]گیرد پیش می

به مراتب کمتر از برخی MDF فرآیندکاهش اندازه دانه در ، زیرا میزان کرنش [35]بوده ECAP نظیر SPDهای دیگر فرآیند

کمتر است. همچنین مکانیزم کاهش اندازه فرآینداعمالی در این ها و تشکیل باندهای برشی جایی دانه براساس افزایش چگالی نابه

است. MDFهای فرآیند با افزایش کرنش در اثر افزایش تعداد پاسها، با جهت گیری دانه زیرا با توجه به تفاوت جهت لغزش و جهت

ی تغییر شکل، ها تشکیل باندهای برشی، با افزایش تعداد پاسیابد و منجر به کردن و شکستن مرزهای دانه افزایش می روند قطع

شود. های باریک می تر و مرزدانه هایی با اندازه کوچک تشکیل دانهها نیز در نتیجه تشکیل مرزهای جایی مکانیزم افزایش چگالی نابه

زاویه با افزایش کرنش برشی است. بدین صورت که در اثر بزرگها تا جایی شود. این نابه های زیادی تشکیل می جایی ، نابهکارسرد

کنند زمانی که مانعی سبب جلوگیری از حرکتشان نباشد حرکت مییا موانع یا در اثر برخورد با یکدیگر تجمع و در نهایت در مرزدانه

ها یا اصطلاحاً جایی کنند که این مناطق چگالی بالایی از نابه میتعداد دهی، دهند. در ادامه، فرآیند شکل ها را تشکیل می گرهدار و ساختارهای سلول فرعی افزایش های گره ها در شبکه جایی نابهها در حالتی که کمترین انرژی را داشته جایی یابد. آرایش نابه می

زاویه گیرد که منجر به تشکیل مرزهای کوچک باشد، قرار میکند، ها افزایش پیدا می یجای شود. با ادامه کارسرد، چگالی نابه می

های همسایه افزایش ضخامت مرزها کاهش و زاویه بین سلولزاویه زاویه به مرزهای بزرگ یابد و در نتیجه، مرزهای کوچک می

شوند. با افزایش این روند در اثر کارسرد مجدداً از محل تبدیل میی ها های جدید، تولید و دانه را به بخش جایی تقاطع مرزها، نابه

. [36]شود کند که منجر به ایجاد ساختار ریزدانه می دیگر تقسیم می بررسی خواص مکانیکی -۳-۲

های پانچ ، آزمونCu-30Znبرای بررسی خواص مکانیکی آلیاژ سنجی انجام شد. نتایج حاصل از آزمون برشی، کشش و سختی

ه ارائ جایی نرمال را پانچ برشی، تغییرات تنش برشی برحسب جابه نقطه ماکزیمم روی نهایی از م برشیضمن، استحکادر کند. می

استحکام وشود می مشخص نرمال جایی جابه -تنش برشی منحنی منحنی که ای نقطه روی از و نمودار بخش اول از تسلیم برشی

. برای شود می تعیین یابد، می انحراف خطی حالت از یادشدهبرشی و آزمون کشش ها، نمودار پانچ جلوگیری از گستردگی داده

ترتیب در پاس به ۶پاس و ۳های آنیل، یک پاس، تنها برای نمونهارائه شده است. نتایج حاصل از آزمون کشش نیز ۲و ۱نمودارهای

شامل استحکام کششی نهایی و استحکام تسلیم کششی از نمودار ای ترتیب از نقطه ماکزیمم نمودار و نقطه کرنش مهندسی به -تنش

شود. همچنین نمودارهای نمودار از حالت خطی خارج می است کهاستحکام کششی نهایی برحسب برشی نهایی و برشی نهایی خالص، استحکام تسلیم کششی برحسب تسلیم برشی و برشی خالص برای

ارائه شده ۳پاس در نمودار ۶پاس و ۳های آنیل، یک پاس، نمونهپانچ برشی و آزمون آمده از دو آزمون دست های به است. داده

کشش، شامل استحکام کششی و برشی نهایی، استحکام تسلیم ارائه شده است. ۲کششی و برشی و همچنین سختی در جدول

نهایی استحکام برشی و تسلیم برشی استحکام که نتایج نشان داد ترتیب آنیل به نمونه به نسبت Cu-30Znبرنج آلیاژ پاس ٦ نمونه

کرده است. همچنین استحکام تجربه ار درصدی٧٣ و ١٠٥ رشد

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزیبا زارعی و همکاران ــــــــــــــــــــــــــــــ ۱۹۴۸

۱۳۹۸ مرداد، ۸، شماره ۱۹دوره پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس -ماهنامه علمی

پاس نسبت به ٦تسلیم کششی و استحکام کششی نهایی در نمونه افزایش داشته است. این افزایش %١٩٠ و ٢٩٨ ترتیب حالت آنیل به

در SPDهای خواص مکانیکی در مقایسه با سایر فرآیندهای پیشین که در بخش مقدمه نیز گزارش شد، نظیر پژوهش

[1]و همکاران سانگو همچنین [13]نژاد طرقیو پاسبانیتحقیقات های پیشین قرار گرفته است. قابل قبول و در محدوده پژوهش

خواص مکانیکی از افزایش بیشترین ،٢و ١های مطابق نمودار جمله استحکام تسلیم، استحکام کششی و برشی نهایی در

افزایش خواص و با افزایش تعداد پاس، نرخ داده رخ اول های س پاطوری که استحکام در مکانیکی مذکور تقریباً کاهنده بوده است، به

های نهایی تفاوت چندانی با هم شده در پاس MDFهای نمونهسازی در ندارند. علت این مساله، اشباع فرآیند کارسختی و ریزدانه

همچنین تأثیر فرآیند کرنش اعمالی در دمای محیط بوده است. ای ملاحظه قابل طور به ه در افزایش استحکام تسلیمفورج چندگان

است. کاهش قابلیت نهایی استحکام افزایش در آن از تأثیر بیشترنیز اثبات شده، زیرا نسبت استحکام کششی ۲کارسختی در جدول

است، ۴۲/۱نهایی به استحکام تسلیم کششی برای نمونه آنیل برابر به MDFیک پاس فرآیند در حالی که این نسبت پس از اعمال

رسیده و تا پاس ششم کاهش ناچیزی داشته است. یعنی ۰۷/۱استحکام تسلیم کششی به استحکام کششی نهایی نزدیک شده یا

.[29]شدن جسم کاهش یافته است به عبارتی، قابلیت کارسخت

های آنیل قبل و بعد از فورج های آزمون پانچ برشی نمونه منحنی )۱نمودار چندگانه

های آنیل قبل و بعد از فورج کرنش مهندسی نمونه -های تنش منحنی )۲نمودار

چندگانه

آمده از آزمون کشش و پانچ برشی شامل استحکام دست اطلاعات به )۲جدول ، استحکام کششی نهایی )σ(USS، استحکام برشی نهایی )SYSσ (تسلیم برشی

UTS)σ( و استحکام تسلیم کششیTYS)σ( نسبتو /σ TYS UTSσ و سختی شده های آنیل و فورج نمونه

SYSσ نمونه (مگاپاسکال)

USSσ (مگاپاسکال)

σUTS (مگاپاسکال)

TYSσ (مگاپاسکال)

سختی(HV)

σUTS/ σTYS

آنیل ل ا

٤٢/١ ٧٨ ١٧٤ ٢٤٧ ٢٦٥ ٢١٥ ١آنیل

ا١٦٩ ٥٢٠ ٥٦١ ٣٣٦ ٢٨١ ۰۷/۱

٣آنیل ا

٢٢٧ ٥٦٢ ٥٨٩ ٤١٥ ٣٨٧ ۰۴/۱ ٣آنیل

ا٠٣/١ ٢٤٤ ٦٩٤ ٧١٧ ٤٥٩ ٤٤٠

آلیاژ، قبل و بعد از فرآیند برشی و کششی استحکام بین رابطه

MDF نشان داده شده است ۳پاس در دمای محیط در نمودار ۶تا نهاییکششی و تسلیم کششی های استحکام کلی بین رابطه

زیر صورت به نهایی برشی و برشی تسلیم های استحکام برحسب :[37]شود می بیان

TYS, UTS = m(SYS, USS− τ𝑜 ) )۳( کند به پارامتر آفست اشاره می τo ضریب رابطه است. mکه در آن

آید به دست می ۳ و از تقسیم طول از مبدأ بر شیب خط در نموداردر واقع به اصطکاک بین شود. که به آزمون پانچ برشی مربوط می

پانچ (اصطکاک، خمش) در این -نمونه و حالت قالب -قالب -پانچهای آفستی شود. همچنین سطح این تنش آزمون مربوط می

وابسته به مواد بوده، از طرفی مقدار این پارامتر برای استحکام در این استحکام تسلیم برشی است. برشی نهایی معمولاً بیشتر از

های های آفست برای رابطه بین استحکام تحقیق نیز مقدار تنش ۱۶/۶۶های تسلیم برابر و در رابطه بین استحکام ۷/۱۱۷نهایی برابر

های تسلیم کششی ترتیب استحکام به UTSو TYSبه دست آمد. ترتیب نیز به USSو SYSنهایی و همچنین و کششی

. [38]های تسلیم برشی و برشی نهایی هستند استحکام به ج و د، نسبت -۳در نمودار ها داده اصطکاک، اثرات حذف برای

میزز ون تسلیم در معیار اند. زیرا شده رسم شبکه برشی تنش(𝜎𝑦/𝜏𝑦 = √3) تر ساده که ترسکا تسلیم یا معیار ۷۳/۱با ضریب

خالص برش بوده، دو ضریب با میزز ون معیار از تر کارانه محافظه وج و د -۳در نمودار . است شده فرض پانچ برشی آزمون برای

– SYS)خالص برشی تسلیم استحکام و TYS بین رابطه ترتیب بهSYS0)، UTS خالص نهایی برشی استحکام و (USS – USS0)

.[38 ,37]محاسبه شده استدهنده رابطه بین که نشان (m)، شیب خط ۳در نمودار

های های تسلیم کششی و برشی و همچنین استحکام استحکام. به دست آمد ۰۵/۲و ۸۳/۱ترتیب کششی و برشی نهایی است، به

میزز، نسبت استحکام کششی به فون با توجه به اینکه در معیارآمده انطباق دست پیشنهاد شده است، نتایج به ۷۳/۱برشی برابر

آمده دست میزز دارد. اختلاف اندک ضرایب به ا معیار فونمناسبی بهای هایی مانند تنش میزز به فاکتور فون در پژوهش حاضر با معیار

علت کشش و خمش در ناحیه آزاد بین پانچ و قالب اضافی که بهشود. در تحقیقات پیشین برای آید، نسبت داده می به وجود می

ل آلیاژ برنج که توسط بسیاری از بسیاری از آلیاژهای مختلف شامهای تسلیم محققان صورت گرفته، ضرایب رابطه بین استحکام

های نهایی کششی و برشی در کششی و برشی و همچنین استحکام. در نتیجه [41-37 ,30]گزارش شده است ۷۶/۲تا ۳۸/۱محدوده آمده در پژوهش حاضر نیز قابل پذیرش و صحت دست ضرایب به

۱۹۴۹ تولیدشده به روش فورج چندگانه Cu-30Znبررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی آلیاژ برنج ـــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering Volume 19, Issue 8, August 2019

میزز قابل قبول است. آمده در مقایسه با معیار فون ستد روابط بههای تسلیم کششی و برشی در مطابق انتظار، رابطه بین استحکام

های کششی و برشی نهایی، علاوه بر پارامتر مقایسه با استحکامتری به ضریب رابطه معیار تسلیم آفست کمتر، ضریب رابطه نزدیک

و نمونه -قالب -پانچ بین میزز نشان دادند. زیرا اصطکاک فونعلت کشش و خمش در ناحیه آزاد بین پانچ های اضافی که به تنش

آیند، در استحکام برشی نهایی اثر بیشتری به وجود می و قالب نسبت به استحکام تسلیم برشی نشان دهند.

های آنیل و های کششی و برشی برای نمونه رابطه بین استحکام )۳نمودار

MDF شده آلیاژCu-30Zn الف) نمودار استحکام تسلیم کششی برحسب برشی، ؛ب) نمودار استحکام کششی نهایی برحسب برشی، ج) نمودار استحکام تسلیم کششی برحسب برشی خالص، د) نمودار استحکام کششی نهایی برحسب برشی

خالص

های فرآیند در دمای نمودار تغییرات سختی با افزایش تعداد پاسآمده با دست ارائه شده است. مطابق نتایج به ۴ط در نمودار محی

یابد، اما نرخ افزایش افزایش تعداد پاس، سختی افزایش میسختی روند کاهشی دارد. به همین دلیل بیشترین نرخ افزایش

دلیل کاهش سختی در پاس اول مشاهده شده است. سپس بهر اثر افزایش تعداد پاس، سازی د اندازه دانه و احتمالاً اشباع ریزدانه

آمده، دست شود. طبق نتایج به میزان افزایش سختی تقریباً ثابت می% ۲۱۲ حدود Cu-30Znشده آلیاژ MDFپاس ۶سختی در نمونه

نسبت به حالت آنیل افزایش داشته است.

Cu-30Znفورج چندگانه بر میکروسختی آلیاژ های اثر تعداد پاس )۴نمودار

بر MDFفرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید از جمله فرآیند

روی از طریق سه مکانیزم موجب افزایش چشمگیر -آلیاژهای مس اول شود. مکانیزم خواص مکانیکی از جمله سختی و استحکام می

در داخل ها جایی نابه بین کنش برهم صورت به کارسختی، فرآیند دانه، مرز از ناشی دهی استحکام دوم مکانیزم زمینه، های دانه

مکانیزم و دانه و مرزهای ها جایی نابه بین کنش برهم صورت به. در این پژوهش دو [33]است جامد محلول دهی استحکام سوم،

مکانیزم شامل کارسختی و کاهش اندازه دانه، عامل اصلی افزایش های مکانیزم بر علاوه ضمن خواص و استحکام بخشی هستند. در

افزایش بر تواند بافت هم می از ناشی بخشی استحکام قفو در کمتر آن تأثیر به توجه با باشد. ولی تأثیرگذار ها نمونه استحکام

طور است. به شده صرف نظر آن اثر از ها مکانیزم سایر با مقایسه در ها جایی نابه حرکت از جلوگیری وکردن محدود گفت توان کلی می

. [36]شود می آن استحکام و سختی افزایش به منجر ماده یکافزایش خواص مکانیکی در اثر ریزدانگی ناشی از فرآیندهای تغییر

,5]شود پیچ بررسی می -شکل پلاستیک شدید براساس رابطه هال

42] . )۴ ( 𝜎𝑦 = 𝜎𝑜 + k𝑑−1 2�

تنش σoثابت ماده، kاستحکام تسلیم، 𝜎𝑦 طبق این رابطه، ها و جایی اصطکاکی یا همان مقاومت کلی شبکه در برابر حرکت نابه

d اندازه دانه است. در این رابطهk وابسته به ساختار کریستالیماده است و برای فلزات با ساختار مکعبی با سطوح مرکزدار

(FCC)وجهی متراکم با ساختار شش ، مقدار کمتری از فلزات(HCP) شود. را شامل می

روی، تغییر شکل براساس صفحات لغزش -در آلیاژهای مسهای فعال است، به همین دلیل شده و گسترش دوقلویی قفل

. علاوه بر [42 ,36]پذیری در آلیاژهای برنج بسیار بالاست شکلبر تغییرات شده، تأثیر انرژی نقص چیدن نیز برده های نام مکانیزم

انرژی نقص چیدن در خواص مکانیکی این آلیاژ قابل بررسی است.ژول بر متر مربع است. با افزایش میزان روی، میلی۵۵مس خالص

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزیبا زارعی و همکاران ــــــــــــــــــــــــــــــ ۱۹۵۰

۱۳۹۸ مرداد، ۸، شماره ۱۹دوره پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس -ماهنامه علمی

شود، علاوه بر تأثیر محلول جامد، انرژی نقص چیدن کمتر میژول بر متر مربع میلی۱۴، مقدار آن Cu-30Znطوری که در آلیاژ به

زیاد چیدن نقص انرژی در متقاطع لغزش گزارش شده است. به ظریف های لغزش تغییر شکل، هنگام در دهد و می رخ راحتی به

تقاطعی لغزش کم، چیدن نقص انرژی در آید. اما می وجود لغزش سطوح در توانند می فقط ها جایی نابه و شود می تر مشکل

باقی چیدن نقص نوارهای کوتاه یا ها جایی نابه تجمع صورت به خودبمانند. از طرفی با افزایش روی و کاهش انرژی نقص چیدن،

شود که می بیشتر کارسختی سرعت و شده دوقلو راحتی به ساختارنسبت به MDFهای اولیه فرآیند ها در پاس این توسعه دوقلویی

. [43 ,36 ,13]های نهایی بیشتر است پاس بررسی هدایت الکتریکی -۳-۳

فرآیند های پاس تعداد افزایش با الکتریکی هدایت تغییرات نمودارMDF آمده، دست به نتایج مطابق. است شده ارائه ۵نمودار در ابتدا اول، پاس در خصوص به تغییر شکل از بعد الکتریکی هدایت

های تغییر اما با افزایش تعداد پاس. است یافته کمی کاهشهدایت کاهششود. شکل، هدایت الکتریکی تقریباً ثابت می

ها در مسیر الکترونشدن کوتاه دلیل های اول به الکتریکی در پاسهای شدن دانه زاویه ناشی از شکسته اثر تشکیل مرزهای کوچک

ها جایی های ریز و همچنین افزایش چگالی نابه اولیه و تشکیل دانهدر اثر کرنش برشی اعمالی است. اما با افزایش تعداد پاس در اثر

زاویه زاویه، مرزهای بزرگ ها و مرزهای کوچک جایی نابهترکیب ها منجر به کردن مسیر حرکت الکترون تشکیل شده که با طولانی تر

. [44]شدن روند کاهش هدایت الکتریکی شده است متوقف

های فرآیند فورج چندگانه بر هدایت الکتریکی آلیاژ تأثیر تعداد پاس )۵نمودار

Cu-30Zn

هدایت الکتریکی بسیار حساس به ریزساختار ماده فلزی در واقع،علت اختلالات در ساختار ها به است. زیرا از طریق پراکندگی الکترون

ها و غیره که جایی ها، جاهای خالی، نابه بلوری مانند ناخالصی. تغییر [45 ,23]شود شوند، تعیین می ها می باعث پخش الکترون

دلیل افزایش سرد در ماده فلزی، بهشکل یا به عبارتی ایجاد کارها، جاهای خالی و مرزهای جایی عیوب کریستالی از جمله نابه

شود. زیرا زاویه، منجر به کاهش هدایت الکتریکی می کوچکها را اعوجاج ایجادشده در اطراف نقایص، سرعت حرکت الکترون

ها یا به عبارتی دهد و منجر به پخش الکترون کاهش میشود. این مساله منجر به کاهش شدن مسیر حرکت آنها می تر کوتاه

. این [46]شود هدایت الکتریکی و افزایش مقاومت الکتریکی میهای اولیه اعمال فرآیند که نرخ کارسختی خصوص در پاس موارد به

شود، محسوس است. با افزایش شده اعمال می زیادی به نمونه آنیلهای اشباع شده و تبدیل مرزها کارسختی تقریباً تعداد پاس

زاویه، مکانیزم غالب، افزایش های بزرگ زاویه به مرز کوچک، MDFهای فرآیند استحکام است. در واقع با افزایش تعداد پاس

زاویه های کوچک زاویه، ملحق و مرز های کوچک ها به مرز جایی نابهاهش شوند که در نتیجه منجر به ک زاویه تبدیل می به مرزهای بزرگ

شدن روند کاهش هدایت ها و در نتیجه موقف جایی چگالی نابه .[29 ,23]شود الکتریکی می

زمان استحکام برشی نهایی و استحکام کششی ، ترکیب هم۶نمودار یافته در مقایسه با های تغییرشکل نهایی با هدایت الکتریکی نمونه

دهد. نمونه ریختگی قبل از آنیل و تغییر شکل را نشان میاستحکام برشی نهایی و هدایت الکتریکی برای نمونه ریختگی نیز

بیانگر ۶مورد نظر برای مقایسه ارائه شده است. نمودار برای آلیاژپاس ۶سازی ایجادشده حین این است که با کارسختی و ریزدانه

ترتیب در درصدی به۱۹۰و ۷۳، باعث افزایش حدود MDFفرآیند درصدی در هدایت ۱۹نهایی و کاهش استحکام برشی و کششی

تغییر شکل توان گفت فرآیندهای شود. لذا می الکتریکی میبخشی در فلزات های استحکام برخلاف سایر روش پلاستیک شدید

مانند رسوب سختی که باعث کاهش هدایت الکتریکی در اثر پخش شود، یک روش بسیار مناسب برای رسیدن به خواص ها می الکترونتوجه در هدایت الکتریکی ماده ی عالی، بدون تأثیر قابلمکانیک است.

و های فرآیند فورج چندگانه بر هدایت الکتریکی تأثیر تعداد پاس )۶نمودار

استحکام برشی نهایی و همچنین هدایت الکتریکی و استحکام کششی نهایی و استحکام برشی نهایی، ب) هدایت الف) هدایت الکتریکی؛ Cu-30Znآلیاژ

Cu-30Znالکتریکی و استحکام کششی نهایی آلیاژ

خلاصه نتایج -۴

بر آلیاژ MDFآمده از بررسی اثر فرآیند فورج چندگانه دست نتایج بهCu-30Zn شرح زیر خلاصه نمود: توان به در دمای محیط را می

ها محیط اندازه دانهپاس فرآیند فورج چندگانه در دمای ۶در اثر -۱شده با های انجام کاهش چشمگیری داشته است. همچنین بررسی

۱۹۵۱ تولیدشده به روش فورج چندگانه Cu-30Znبررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی آلیاژ برنج ـــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Modares Mechanical Engineering Volume 19, Issue 8, August 2019

زاویه که در زاویه و کوچک نشان داد، مرزهای بزرگ EBSDآنالیز ۶صورت غیرمنظم و پراکنده وجود داشت، بعد از های اولیه به نمونهصورت منظم در آمده و با توجه به جهت تغییر تغییر شکل به پاس ها در راستای اعمال کرنش قرار گرفته است. اکثر دانه شکل

باعث افزایش چشمگیر خواص مکانیکی فورج چندگانه فرآیند -۲دلیل کارسختی و خصوص در پاس اول به شده، این افزایش به

ها، بیشتر رخ داده است. همچنین خواص جایی افزایش چگالی نابهششی و برشی، های تسلیم ک مکانیکی شامل سختی، استحکام

MDFپاس فرآیند ٦های نهایی کششی و برشی پس از استحکام افزایش داشته است.% ۷۳و ١٩٠، ١٠٥، ٢٩٨، ٢١٢ترتیب به و قبل Cu-30Zn آلیاژ برشی و کششی استحکام بین رابطه -۳

های های استحکام با استفاده از داده پاس ۶ تا MDF فرآیند از بعدطوری که ضریب رابطه بین این بهکششی و برشی محاسبه شد،

به دست آمد که انحراف آن از ضریب رابطه ۲ها نزدیک به استحکام کشش علت به که اضافی های میزز (حالت برش خالص) به تنش ون

نسبت آید، می به وجود قالب و پانچ بین آزاد ناحیه در خمش و بین رابطه نیز برای آفست های تنش مقدار .شود می داده

های استحکام بین رابطه در و ۷/۱۱۷ برابر نهایی های استحکام .آمد به دست ۱۶/۶۶ برابر تسلیم

شدن دلیل ریز پاس فورج چندگانه، هدایت الکتریکی به ٦پس از -٤ها و افزایش مرزهای کوچک زاویه و در نتیجه کاهش مسیر دانه

کاهش یافت. میزان کاهش هدایت % ١٩ها به مقدار الکترونبر افزایش خواص MDF فرآیندلکتریکی در مقایسه با اثر ا

تغییر فرآیندتوان پوشی است. لذا می مکانیکی، کاملاً قابل چشمای با شکل پلاستیک شدید را یک روش موثر برای تولید ماده

خواص مکانیکی و هدایت الکتریکی بالا دانست.

از چو هانگ جینویسندگان این مقاله از دکتر تشکر و قدردانی:وسیله ها به علت آنالیز نمونه دانشگاه انیستیتو علوم مواد کره به

EBSD نمایند. تقدیر و تشکر می این مقاله تاکنون در هیچ نشریه دیگری به چاپ تاییدیه اخلاقی:

نرسیده است. همچنین محتویات علمی و ادبی این مقاله نیز مستخرج از فعالیت علمی نویسندگان است.

کنند که در اثر، نوسندگان این مقاله اعلام می تعارض منافع: گونه تعارض منافعی با نهاد یا سازمانی وجود ندارد. هیچ

پژوهشگر اصلی زیبا زارعی (نویسنده اول)، سهم نویسندگان:/نگارنده شناس روش%)، محمد تلافی نوغانی (نویسنده دوم)، ۴۰(

%)، محمد حسین شاعری (نویسنده سوم)، ۲۰( بحث%)، ایمان انصاریان (نویسنده چهارم)، ۲۰( شناسنگارنده بحث روش

%)۲۰( پژوهشگر کمکی/مقدمهنگارنده در انجام این پژوهش از منبع مالی خاصی استفاده منابع مالی: نشده است.

منابع

1- Song KH, Kim HS, Kim WY. Enhancement of mechanical properties and grain refinement in ecap 6/4 brass. Reviews on Advanced Materials Science. 2011;28(2):158-161. 2- Estrin Y, Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science. Acta Materialia. 2013;61(3):782-817. 3- Vo KD, Tieu AK, Zhu HT, Kosasih PB. The influence of high temperature due to high adhesion condition on rail damage. Wear. 2015;330-331:571-580.

4- Kawasaki M, Figueiredo RB, Langdon TG. Twenty-five years of severe plastic deformation: Recent developments in evaluating the degree of homogeneity through the thickness of disks processed by high-pressure torsion. Journal of Materials Science. 2012;47(22):7719-7725. 5- Talafi Noghani M, Shaeri MH, Esmaeili A, Razaghian A. Effect of severe plastic deformation by equal channel angular pressing on fracture toughness of Al-7075 alloy. Modares Mechanical Engineering. 2018;17(12):11-20. [Persian] 6- Ansarian I, Shaeri MH. Diffusional bonds in laminated composites produced by ECAP. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017;27(9):1928-1938. 7- Chegini M, Shaeri MH. Effect of equal channel angular pressing on the mechanical and tribological behavior of Al-Zn-Mg-Cu alloy. Materials Characterization. 2018;140:147-161. 8- Esmaeili A, Shaeri MH, Talafi Noghani M, Razaghian A. Fatigue behavior of AA7075 aluminium alloy severely deformed by equal channel angular pressing. Journal of Alloys and Compounds. 2018;757:324-332. 9- Naseri R, Shariati M, Kadkhodayan M. Effect of work-piece cross section on the mechanical properties of commercially pure titanium produced by Equal Channel Angular Pressing. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(6):157-166. [Persian] 10- Naseri R, Kadkhodayan M, Shariati M, The investigation of spring-back of UFG commercially pure titanium in three-point bending test. Modares Mechanical Engineering. 2017;16(11):266-276. [Persian] 11- Tang L, Liu C, Chen Z, Ji D, Xiao H. Microstructures and tensile properties of Mg-Gd-Y-Zr alloy during multidirectional forging at 773 K. Materials and Design. 2013;50:587-596. 12- Zhao YH, Liao XZ, Zhu YT, Horita Z, Langdon TG. Influence of stacking fault energy on nanostructure formation under high pressure torsion. Materials Science and Engineering A. 2005;410-411:188-193. 13- Pasebani S, Toroghinejad MR. Nano-grained 70/30 brass strip produced by Accumulative Roll-Bonding (ARB) process. Materials Science and Engineering A. 2010;527(3):491-497. 14- Głuchowski W, Stobrawa JP, Rdzawski ZM. Microstructure refinement of selected copper alloys strips processed by SPD method. Archives of Materials Science and engineering. 2011;47(2):103-109. 15- Dutkiewicz J, Masdeu F, Malczewski P, Kukuła A. Microstructure and properties of α + β brass after ECAP processing. Archives of Materials Science and Engineering. 2009;39(2):80-83. 16- Miura H, Itabashi I, Yu G, Sakai T. Grain refinement of coarse grained gold by combined thermo-mechanical process of severe plastic deformation and low temperature annealing. Journal of Physics Conference Series. 2010;240(1):012116. 17- Gubicza J, Dobatkin SV, Khosravi E, Kuznetsov AA, Lábár JL. Microstructural stability of Cu processed by different routes of severe plastic deformation. Materials Science and Engineering A. 2011;528(3):1828-1832. 18- Zhu QF, Li L, Ban CY, Zhao ZH, Zuo YB, Cui JZ. Structure uniformity and limits of grain refinement of high purity aluminum during multi-directional forging process at room temperature. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014;24(5):1301-1306.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزیبا زارعی و همکاران ــــــــــــــــــــــــــــــ ۱۹۵۲

۱۳۹۸ مرداد، ۸، شماره ۱۹دوره پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس -ماهنامه علمی

19- Odnobokova M, Kipelova A, Belyakov A, Kaibyshev R. Microstructure evolution in a 316L stainless steel subjected to multidirectional forging and unidirectional bar rolling. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2014;63(1):012060. 20- Shakhova I, Yanushkevich Z, Fedorova I, Belyakov A, Kaibyshev R. Grain refinement in a Cu-Cr-Zr alloy during multidirectional forging. Materials Science and Engineering A. 2014;606:380-389. 21- Nie KB, Wang XJ, Deng KK, Xu FJ, Wu K, Zheng MY. Microstructures and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy processed by multidirectional forging under decreasing temperature conditions. Journal of Alloys and Compounds. 2014;617:979-987. 22- Yang XY, Sun ZY, Xing J, Miura H, Sakai T. Grain size and texture changes of magnesium alloy AZ31 during multi-directional forging. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008;18 Suppl 1:s200-s204. 23- Dashti AR, Shaeri MH, Taghiabadi R, Djavanroodi F, Vali Ghazvini F, Javadi H. Microstructure, texture, electrical and mechanical properties of AA-6063 processed by multi directional forging. Materials (Basel). 2018;11(12):2419. 24- Ansarian I, Shaeri MH, Ebrahimi M, Minárik P, Bartha K. Microstructure evolution and mechanical behaviour of severely deformed pure titanium through multi directional forging. Journal of Alloys and Compounds. 2019;776:83-95. 25- Miura H, Nakao Y, Sakai T. Enhanced grain refinement by mechanical twinning in a bulk Cu-30 mass%Zn during multi-directional forging. Materials Transactions. 2007;48(9):2539-2541. 26- Nakao Y, Miura H, Sakai T. Recrystallization behavior of nano grained Cu-Zn Alloy produced by multi-directional forging. Materials Science Forum. 2007;558-559:1329-1334. 27- Dasharath SM, Mula S. Mechanical properties and fracture mechanisms of ultrafine grained Cu-9.6% Zn alloy processed by multiaxial cryoforging. Materials Science and Engineering A. 2016;675:403-414. 28- Akbaripanah F, Salavati MA, Mahmudi R. The influences of extrusion and Multi-Directional Forging (MDF) processes on microstructure, shear strength and microhardness of AM60 magnesium alloy. Modares Mechanical Engineering. 2017;16(11):409-416. [Persian] 29- Ansarian I, Shaeri MH, Ebrahimi M. Utilization of multi directional forging for fabrication of ultrafine-grained pure titanium. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(2):371-382. [Persian] 30- Akbaripanah F, Fereshteh Saniee F, Mahmudi R, Kim HK. Microstructural homogeneity, texture, tensile and shear behavior of AM60 magnesium alloy produced by extrusion and equal channel angular pressing. Materials & Design. 2013;43:31-39. 31- Fukutomi H, Takagi S, Aoki K, Nobuki M, Mecking H, Kamijo T. Effect of deformation conditions on texture formation during dynamic recrystallization of the intermetallic compound TiAl. Scripta Metallurgica et Materiala. 1991;25(7):1681-1684. 32- Miura H, Sakai T, Ueno T, Takebayashi Sh, Fujita N, Yoshinaga N. Promotion of ultrafine grain evolution by coarse particles during multidirectional forging of Ni-Fe

alloy. Metallurgical and Materials Transactions A. 2009;40(9):2137-2144. 33- Fadhil AA, Enab TA, Samuel M, Iskander BA, Ajeel SA. Study on the effect of production parameters and raw materials used on the mechanical properties of leaded brass (CuZn40Pb2) alloy. World Journal of Engineering and Technology. 2017;5(2):340-349. 34- Karimi M, Toroghinejad MR, Dutkiewicz J. Nanostructure formation during accumulative roll bonding of commercial purity titanium. Materials Characterization. 2016;122:98-103. 35- Nejadseyfi O, Shokuhfar A, Moodi V. Segmentation of copper alloys processed by equal-channel angular pressing. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015;25(8):2571-2580. 36- Dieter GE. Mechanical metallurgy. Tehran: Nashr Daneshgahi; 1990. pp. 283-284. [Persian] 37- Hankin GL, Toloczko MB, Hamilton ML, Faulkner RG. Validation of the shear punch-tensile correlation technique using irradiated materials. Journal of Nuclear Materials. 1998;258-263(Pt 2):1651-1656. 38- Mahmudi R, Sadeghi M. Correlation between shear punch and tensile strength for low-carbon steel and stainless steel sheets. Journal of Materials Engineering and Performance. 2013;22(2):433-438. 39- Karthik V, Visweswaran P, Vijayraghavan A, Kasiviswanathan KV, Raj B. Tensile-shear correlations obtained from shear punch test technique using a modified experimental approach. Journal of Nuclear Materials. 2009;393(3):425-432. 40- Ferrero JG, Sweet SS. Evaluation of the relationship between tensile and double shear strength for various titanium alloys. In: Venkatesh V, Pilchak AL, Allison JE, Ankem S, Boyer R, Christodoulou J, editors. Proceedings of the 13th world conference on titanium. Pittsburgh: The Minerals, Metals & Materials Society; 2016. pp. 965-970. 41- Guduru RK, Darling KA, Kishore R, Scattergood RO, Koch CC, Murty KL. Evaluation of mechanical properties using shear-punch testing. Materials Science and Engineering A. 2005;395(1-2):307-314. 42- Zhang J, Nash K, Arrigoni A, Escobedo JP, Florando JN, Field DP. Hydrostatic pressure effect on mechanical behavior and texture evolution of Al and Brass. Materials Science and Engineering A. 2017;679:155-161. 43- Cai J, Shekhar S, Wang J, Ravi Shankar M. Nanotwinned microstructures from low stacking fault energy brass by high-rate severe plastic deformation. Scripta Materialia. 2009;60(8):599-602. 44- Ranaei MA, Afsari A, Ahmadi Brooghani SY, Moshksar MM. Microstructure, mechanical and electrical properties of commercially pure copper deformed severely by equal channel angular pressing. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(15):257-266. [Persian] 45- Murashkin MY, Sabirov I, Kazykhanov VU, Bobruk EV, Dubravina AA, Valiev RZ. Enhanced mechanical properties and electrical conductivity in ultrafine-grained Al alloy processed via ECAP-PC. Journal of Materials Science. 2013;48(13):4501-4509. 46- Razaghani A. Introduction to the principles of dislocations and strengthening mechanisms. Mohebbi MM, editor. Qazvin: Iranian Students Booking Agency; 2012. pp. 189-192. [Persian]