توسعه یک روش جدید برای رفع مشکلات مربوط به فرایند ECAP بر روی ورق های فلزی برای تولید ورق های AA5083 با دانه بندی بسیار ریز و داکتیلیته بالا
Facing the Issues of Sheet Metal Equal-Channel Angular Pressing: A Modified Approach Using Stacks to Produce Ultrafine-Grained High Ductility AA5083 Sheets
فرایند فشار در کانال مساوی زاویه‌دار یا ایکپ (ECAP)، یک روش جذاب از نظر علمی و فنی برای اصلاح دانه بندی است. چون ایکپ در ابتدا برای اصلاح ساختار مواد حجیم ابداع شد، قالب های ایکپ معمولا دارای سطح مقطع دایره ای یا چهارگوش هستند. در چهار دهۀ گذشته، تلاش های فراوانی صورت گرفته است تا تغییرات و بهبودهایی در فرایند ایکپ ایجاد شود. این پیشرفت ها عمدتا دوگانه هستند: در یک سو، تحقیقات تکنولوژیکی در تلاش برای افزایش مقیاس و تجاری سازی هستند، و در سوی دیگه، تحقیقات بنیادی علم مواد به دنبال بهبود درک رابطه بین شکل گیری میکروساختار و کرنش های پلاستیکی شدید هستند. تحقیقات بسیاری به بررسی تاثیر عوامل مرتبط با فرایند بر شکل گیری میکروساختار در مواد مختلف پرداخته اند، که عواملی مانند نرخ فشار، دما، فشار پشتی، روانکار، یا مسیرهای فرایند، را در نظر گرفته اند. در حالی که تاثیر این پارامترها به صورت گسترده از زمان معرفی فرایند ایکپ بررسی شده است، مساله هندسۀ قطعه تنها در دهۀ گذشته بررسی شده است؛ به خصوص انجام فرایند ایکپ بر روی قطعه هایی با نسبت ابعادی بالا، مانند ورق ها. از جمله ویژگی های بسیار مهم ورق های بسیار ریزدانه (UFG)، توانایی آن ها در تحمل کرنش های بالا در دمای بالا و نرخ کرنش پایین است که حتی رفتار سوپرپلاستیک را نیز نشان داده اند.
دو رویکرد برای ایکپ ورق ها وجود دارد: متناسب سازی هندسۀ کانال با ابعاد نمونه کاری (رویکرد تک ورق) یا متناسب سازی قطعه کاری با هندسۀ کانال از طریق روی هم قرار دادن چندیدن ورق (روش ورق های قرار گرفته بر روی یکدیگر). روش تک ورقی می تواند بر روی ورق های نسبتا ضخیم (ضخامت تا تقریبا 5 میلی متر) به خوبی انجام شود. ورق های نازک (ضخامت تقریبی 2 تا 3 میلی متر یا کم تر نیز با روش تک ورقی اصلاح شده اند. اما وارد کردن ورق در ناحیه برشی قالب معمولا موجب ایجاد تغییر شکل برشی می شود یا حتی موجب شکست در قطعه می شود و مشکلات عدیده ای را به همراه دارد.
روش روی هم قرار دادن ورق ها، یک رویکرد مهم است و مشکلات مربوط به روش تک ورقی را به همراه ندارد. علاوه بر آن، این روش نیز بایستی اصلاح شود تا ورق های با دانه بندی مناسب ساخته شوند. در مقاله بسیار مهمی که در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده است، در ابتدا تمام مشکلاتی که ممکن است در این فرایند با آن ها مواجه شویم گزارش و بررسی شده اند. سپس، فرایند بهینه ای برای اصلاح دانه بندی ورق های AA5083 توسعه یافته است که منجر به تولید ورق های با داکتیلیته بالا شده است. در این فرایند جدید ایکپ، ورق های نازک AA5083 با استفاده از دو جهت گیری بررسی شده اند تا مشکلات احتمالی ایکپ بر روی ورق های فلزی بررسی شود. این روش شامل تغییر شکل 6 ورق قرار گرفته بر روی هم می شود که در هردو طرف بر روی مواد حجیم قرار گرفته اند. طول مواد ساپورت بلندتر در نظر گرفته شده است تا امکان تغییر ابعاد در هنگام فشار در یکی از جهت گیری ها، فراهم شود. چندین پاس ایکپ (تا 4 پاس) در دمای محیط در مسیر C انجام شده است و میکروساختار نمونه ها از طریق EBSD بررسی شده است. در پاس ایکپ منجر به اصلاح چشمگیر دانه بندی می شود و دانه های هم محور و زیرساختارهای مشخصی را ایجاد می کند، و موجب افزایش استحکام تسلیم در دمای محیط می شود. در دماهای بالاتر (250 درجه)، تا زمان شکست، تغییر ابعاد قابل توجهی (بیش از 130 درصد) در ورق های اصلاح شده، رخ می دهد. مشاهده شد که در این ورق ها، مکانیزم تغییر شکل کنترل شده از طریق نفوذ منجر به افزایش تغییر شکل می شود. بررسی SEM بر روی نمونه ها پس از کشش نشان داد که حفره های بزرگ و بلندی تشکیل می شوند. این نتایج نشان می دهند که روش تجربی پیشنهاد شده در این مقاله می تواند به صورت مناسب برای تولید ورق های نازک آلومینیوم با دانه بندی اصلاح شده و بسیار ریز به کار رود و موجب افزایش استحکام و چقرمگی ورق ها گردد.
