مقدمه

آلیاژهـاي منیـزیم از جملـه سـبکتــرین مـواد فلـزي میباشند و در سالهاي اخیر مورد توجه بسیاري قـرار
گرفتهاند. از ویژگیهاي کلیدي این آلیاژها میتـوان بـه

نسبت بالاي استحکام به وزن،قابلیت جذب ارتعـاش، رسانایی الکتریکی و گرمـایینـسبتاّ خـوب قابلیوـت

ماشینکاري عالی اشاره کرد. با ایـنحـال، کـاربرد ایـن

دسته از آلیاژها بهدلیل قیمت بالا و شکلپذیري کـم در دماي محیط، بسیار محـدودتر از سـایر مـواد مهندسـی

است .[۱,۴] شکلپذیري محدود ایـن آلیاژهـا بـهدلیـل

عدم وجود پنچ دستگاه لغزش مستقل در دمـاي محـیط استفعالی.ت دستگاههـاي لغـزش غیراصـلی تـابعی از

اتمهاي محلول و دمـا بـوده و بـا توجـه بـه مطالعـات

صــورت گرفتــه، [۲,۳]، در دماهـاي بـین ۲۰۰ C تــا

۳۵۰ C بهطور کامل فعال میشـوند. بـه همـین دلیـل،

تمامی فرایندهاي شکلدهی آلیاژهاي منیـزیم در دمـاي

بالا صورت میگیرد.

با توجه به میزان انرژي نقص چیدمان فلز منیزیم

(γSFE = 125 mJ.m-2)، انتظـار مــیرود کــه بازیــابی

دینامیکی پدیدهي غالب در تغییر شکل گـرم آن باشـد، اما با توجه به مطالعات صورت گرفتـه در مـورد تغییـر

شـکل آلیاژهـاي منیـزیم، [۴]، فراینــد تبلـور مجــدد

دینامیکی پدیدهي غالب در این زمینه است. دلیـل ایـن رفتار را میتوان کمبود دستگاههاي لغزش آسان فعو ال

دانست که نقش انرژي نقص چیدمان را خنثی میکنـد.

در این تحقیق، تغییرات ریزساختار آلیاژ منیـزیم AZ91

در محدوده دمایی کار گرم بررسی شده است. براي این منظور، آزمون فشار گـرم در محـدوده دمـایی ۳۵۰ C
تا ۴۲۵ C و با کـرنشهـاي پیـک ۰٫۳ و ۰٫۵ بـر روي نمونهها انجام شـد، و ریزسـاختار آنهـا بـا اسـتفاده از میکروسکپهاي نوري و الکترونی بررسی شد.

مواد و روش تحقیق

در این پژوهش، از شمش آلیاژ منیزیم AZ91 با ترکیب

بررسی تاثیر تغییر شکل گرم بر ریزساختار…

Mg–۷٫۶۹wt.%Al–۰٫۵wt.%Zn–۰٫۲wt.%Mn استفاده

شد. ریزساختار اولیهي این آلیاژ که دندریتی اسـت، در شکل (۱) نشان داده شده اسـت. فـاز α (منیـزیم فـوق

اشــباع) در زمینــهي ریزســاختار وجــود دارد و فــاز

یوتکتیـک α+β در بـین بازوهـاي دنـدریتهـا شـکل گرفتهاند.

Divorced Eutectic

Dendritic Arm

شکل ۱ ریزساختار اولیهي شمش آلیاژ AZ91

بـراي انجــام آزمــون فــشار گــرم، نمونــههــاي

استوانهاي شکل به قطـر ۱۰ و ارتفـاع ۱۵ میلـیمتـر از

شمش اولیه تهیه و سپس همگنسـازي شـدند. از یـک فرایند دو مرحلهاي براي همگنسازي نمونهها اسـتفاده

شد. در مرحلهياو ل، نمونـههـا در دمـاي ۳۷۰ C بـه

مدت ۲ ساعت گرم شدند و در مرحلهي بعدبه، مـدت

۲۴ ساعت در دماي ۴۱۵ C نگهداري و سـپس در آب

سریع سرد شدند .[۵] پس از انجام فرایند همگنسازي،

آزمون فشار گرم در دماهاي ۳۵۰ C، ۴۰۰ C و۴۲۵C

و با نرخ کرنش ثابت ۰/۱ S-1 تا کرنشهاي پیک ۰/۳ و ۰/۵ انجام شد. آزمون فشار گرم بـه وسـیلهي دسـتگاه Zwick/Roll مجهز به یک کورهي الکتریکـی بـا دقـت

-۵ C انجام شد. براي کاهش اثـر اصـطکاك، از چنـد

لایهي نازك تفلون استفاده شد، و نمونـههـا بـهمنظـور همدما شدن بهمدت ۳ دقیقه در دماي آزمون نگـهداري و سپس آزمون فشار گرم بر روي آنها انجام گرفت.

نشریه مهندسی متالورژي و مواد ۳

براي بررسیهاي ریزساختاري، نمونهها در جهت

محــور اعمــال فــشار بــرش زده شــدند و پــس از

آمادهسازي، بهوسیلهي محلول پیکرالحکّـاکی شـدند.

ریزساختار نمونهها قبل و بعد از انجام تغییر شـکل بـه وسیلهي میکروسکپهـاي نـوري و الکترونـی بررسـی

شد. افزون بر این، اندازهي دانهي نمونهها با اسـتفاده از

نرمافزار Clemex و مطابق با اسـتاندارد ASTM تعیـین

شد.

نتایج و بحث

نمودار تنش کرنش. نمودارهاي تنش حقیقی- کـرنش

حقیقی حاصل از تغییر شکل گرم در دماهـاي ۳۵۰ C،

۴۰۰ C و ۴۲۵ C و با نـرخ کـرنش ثابـت ۰/۱ S-1 در شکل (۲) نشان داده شدهاند. همـانطـور کـه مـشاهده

میشود، تنش سیلان با افزایش کرنش در دمـاي ثابـت

افزایش یافته و پس از رسیدن به میزان بیـشینهي خـود، کاهش مییابـد. کـاهش تـنش سـیلان بعـد از پیـک را میتوان به وقوع پدیدهي تبلور مجدد دینامیکی نـسبت داد .[۶] افزون بر این، با افزایش دما میزان تنش سـیلان

نیز کاهش مییابد.

شکل ۲ نمودار تنش حقیقی- کرنش حقیقی حاصل از تغییر شکل

گرم در دماهاي مختلف و نرخ کرنش ۰/۱ S-1

تنش پیک. تغییرات تنش پیک با دما براي نرخ کـرنش

۰/۱ S-1 در شکل (۳) نشان داده شده است. همانطـور

که مشاهده میشود، تنش پیک در نرخ کرنش ثابـت بـا

افزایش دما کـاهش مـییابـد. بـا شـروع تغییـر شـکل

مومسـان، وقـوع لغـزش و دوقلـویی شـدن منجـر بـه کارسختی و افزایش میزان تنش میشود. وقـوع فراینـد

نرمشدگی نیز منجر به کـاهش تـنش سـیلان در حـین

تغییر شکل خواهد شد. رقابت بین این دو فرایند منجر

به ظهور یک پیک در نمودار تـنش- کـرنش مـیشـود.

افزایش دما در آلیاژهاي منیزیم منجر به کاهش مؤلفهي تنش برشی بحرانی (τCRSS) براي دسـتگاههـاي لغـزش

هرمی و منشوري شده و بهایـن ترتیـب، دسـتگاههـاي

لغزش بیشتريفع ال خواهنـد شـد .[۷] کـاهش τCRSS

بهمعنی تسهیل حرکت نابجاییها بر روي صـفحههـاي مناسب لغزش است، و این منجر به افزایش میزان وقوع بازیابی و کاهش میزان تنش پیک مـیشـود. افـزون بـر این، جوانهزنی دانههـا حـین تبلـور مجـدد نیـز باعـث

حذف ساختارهاي فرعی میشود کـه خـود در کـاهش

تنش سیلان موثر است .[۸]

شکل ۳ تغییرات تنش پیک با دما در نرخ کرنش ۰/۱ S-1 حین

تغییر شکل گرم

کرنش پیک. وقوع پدیدهي نرمشدگی افزون بر کاهش

میزان تنش پیک، کرنش پیک را نیز کاهش میدهد. در

شکل((۴، تغییرات کرنش پیک با دما در نرخ کرنش

۴

ثابت ۰/۱ S-1 نشان داده شده است. همانطور که دیده

میشود، کرنش پیک با افزایش دما در نرخ کرنش ثابت

کاهش مییابد. فرایند نرمشدگی پدیدهاي است که با

حرارتفعال میشود، بهگونهاي که افزایش دما نیرو محرکهي آن را تأمین میکند .[۶] بنابراین، فرایند

نرمشدگی در کرنشهاي پایینتر بر کارسختی غلبه

کرده و باعث ایجاد نقطهي پیک در نمودار تنش-

کرنش در میزانهاي کمتر کرنش میشود.

شکل ۴ تغییرات کرنش پیک بر حسب دماي تغییر شکل گرم در

نرخ کرنش ۰/۱ S-1

ریزســاختار. ریزســاختار نمونــههــا بعــد از فراینــد همگـنسـازي در شـکل (۵) مـشاهده مـیشـود. ایـن ریزساختار شامل دانههاي درشـت (~۲۰۰ ʽm) α-Mg

و ذرات ریز β در مرز دانههاست. فاز یوتکتیـک در آن در مقایسه با ریزساختار نمونههـاي ریختـهگـري شـده

(شـکل ((۱)، بـهطـور کامـل حـل شـده و دانـههـاي

متساويالمحور جايگزین بازوهاي دندریتی شدهاند.

بـراي بررسـی تغییـرات ریزسـاختاري و تعیـین

مشخصههاي وقوع پدیدهي کارنرمی حین تغییر شـکل

گرم، ریزساختار نمونهها در کرنشهاي پیک ۰/۱۴، ۰٫۳

و ۰٫۵ و در دماهــــــــاي ۳۵۰ C، ۴۰۰ C و ۴۲۵ C

بهترتیب در شکلهاي (۶) تا (۸) نشان داده شده است.

ریزساختار نمونه پـس از تغییـر شـکل گـرم در دمـاي

۳۵۰ oC با کرنشهاي پیـک ۰/۳ و ۰/۵ و نـرخ کـرنش

بررسی تاثیر تغییر شکل گرم بر ریزساختار…

۰/۱ S-1، در شکل (۶) نشان داده شده است. همانطـور

که مشاهده میشود، ریزساختار پس از تغییر شـکل بـه

میزان کرنش پیک ۰/۱۴ از دانههـاياولیـه (کارسـخت

شده) و دانههاي متساويالمحور تبلور مجـدد یافتـه در مرزهاياولیه تـشکیل شـده اسـت. بـا افـزایش میـزان

کرنش تا ۰/۳، کسر حجمی دانههـاي متـساويالمحـور

افزایش و اندازهي متوسط دانههـاي جدیـد نـسبت بـه

دانهها در کرنش پیک افزایش یافتـه اسـت. در کـرنش

۰/۵، کـسر دانـههـاي تبلـور مجـدد یافتـه نـسبت بـه کرنشهاي پیـک و ۰/۳ افـزایش و انـدازهي دانـههـاي

جدید کاهش یافته است. در دماهاي ۴۰۰ oC و ۴۲۵ oC

نیز کسر تبلور مجدد با افزایش میزان کرنش افـزایش و

اندازهي متوسط دانههـاي جدیـد کـاهش یافتـه اسـت

(شکل (۷) و .((۸) افزون بر این، مقایسهي نمونههـا بـا میزان کرنش یکسـان در دماهـاي ۳۵۰ oC ، ۴۰۰ oC و ۴۲۵ oC نشان میدهد که اندازهي دانههاي تبلور مجـدد

یافته افزایش یافته است، ولی کـسر حجمـی دانـههـاي

جدیدتقریباً ثابت مانده است (مقایسهي شکلهاي (۶)

تا .((۸)