مطالعه مشخصات بافتی ناحیه جوش همزن اصطکاکی برنج تک‌فازی به وسیله آزمون پراش الکترونهای برگشتی

Abstract

پیچیدگی تغییر‌شکل پلاستیک حین جوشکاری همزن اصطکاکی سبب می‌شود که جهت‌گیری بافت‌ در نقاط مختلف جوش تغییر کند. بنابراین، باید بافت اولیه حاصل از آزمون پراش الکترونهای برگشتی در چارچوب تغییر‌شکل برشی مرجع قرار نگرفته و انتقال بافت اولیه به چارچوب بافت برشی مرجع ضروری می‌باشد. در این پژوهش، به بررسی بافت جوش همزن اصطکاکی برنج تک‌فازی پرداخته شد. نتایج نشان داد که A_1^* (111)[1 ̅1 ̅2]،A_2^* (111)[112 ̅ ]، C {001}〈110〉 و گاوس {011}〈100〉 اجزاء اصلی تشکیل‌دهنده بافت در ناحیه جوش هستند. اجزاء بافت برشی (A_1^*، A_2^* و C) نشان‌دهنده تبلور مجدد دینامیکی پیوسته به عنوان سازوکار غالب و حضور بافت گاوس تاییدکننده تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته به عنوان سازوکار محتمل دیگر در پیدایش ریزساختار نهایی تعیین شد. در این پژوهش، ابتدا پوشش اکسید تیتانیم متخلخل حاوی کلسیم فسفات (CaP) بر روی زیر لایه تیتانیم خالص تجاری (CP-Ti) به وسیله فرآیند اکسیداسیون میکروقوس (MAO) در ولتاژهای مختلف 300، 330 و V 360 به مدت پنج دقیقه ایجاد شد. سپس، پوشش شیشه زیست‌فعال 45S5 (BG) به وسیله فرآیند لایه‌نشانی الکتروفورتیک (EPD) بر روی زیرلایه اصلاح شده، تشکیل شد. ترکیب فازی، عوامل ساختاری، ریز‌ساختار و ترکیب شیمیایی میان لایه MAO ایجاد شده در ولتاژهای مختلف و پوشش BG، به‌ترتیب به وسیله‌ پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌سنجی تفرق انرژی (EDS) بررسی شد. رفتار حرارتی پوشش BG به وسیله آنالیز هم‌زمان گرماسنجی افتراقی (DSC) و توزین حرارتی (TG) مطالعه شد. میکروساختار به‌دست آمده بعد از اصلاح CP-Ti به روشMAO در ولتاژ V 360، نشان داد که لایه سطحی میکرومتخلخل TiO2 به‌طور گسترده ای با خوشه‌های به‌هم پیوسته هیدروکسی آپاتیت (HA) با نسبت کلسیم به فسفر نزدیک به استخوان تشکیل می‌شود. اندازه‌‌گیری‌های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) و آزمون ریزخراش نشان دادند که استفاده از پوشش BG بر روی CP-Ti اصلاح شده با استفاده از ترکیب روش‌های MAO و EPD باعث افزایش مقاومت به خوردگی و چسبندگی پوشش به زیرلایه می‌شود. ورق آلومینیوم ۱۰۵۰ تغییر شکل شدید یافته تحت فرایند اصطکاکی اغتشاشی در شرایط مختلف فرآوری بدون نانوذرات در دمای اتاق و فرآوری به همراه نانوذرات در محیط نیتروژن مایع قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که پس از سه پاس فرآوری، توزیع مناسبی از نانوذرات در منطقه اغتشاش یافته حاصل می‌شود. هم‌چنین مطالعات پراش الکترون‌های بازگشتی (EBSD) از منطقه مذکور مبین این مساله است که در مقایسه با نمونه تغییرشکل شدید یافته و فرآوری شده بدون نانوذرات و در دمای اتاق، فرآوری به همراه نانوذرات و در محیط نیتروژن مایع از وقوع رشد دانه شدید در منطقه اغتشاش یافته جلوگیری به‌عمل می‌آورد و ساختار بسیار ریزدانه حاصل می‌کند. به‌علاوه، استفاده از نانوذرات و محیط خنک‌کننده تغییری در جهت‌گیری ترجیحی دانه‌ها و سازوکار تبلور مجدد در منطقه اغتشاش یافته ایجاد نمی‌نماید. بررسی‌ها حاکی از آن است که سازوکار تبلور مجدد در منطقه اغتشاش یافته، بازیابی دینامیکی و تبلور مجدد دینامیکی پیوسته می‌باشد و در شرایط فرآوری در محیط نیتروژن مایع، تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته نیز به‌طور محدودی اتفاق می‌افتد. نتایج سختی‌سنجی نشان داد که استفاده هم‌زمان محیط خنک‌کننده و نانوذرات تأثیر چشمگیری بر بهبود خواص مکانیکی ناحیه اغتشاش یافته دارد.فرآیند "فعال‎سازی مذاب توسط کرنش (SIMA) " یک فرآیند نیمه‎جامد است که به منظور تشکیل ساختار گلبولی در آلیاژ‌ها به‌کار گرفته می‌شود. در این فرآیند، آلیاژ مورد نظر ابتدا تحت کرنش قرار می‌گیرد و سپس در دمای نیمه‎جامد به مدت مشخصی نگه‌داری می‌شود. در این پژوهش، از فرآیند SIMA برای تشکیل ساختار گلبولی در آلیاژ آلومینیوم 7075 استفاده شده و تاثیر چهار عامل مقدار کرنش، دمای اعمال کرنش، دمای نگه‌داری نیمه‎جامد (کسرحجمی مذاب) و زمان نگه‌داری نیمه‎جامد بر روی اندازه متوسط دانه‌ها و هم‌چنین ضریب شکل آن‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. نتایج نشان داد که نمی‌توان یک سازوکار خاص را برای گلبولی شدن دانه‌ها در فرآیند SIMA در نظر گرفت. بلکه با توجه به مقدار کسر حجمی مذاب و مقدار کرنش، سازوکار غالب متفاوت خواهد بود و بیشترین رقابت بین تبلور مجدد و ذوب داخلی دانه‌ها اتفاق می‌افتد. هم‌چنین نتایج نشان داد که در فرآیند SIMA ، درصد ازدیاد طول به طور قابل ملاحظه‌ای نسبت به حالت T6 افزایش می‌یابد در حالی‌که استحکام کاهش زیادی ندارد.