نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

فرایند شکل­‌دهی خزشی از جمله فرایند­های نوینی است که به‌دلیل بهبود خواص مکانیکی و کاهش هزینه­ های تولید در صنایع هوایی توسعه یافته ­است. شکل­‌دهی خزشی بر اساس پدیده­ خزش و آزادسازی تنش در حین عملیات پیرسازی آلیاژهای عملیات حرارتی‌پذیر آلومینیوم رخ می­دهد. در این پژوهش، شکل­دهی خزشی آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ در دماهای ۱۲۰، ۱۵۰ و ۱۸۰ درجه سانتی­گراد و زمان‌های ۶، ۲۴ و ۴۸ ساعت انجام­ شد و از آزمون ­های کشش و سختی برای مشخصه ­یابی نمونه­ ها استفاده شد. با اندازه­‌گیری میزان برگشت‌­فنری مشخص شد که این پاسخ تابع دما و زمان بوده و با افزایش دما و زمان شکل­دهی خزشی، از ۱/۵۴ درصد به ۵۱/۳۹ درصد کاهش می­یابد. خواص مکانیکی نمونه ­ها نشان داد که با افزایش زمان شکل­دهی، استحکام و سختی افزایش می­یابد که دلیل آن، می ­تواند تحولات ریزساختاری ناشی از فرایند رسوب­گذاری در حین شکل‌­دهی خزشی باشد. با توجه به نتایج، دو نمونه به‌عنوان نمونه­ های بهینه از نظر برگشت ­فنری و خواص مکانیکی انتخاب شدند و رفتار کارسختی و مورفولوژی سطح شکست آنها بررسی شد.

در این پژوهش جهت تشکیل ذرات تقویت‌کننده بوراید تیتانیوم و اکسید آلومینیوم به‌صورت درجا در زمینه آلومینیوم ۷۰۷۵، از افزودن ترکیب پودر آسیاب‌کاری شده %Al-۲۴TiO_۲-۲۰B_۲O_۳ wt درون مذاب آلومینیوم ۷۰۷۵ استفاده شده است. برای یافتن دمای واکنش بین پودرهای آسیاب‌کاری شده آلومینیوم، اکسید تیتانیوم و اکسید بور از آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) بهره گرفته شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس مخلوط پودری آسیاب‌کاری شده که در کوره اتمسفر آرگون تحت دمای ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد قرار گرفته بود، وجود ترکیبات بوراید تیتانیوم و اکسید آلومینیوم را نشان داد. همچنین نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از مخلوط پودری توزیع یکنواختی از ذرات اکسید تیتانیوم و اکسید بور در زمینه آلومینیوم را نشان داد. ۶ درصد وزنی از مخلوط پودری آسیاب‌کاری شده تحت اتمسفر محافظ نیتروژن، در دمای ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد به مذاب آلومینیوم ۷۰۷۵ اضافه شد. مذاب کامپوزیت هیبریدی آلومینیوم ۷۰۷۵/ بوراید تیتانیوم- اکسید بور داخل قالب مسی ریخته شد. عملیات اکستروژن گرم بر روی کامپوزیت‌های ریخته‌گری شده به روش ریخته‌گری گردابی، در دمای ۴۶۵ درجه سانتی‌گراد با نسبت اکستروژن ۶:۱ و سرعت اکستروژن ۵ میلی‌متر بر ثانیه انجام شد. میکرو ساختار و خواص مکانیکی نمونه‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نشان داد ذرات درجای بوراید تیتانیوم در ابعاد نانومتری تشکیل شده‌اند. استحکام کششی کامپوزیت اکسترود شده به ۴۹۶ مگاپاسکال رسید که این مقدار حدوداً ۴ برابر بیشتر از استحکام کششی آلیاژ ریخته‌گری شده آلومینیوم ۷۰۷۵ بود.