Document

Solid state recycling of magnesium alloys using equal channel angular pressing.

Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2021
Language
English
English abstract
The aim of this study is to recycle AZ31 (UNS M11311) magnesium alloy chips by solidstate recycling (SSR) approach utilizing a severe plastic deformation technique. The equal channel angular pressing (ECAP) as a severe plastic deformation technique is used to consolidate the AZ31 chips into bulk material. ECAP was originally used to process bulk materials to enhance their mechanical properties due to its large imposed strain. Hence, it is recently used to successfully consolidate metallic powder and chips. In addition to the successful overcoming of the environmental, economical, and technical issues of recycling Mg alloy using conventional remelting process, starting with chips with different orientation during SSR process might result in material with weaker crystallographic texture and hence lower anisotropy. In the current study the quality of consolidation is investigated as a function of ECAP passes. Detailed metallographical, chemical and mechanical characterization as well as texture simulation were carried out on the recycled AZ31 samples. The AZ31 Mg alloy chips have been successfully recycled using one and two ECAP passes following route A in which the billet is continuously processed without rotation between successive passes. The degree of consolidation quality was found to be highly dependent on the number of ECAP passes. The density of recycled material was significantly improved by increasing the number of passes. Furthermore, the hardness of solid state recycled AZ31 materials was found to be higher than those of the starting cast AZ31 and it increases with increasing number of passes. The breakage of oxide layers around the chips boundaries and the distribution of the oxide particles within the matrix have caused particles dispersion strengthening and hence increased in hardness. The texture evolution of solid state recycled AZ31 after one pass and two passes was successfully predicted using a visco-plastic self-consistent (VPSC) crystal plasticity model. It was found that the recycled AZ31 samples using ECAP developed strong texture despite the starting random texture. The recycled AZ31 exhibited a strong basal texture that was further strengthened after the second ECAP pass following route A.
Arabic abstract
الهدف من هذه الدراسة هو إعادة تدوير الحالة الصلبة لرقائق سبائك المغنيسيوم AZ31 من خلال نهج إعادة تدوير الحالة الصلبة بأستخدام تقنية التشوه البلاستيكي الشديد. تم دمج الرقائق باستخدام الضغط الزاوي ذي القناة المتساوية )ECAP )والتي تعتبر واحدة من اشهر تقنيات التشوه البلاستيكي الشديد. تم استخدام هذه التقنية بشكل واسع لمعالجة السبائك المعدنية السائبة من اجل تحسين خصائصها. ومؤخرا استخدمت إلعادة تدوير بعض الرقائق /المساحيق المعدنية بنجاح. بالاضافة إلى التغلب على المشكلة البيئية والاقتصادية والتقنية إلعادة تدوير سبيكة MgرقائقAZ31 من خلال نهج اعادة تدوير الحال الصلبة بدلا من استخدام عملية إعادة الصهر التقليدية ، فقد يؤدي البدء بالرقائق الخاصة بالتوجه المختلف إلى مادة AZ31 المعاد تدويرها مع نسيج بلوري أضعف. قد يؤدي هذا النسيج الاضعف إلى انخفاض في خصائص تباين الخواص التي تظهرها سبائك المغنيسيوم المعالجة. تم إجراء دراسة معدنية وميكانيكية توصيف معدني وميكانيكي وكذلك محاكاة نسيج على عينات AZ31 المعاد تدويرها. في هذه الدراسة القصيرة تم تغيير المعلمة التجريبية مثل عدد التمريرات كعامل اساسي لدراسة تحسن جودة الدمج وهندسة النسيج البلوري. تم إعادة تدوير رقائق سبيكة mg AZ31 بنجاح باستخدام الضغط الزاوي للقناة المتساوية )ECAP )بعد تمريره واحدة و تمريرتين باستخدام المسار A .أظهرت نتائج التوصيف المجهري أن درجة جودة الدمج كانت تعتمد بشكل كبير على عدد التمريرات. لوحظ ان كثافة المواد المعاد تدويرها تحسنت بشكل كبير بعد زيادة عدد التمريرات. عالوة على ذلك ، تم العثور على الخواص الميكانيكية للمواد الصلبة AZ31 المعاد تدويرها أعلى من تلك الموجودة في صب AZ31 وتزداد مع زيادة عدد التمريرات. تم اقتراح أن الاكسيد الهش الموجود داخل حدود الرقاقة للمادة المعاد تدويرها والتي تتكون بشكل طبيعي أثناء عملية الطحن قد تتسبب في تقوية تشتت الجزيئات. تم التنبؤ بنجاح تطور نسيج الحالة الصلبة المعاد تدويرها AZ31 بعد تمريرة واحدة وتمريرتين باستخدام نموذج اللدونة البلورية المتوافقة مع اللزوجة البلاستيكية )VPSC .)وجد أن عينات AZ31 المعاد تدويرها باستخدام ECAP طورت نسي ًجا قويًا على الرغم من أنها بدأت من نسيج عشوائي. بعد تمريرة واحدة ، اظهرت عينة AZ31 المعاد تدويرها نسي ًجا قاعديًا قويًا بأتجاه يوازي تقريبًا الاتجاه الطولي )LD )للعينة .كذلك وجد ان استخدام المسار A أثناء التمريرات المتعددة تعمل على تقوية النسيج الاساسي لـ AZ31 المعاد تدويره.
Category
Theses and Dissertations