بررسی تجربی تأثیر فرایند پرس‌کاری شیارمقید بر رفتار الکتروشیمیایی، سختی و ریزساختار آلومینیم آلیاژی 6061

نوع مقاله : گرایش ساخت و تولید

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه مراغه، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه مراغه، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه مراغه، ایران

چکیده

فرایندهای موسوم به تغییرشکل پلاستیکی شدید به دلیل ایجاد خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب از طریق ریزدانه کردن فلزات و آلیاژها موردتوجه شدید محققین قرارگرفته است. در این مطالعه، رفتار خوردگی، سختی و ریزساختاری آلیاژ آلومینیوم 6061 در حالات قبل و بعد از فرایند پرس‌کاری شیار مقید موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج نشان داد که اندازه دانه متوسط نمونه اولیه آنیل شده که برابر با 42 میکرومتر بوده به ترتیب به 24، 17 و 16 میکرومتر در پاس‌های اول، دوم و چهارم می‌رسد. همچنین، سختی نمونه‌های پرس‌کاری شده یک، دو و چهار پاسه از 33 ویکرز در حالت اولیه به ترتیب به 48، 56 و 57 ویکرز می‌رسد. لذا مقدار سختی ابتدا به شکل چشم‌گیری افزایش یافته و سپس، روند این افزایش در پاس‌های بعدی کند می‌گردد. نهایتاً مقاومت به خوردگی نمونه‌های آلومینیومی با اعمال فرایند مذکور افزایش می‌یابد به‌طوری‌که دانسیته جریان خوردگی نمونه‌های پاس اول، دوم و چهارم به ترتیب 45%، 59% و 65% کاهش را نسبت به نمونه اولیه نشان می‌دهد. کاهش دانسیته جریان خوردگی در اثر اعمال فرایند پرس‌کاری شیارمقید به دلیل کاهش میزان عیوب سطحی از قبیل حفره­ها، ترک‌ها و تخلخل‌های باز می‌باشد که توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی به‌دست‌آمده از سطح خوردگی نمونه‌ها اثبات شد. نهایتاً، کاهش وزن نمونه‌ها (اختلاف وزن در حالات قبل و بعد از آزمون خوردگی) با اعمال فرایند و افزایش تعداد پاس‌ها، نتایج آزمون خوردگی را تأیید کرد.

تازه های تحقیق

  • آلومینیوم آلیاژی 6061 تا چهار پاس تحت فرایند پرس‌کاری شیارمقید قرار گرفت.
  • پالایش دانه در پاس اول فرایند بسیار شدید بود.
  • جریان خوردگی با افزایش تعداد پاس کاهش یافت.
  • تصاویر میکروسکوپی سطوح خوردگی مطابقت خوبی با نتایج آزمون داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Constrained Groove Pressing Process on Electrochemical, Hardness, and Microstructure Behavior of 6061 Aluminum Alloy

نویسندگان [English]

  • Seyed-Rasoul Hosseini 1
  • Mahmoud Ebrahimi 2
  • Shahram Ajori 3
1 M.Sc., Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran
2 Corresponding author: Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran
3 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده [English]

The so-called severe plastic deformation processes have received great attention from researchers due to the production of materials with desirable physical and mechanical properties through grain refinement. In this work, the corrosion behavior, hardness, and microstructure of 6061 aluminum alloy (Al6061) have been investigated after processing by constrained groove pressing (CGP). The results showed that the average grain size of the annealed sample, which was 42 micrometers, reached 24, 17, and 16 micrometers in the first, second, and fourth passes, respectively. Also, the hardness of the initial, first, second, and fourth passes was 33, 48, 56, and 57 HV, respectively. Therefore, the average hardness value increases dramatically at first, and then the increasing trend slows down in subsequent passes. Finally, the corrosion resistance of samples increases with CGP operation, so that the corrosion current of the first, second, and fourth pass samples shows a decrease of 45%, 59%, and 65%, respectively, as compared to the initial sample. The corrosion current reduction due to the CGP application is due to the decrease of surface defects such as holes, cracks, and open porosity, which was proven by the scanning electron microscope obtained from the corrosion surface of the samples. Finally, the sample weight reduction (the weight difference before and after the corrosion test) at different CGP conditions confirmed the results of the polarization curves.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Constrained groove pressing
  • Grain refinement
  • Hardness
  • Corrosion resistance
  • Corrosion rate


Smiley face

مراجع

[1] Shin DH, Park JJ, Kim YS, Park KT. Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum. Materials Science and Engineering: A. 2002;328(1-2):98-103. DOI: https://doi.org/10.1016/s0921-5093(01)01665-3.
[2] Sajadi A, Ebrahimi M, Djavanroodi F. Experimental and numerical investigation of Al properties fabricated by CGP process. Materials Science and Engineering: A. 2012;552:97-103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.04.121.
[3] Jandaghi MR, Pouraliakbar H. Study on the effect of post-annealing on the microstructural evolutions and mechanical properties of rolled CGPed aluminum-manganese-silicon alloy. Materials Science and Engineering: A. 2017;679:493-503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.10.054.
[4] Pouraliakbar H, Firooz S, Jandaghi MR, Khalaj G, Amirafshar A. Combined effect of heat treatment and rolling on pre-strained and SPDed aluminum sheet. Materials Science and Engineering: A. 2014;612:371-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.10.054.
[5] Wang Z, Guan Y, Li L, Zhu L. The fracture behavior and thermal stability of commercially pure nickel sheets processed by constrained groove pressing. Metals. 2019;9(10):1047. DOI: https://doi.org/10.3390/met9101047.
[6] Thuy PT, Hue DT, Ngung DM, Quang P. A study on microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy after constrained groove pressing. InIOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019 (Vol. 611, No. 1, p. 012005). IOP Publishing. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899x/611/1/012005.
[7] Shirdel A, Khajeh A, Moshksar MM. Experimental and finite element investigation of semi-constrained groove pressing process. Materials & Design. 2010;31(2):946-50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.07.035.
[8] Fereshteh-Saniee F, Ghorbanhosseini S, Sonboli A. Inclusive anisotropy and texture analyses of AZ91 Mg sheets subjected to various passes of elevated-temperature constrained groove pressing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2023;237(7):1638-50. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.4160321.
[9] Fan RJ, Attarilar S, Shamsborhan M, Ebrahimi M, Ceren Gö, Özkavak HV. Enhancing mechanical properties and corrosion performance of AA6063 aluminum alloys through constrained groove pressing technique. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020;30(7):1790-802. DOI: https://doi.org/10.1016/s1003-6326(20)65339-0.
[10] Peng LI, Tingting TA, Zhuoshuai ZH, Wenxian WA, Chengzhong CH. Refinement strengthening of AZ31 magnesium alloy by warm constrained groove pressing. Materials Science. 2017;23(1):84-8. DOI: https://doi.org/10.5755/j01.ms.23.1.14392.
[11] Khodabakhshi F, Kazeminezhad M. The effect of constrained groove pressing on grain size, dislocation density and electrical resistivity of low carbon steel. Materials & Design. 2011;32(6):3280-6. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.02.032.
[12] Shin DH, Park JJ, Kim YS, Park KT. Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum. Materials Science and Engineering: A. 2002;328(1-2):98-103. DOI: https://doi.org/10.1016/s0921-5093(01)01665-3.
[13] Lee JW, Park JJ. Numerical and experimental investigations of constrained groove pressing and rolling for grain refinement. Journal of Materials Processing Technology. 2002;130:208-13. DOI: https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)00722-7.
[14] Pouraliakbar H, Jandaghi MR, Khalaj G. Constrained groove pressing and subsequent annealing of Al-Mn-Si alloy: microstructure evolutions, crystallographic transformations, mechanical properties, electrical conductivity and corrosion resistance. Materials & Design. 2017;124:34-46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.03.053.
[15] Soon Fong K, Jen Tan M, Lan Ng F, Danno A, Wah Chua B. Microstructure stability of a fine-grained AZ31 magnesium alloy processed by constrained groove pressing during isothermal annealing. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2017;139(8):081007. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4036529.
[16] Peng K, Su L, Shaw LL, Qian KW. Grain refinement and crack prevention in constrained groove pressing of two-phase Cu–Zn alloys. Scripta Materialia. 2007;56(11):987-90. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.01.043.
[17] Wojtas D, Wierzbanowski K, Chulist R, Pachla W, Bieda-Niemiec M, Jarzębska A, Maj Ł, Kawałko J, Marciszko-Wiąckowska M, Wroński M, Sztwiertnia K. Microstructure-strength relationship of ultrafine-grained titanium manufactured by unconventional severe plastic deformation process. Journal of Alloys and Compounds. 2020;837:155576. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155576.
[18] Kaibyshev R, Malopheyev S. Mechanisms of dynamic recrystallization in aluminum alloys. InMaterials Science Forum 2014 (Vol. 794, pp. 784-789). Trans Tech Publications Ltd. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.794-796.784.
[19] Ralston KD, Birbilis N. Effect of grain size on corrosion: a review. Corrosion. 2010;66(7):075005-. DOI: https://doi.org/10.5006/1.3462912.
[20] Wu J, Djavanroodi F, Shamsborhan M, Attarilar S, Ebrahimi M. Improving mechanical and corrosion behavior of 5052 aluminum alloy processed by cyclic extrusion compression. Metals. 2022;12(8):1288. DOI: https://doi.org/10.3390/met12081288.
[21] Ebrahimi M, Wang Q, Attarilar S. A comprehensive review of magnesium-based alloys and composites processed by cyclic extrusion compression and the related techniques. Progress in Materials Science. 2023;131:101016. DOI https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.101016.
[22] Ebrahimi M, Gholipour H, Djavanroodi F. A study on the capability of equal channel forward extrusion process. Materials Science and Engineering: A. 2016;650:1-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.014.
[23] Ebrahimi M, Djavanroodi F, Nazari Tiji SA, Gholipour H, Gode C. Experimental investigation of the equal channel forward extrusion process. Metals. 2015;5(1):471-83. DOI: https://doi.org/10.3390/met5010471.
[24] Ebrahimi M, Shaeri MH, Naseri R, Gode C. Equal channel angular extrusion for tube configuration of Al-Zn-Mg-Cu alloy. Materials Science and Engineering: A. 2018;731:569-76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.06.080.
[25] Braga DP, Magalhães DC, Kliauga AM, Della Rovere CA, Sordi VL. Microstructure, mechanical behavior and stress corrosion cracking susceptibility in ultrafine-grained Al-Cu alloy. Materials Science and Engineering: A. 2020;773:138865. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138865.
[26] Ebrahimi M, Attarilar S, Gode C, Djavanroodi F. Damage prediction of 7025 aluminum alloy during equal-channel angular pressing. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2014;21:990-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s12613-014-1000-z.
[27] Ebrahimi M, Attarilar S, Djavanroodi F, Gode C, Kim HS. Wear properties of brass samples subjected to constrained groove pressing process. Materials & Design. 2014;63:531-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.06.043.
[28] Peng K, Zhang Y, Shaw LL, Qian KW. Microstructure dependence of a Cu–38Zn alloy on processing conditions of constrained groove pressing. Acta Materialia. 2009;57(18):5543-53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.07.049.
[29] Yan J, Heckman NM, Velasco L, Hodge AM. Improve sensitization and corrosion resistance of an Al-Mg alloy by optimization of grain boundaries. Scientific reports. 2016;6(1):26870. DOI: https://doi.org/10.1038/srep26870.
[30] Zhao Y, Niverty S, Ma X, Chawla N. Correlation between corrosion behavior and grain boundary characteristics of a 6061 Al alloy by lab-scale X-ray diffraction contrast tomography (DCT). Materials Characterization. 2022;193:112325. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.3985219.
[31] Hockauf M, Meyer LW, Nickel D, Alisch G, Lampke T, Wielage B, Krüger L. Mechanical properties and corrosion behaviour of ultrafine-grained AA6082 produced by equal-channel angular pressing. Journal of Materials Science. 2008;43:7409-17. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-008-2724-9.
[32] Jia J, Yang Z, Xu B, Xie W, Xu Y, Luo J, Wang Q. Microstructure evolution, mechanical properties, and strengthening mechanisms of 6061 aluminum alloy processed via corrugated constrained groove pressing. Materials Science and Engineering: A. 2023;878:145218. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145218.
[33] Farajollahi M, Ebrahimi M, Ajori S. Improving Wear Behavior of 304L Stainless Steel under Constrained Groove Pressing. Journal of Aerospace Mechanics, 2024;20 (2):17-28. DOR: https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1403.20.2.2.6.
مکانیک هوافضا
دوره 20، شماره 3 - شماره پیاپی 77
شماره پیاپی 77، فصلنامه پاییز
آذر 1403
صفحه 17-29

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری: 23 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 12 خرداد 1403
  • تاریخ انتشار: 01 آذر 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار