فراوری لوله‌های کامپوزیتی پایه فلزی با استفاده از روش اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه ساپینزا رم، رم، ایتالیا.

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

3 عضو هیئت علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

چکیده

در تحقیق حاضر فراوری لوله­های کامپوزیتی پایه فلزی با استفاده از روش اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی امکان‌سنجی گردید. بدین منظور میلگرد از جنس آلیاژ آلومینیوم 1100 به‌عنوان ماده خام اولیه استفاده شد. در فرایند اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی، ماده اولیه درون یک محفظه قرار گرفت و سنبه با حرکت توأمان چرخشی و رو به پایین، به درون ماده نفوذ کرد و حرارت ناشی از اصطکاک باعث نرم شدن قطعه شد؛ در نتیجه ماده به دور سنبه به‌صورت رو به بالا اکسترود شده (اکستروژن معکوس) و قطعه لوله­ای شکل گرفت. به‌منظور فراهم کردن امکان مقایسه نتایج، ابتدا یک نمونه لوله­ای توسط روش مذکور تولید شد. در ادامه روی ماده خام آلومینیومی با استفاده از دستگاه سوپر دریل چند عدد سوراخ راه به در به قطر 5/1 میلی­متر ایجاد شد و این سوراخ­ها با پودر فلز استیل 316 با ابعاد میکرون پر شد. نمونه آماده شده تحت عملیات اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت و نمونه لوله­ای کامپوزیتی تولید شد. نحوه توزیع پودر در زمینه آلومینیومی توسط تصاویر متالوگرافی بررسی گردید. همچنین، روی نمونه‌های لوله‌ای تولید شده آزمون سختی‌سنجی با روش ویکرز و آزمون کشش ساده به‌عمل آمد و نتایج به‌دست‌آمده مقایسه شدند. نتایج حاصل، گویای افزایش چشمگیر استحکام لوله کامپوزیتی و کاهش انعطاف‌پذیری آن در مقایسه با لوله آلومینیومی است. برای بررسی هرچه بهتر رفتار تغییر شکل ماده در روش اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی، فرایند مذکور به‌صورت یک مدل کوپل سازه­ای-حرارتی توسط نرم­افزار اجزای محدود DEFORM مدل‌سازی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Processing MMC Tubes Via Friction Stir Backward Extrusion

نویسندگان [English]

  • Roham Boroumand 1
  • Alireza Babaei 2
  • Hadi Mazloom Bashiri 3
  • Mohammad Hasan Zaheri 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering, Sapienza University of Rome, Rome, Italy.
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
3 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

In the present study, the feasibility of processing of MMC tubes via friction stir backward extrusion (FSBE) technique was investigated. In this regard, an aluminum alloy 1100 bar was utilized as initial raw material. In the FSBE method, the initial material is placed inside a chamber and a rotating punch is fed downward penetrating into the material softened due to the generated frictional heat. Consequently, the material is back extruded around the punch and a cylindrical tube is formed. In order to compare the results, first, a tubular specimen was produced by the FSBE method. Then, several through holes with 1.5 mm diameter were drilled by a super drill machine. These holes were filled with SS 316 powder having micrometric dimensions. The prepared specimens were processed via FSBE technique and MMC tubes were successfully produced. The distribution of powder particles was investigated by metallographic observations. Furthermore, the mechanical properties of the processed tubes were documented by Vickers hardness measurements and tensile tests. The comparison of the results demonstrates that the MMC tubes have higher strength and lower ductility. The material deformation behavior during FSBE was simulated by a coupled structural-thermal model via DEFORM finite element software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MMC tube
  • Friction stir back extrusion
  • Powder
  • Hardness
  • Tensile test

مراجع

[1] Azushima, A., Kopp, R., Korhonen, A., Yang, D. Y., Micari, F., Lahoti, G. D., Groche, P., Yanagimoto, J., Tsuji, N., Rosochowski, A., & Yanagida, A. (2008). Severe plastic deformation (SPD) processes for metals. CIRP Annals, 57(2), 716-735. https://doi.org/1 0.1016/j.cirp.2008.09.005
[2] Valiev, R. (2002). Nanomaterial advantage. Nature, 419, 887-889. https://www.nature.co m/articles/419887a
[3] Mishra, R. S., & Ma, Z. Y. (2005). Friction stir welding and processing. Materials Science and Engineering: R: Reports, 50(1), 1-78. https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.07.0 01
[4] Hirata, T., Oguri, T., Hagino, H., Tanaka, T., Chung, S. W., Takigawa, Y., & Higashi, K. (2007). Influence of friction stir welding parameters on grain size and formability in 5083 aluminum alloy. Materials Science and Engineering: A, 456(1), 344-349. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.12.079
[5] Abu-Farha, F. (2012). A preliminary study on the feasibility of friction stir back extrusion. Scripta Materialia, 66(9), 615-618. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.01.05 9
[6] Sarkari Khorrami, M., & Movahedi, M. (2015). Microstructure evolutions and mechanical properties of tubular aluminum produced by friction stir back extrusion. Materials & Design 65, 74-79. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.09.018
[7] Mathew, N., Dinaharan, I., Vijay, S. J., & Murugan, N. (2016). Microstructure and Mechanical Characterization of Aluminum Seamless Tubes Produced by Friction Stir Back Extrusion. Transactions of the Indian Institute of Metals, 69(10), 1811-1818. https://doi.org/10.1007/s 12666-016-0841-8
[8] Ahmadkhanbeigi, M., Shapourgan, O., & Faraji, G. (2017). Microstructure and Mechanical Properties of Al Tube Processed by Friction Stir Tube Back Extrusion (FSTBE). Transactions of the Indian Institute of Metals, 70(7), 1849-1856. https://doi.org/10.1 007/s12666-016-0987-4
[9] Buffa, G., Campanella, D., Fratini, L., & Micari, F. (2016). AZ31 magnesium alloy recycling through friction stir extrusion process. International Journal of Material Forming, 9(5), 613-618. https://doi.org/10.1007/s12289-015-1247-6
[10] Baffari, D., Buffa, G., Campanella, D., Fratini, L., & Reynolds, A. P. (2017). Process mechanics in Friction Stir Extrusion of magnesium alloys chips through experiments and numerical simulation. Journal of Manufacturing Processes, 29, 41-49. https://doi.org/10.1016/j.jmap ro.2017.07.010
[11] Tang, W., & Reynolds, A. P. (2010). Production of wire via friction extrusion of aluminum alloy machining chips. Journal of Materials Processing Technology, 210(15), 2231-2237. https://d oi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.08.010
[12] Jafarzadeh, H., Babaei, A., & Esmaeili-Goldarag, F. (2018). Friction Stir Radial Backward Extrusion (FSRBE) as a new grain refining technique. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 18(4), 1374-1385. https://doi.org/10.1016/j.acme.2018.04.006
[13] Jamali, G., Nourouzi, S., & Jamaati, R. (2019). Microstructure and mechanical properties of AA6063 aluminum alloy wire fabricated by friction stir back extrusion (FSBE) process. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 26(8), 1005-1012. https:// doi.org/10.1007/s12613-019-1806-9
[14] Ramesh, S., Lakshminarayanan, A., Raghavan, Y., & Harathi, Y. (2020). Fabrication and Numerical Analysis of Friction Stir Back Extruded Lightweight Magnesium Alloy Heat Pipes. Materials Science Forum, 979, 129-134. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net /MSF.979.129
[15] Jarrah, O. M., Nazzal, M. A., & Darras, B. M. (2020). Numerical modeling and experiments of Friction Stir Back Extrusion of seamless tubes. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 31, 165-177. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2020.11.001
[16] Alhourani, A., Awad, M., Nazzal, M. A., & Darras, B. M. (2021). Optimization of friction stir back extrusion mechanical properties and productivity of magnesium AZ31-B seamless tubes. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 235(13), 2143-2154. https://doi.org/10.1177/09544054211014 465
[17] Shunmugasamy, V. C., Khalid, E., & Mansoor, B. (2021). Friction stir extrusion of ultra-thin wall biodegradable magnesium alloy tubes — Microstructure and corrosion response. Materials Today Communications, 26, 102129. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.1 02129
[18] Asadi, P., & Akbari, M. (2021). Numerical modeling and experimental investigation of brass wire forming by friction stir back extrusion. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 116(9), 3231-3245. https://doi.org/10.1007/s 00170021 -07729-5
[19] Akbari, M., & Asadi, P. (2021). Optimization of microstructural and mechanical properties of brass wire produced by friction stir extrusion using Taguchi method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 235(12), 2709-2719. https://doi.org/10.1177/14644207211032992
[20] Asadi Boroojeni, B., & Mozafari Vanani, L. (2020). The effect of tool geometry on the tensile strength of polypropylene Components Welded by Friction Stir Welding Method. Karafan Quarterly Scientific Journal, 17(1), 133-145. https://doi.org/10.48 301/kssa.2020.112761
[21] Ghasemi Tamami, P., Javadimanesh, A., & Mardani, S. (2021). Investigation and optimization of friction stir welding process of aluminum 5010 to 6061. Karafan Quarterly Scientific Journal, 17(4), 281-311. https://doi.org/10.48301/kssa.2021.12 8408
[22] Valiev, R. Z., Estrin, Y., Horita, Z., Langdon, T. G., Zehetbauer, M. J., & Zhu, Y. T. (2016). Fundamentals of Superior Properties in Bulk NanoSPD Materials. Materials Research Letters, 4(1), 1-21. https://doi.org/10.1080/21663831.2015.1060543
[23] Xia, X., Sakaris, P., & McQueen, H. J. (1994). Hot deformation, dynamic recovery, and recrystallisation behaviour of aluminium 6061–SiCp composite. Materials Science and Technology, 10(6), 487-496. https://doi.org/10.1179/mst.1994.10.6.487
فصلنامه علمی کارافن
دوره 19، شماره 1 - شماره پیاپی 57
فنی و مهندسی
خرداد 1401
صفحه 225-242

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 12 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 04 مهر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار