فرامرز فرشته صنیعی

کلید دستیابی به عملیات موفق شکلدهی سوپرپلاستیک ب هعنوان یکی از روشهای پیشرفته تولید قطعات صنعتی، شناخت کافی نحوه سیلان فلز و کنترل آن ب هعلت تاثیر فراوان بر ریزساختار است . این روش شک لدهی عموماً در دمای بالا و نرخ کرنش پایین انجام پذیرفته و لذا دارای سرعت و بهر هوری مطلوب در خطوط تولید با حجم بالا نیست. با توجه به تاثیر اندازه دانه مواد بر مقاومت آنها در برابر جریان پلاستیک، میتوان با کاهش اندازه دانه بهبهبود خواص سوپرپلاستیک در دماهای پایین تر و نر خ کرنشهای بیشتر امیدوار بود. این امر با ارتقاء ریزساختار مواد ب هکمک رو شهای تغییرشکل پلاستیک شدید امکا نپذیر است. در پژوهش حاضر ابتدا سه پاس از فرآیند فشار روی ورق آلیاژ آلومینی م 5083 اجرا گردید. ضمن تعیین عناصر ورق اولیه، 􀫛􀫞􀫙􀀃􀔨 در دمای (CGP) کنگرهای مقید ابتدا توسط میکروسکوپ نوری بهبررسی ریزساختار هر دو دسته ور قهای اولیه و تولید شده، و محاسبه ابعاد میانگین دان ههای آ نها پرداخته شد. سپس با بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و بهکمک آزمون طی فسنجی پراش انرژی پرتو ایکس، در رابطه با وجود رسوبات، نوع ترکیبات بین فلزی و تاثیر آ نها بحث گردید. در ادامه ب هکمک آزمو نهای تکمیلی گام دوم ب همطالعه ریزسختی، خواص مکانیکی، شکستنگاری، خاصیت سوپرپلاستیک ی کبعدی و سهبعدی ور قهای اولیه و ریزدانه شد ه پرداخته شد. در واقع با تحلیل نتایج آزمو نهای سختیسنجی، کشش ت کمحوری گرم و دمای محیط، و پردازش تصاویر سطوح شکست این نمون هها، خواص مکانیکی و سوپرپلاستیک ور قها، علت اختلاف ذاتی این خواص، نحوه ارتباط این تفاو تها با عوامل ساختاری و ،CGP متالورژیکی مورد تحقیق قرار گرفت . نتایج این پژوهش نشان دادند که نمونه تولید شده طی پاس اول فرآیند کمترین میانگین اندازه دان ه را نسبت به سایر نمون هها دارد. بیشترین مقدار استحکام تسلیم، استحکام کششی هستند. دست یافتن 􀫚􀫙􀫞􀇤 􀫚􀀃􀛶􀜞 و 􀫜􀫚􀫠􀀃􀛻􀛾􀜉 ، 􀫚􀫞􀫝􀀃􀛻􀛾􀜉 نهایی و سختی ویکرز حاصل در ور قهای ریزدانه ب هترتیب از جمله دستاوردهای مهم این CGP 56 % برای ورق تولید شده در سومین پاس از فرآیند / بهدرصد ازدیاد طول 2 و حل آن در زمینه فلزی م یباشد. ورق پاس Al6(Fe,Mn) پژوهش است که یکی از دلایل این ر خداد حذف رسوب همگنترین ورق ریزدانه شده در توزیع خواص مکانیکی از جمله سختی است . 􀡵􀡲 􀵌 􀫛􀇤 􀫢 سوم با ضریب ناهمگنی ورق تولیدی در اولین پاس ب هعلت بهبود بیشتر در خواص مکانیکی، همگنتر بودن و از سوی دیگر داشتن نرخ تولید بالاتر در تهیه مواد اولیه خطوط تولید، نسبت به ورق پاس دوم این فرآیند ترجیح داده م یشود. در ادامه با محاسبه از دادههای آزمو نهای کشش گرم، مباحث لازم در مورد خواص سوپرپلاستیسیته (m) نمای حساسیت به نرخ کرنش بررسی شدند. سپس با انجام آزمو نهای متعدد شکلدهی تحدبی، CGP ور قها در قبل و بعد از اجرای فرآیند برای ورق پاس دوم در دمای m بهبررسی رفتار سوپرپلاستیک سهبعدی و تاثیر آن بر فرآیند پرداخته شد. نمای محاسبه گردید که نشان 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫜􀫡 و 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫝􀫛 بر مبنای استحکام تسلیم و استحکام کششی ب هترتیب 􀫝􀫞􀫙􀀃􀔨 در بین تمامی ور قهای m دهنده رفتار سوپرپلاستیک در ماده است. با توجه ب هاینکه این اعداد بزر گترین مقادیر بررسی شده این پژوهش هستند، لذا م یتوان نتیجه گرفت که آلیاژ آلومینیم 5083 ریزدانه شده در پاس دوم، در بر 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫜􀫠 حصول ،m بهترین قابلیت بروز رفتار سوپرپلاستیک را دارد . بر اساس معیار شاخص 􀫝􀫞􀫙􀀃􀔨 دمای و در 􀫝􀫞􀫙􀀃􀔨 بر مبنای استحکام کشش نهایی برای ورق پاس یک در دمای 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫜􀫜 مبنای استحکام تسلیم و ، بیانگر دستیابی موفقی تآمیز به رفتار سوپرپلاستیک در 􀫚 􀵈 􀫚􀫙􀬿􀫛 􀵆 􀫚􀫙􀬿􀫚􀀃􀜛􀬿􀫚 ناحیه با نر خکرنش بالای نر خکرن شهای بالا است. این پدیده حائز اهمیت که دستاورد مهم این پژوهش م یباشد، بر اساس معیار درصد ازدیاد طول 200 % ب هعنوان آستان های برای شروع رفتار سوپرپلاستیک، برای ور قهای تولید شده در دو پاس دیگر از فرآیند قابل دستیابی است. ب هعنوان یکی دیگر از نتایج 􀫠 􀵈 􀫚􀫙􀬿􀫚􀜛􀬿􀫚 حتی تا محدود ههای نر خکرنش بسیار بالاتر CGP و برای نر خکرن شهای پایین در هر (LTS) بسیار مهم این پژوهش، مشاهده رفتار سوپرپلاستیک در دماهای پایین سه ورق ریزدانه شده بر اساس معیار درصد ازدیاد طول 200 % است. حتی برای ور قهای پاس دوم و سوم برای نرخ را ب هعنوان پارامتر کلیدی در کاهش هزین ههای تولید LTS نیز قابلیت بروز خاصیت 􀫚 􀵈 􀫚􀫙􀬿􀫜􀜛􀬿􀫚 کرنش متوسط 􀡼 􀵌 مشخص گردید که عل یرغم اینکه 􀫞􀫙􀫙􀀃􀔨 دارا م یباشند . در اجرای آزمو نهای شک لدهی تحدبی در دمای 2 برابری اجرای آن نسبت به / کمترین فشار با قابلیت بروز رفتار سوپرپلاستیک است، اما ب هدلیل زمان 5 􀫟􀀃􀢈􀢇􀢘 ، حداقل فشار دستیابی ب هرفتار سوپرپلاستیک در فرآیندهای شک لدهی ورق آلیاژ آلومینیم 5083 􀡼 􀵌 􀫡􀀃􀢈􀢇􀢘 فشار است. در انتها با ارائه الگوریتم بهین هسازی پیشنهادی جهت 􀫡􀀃􀢈􀢇􀢘 از منظر جذابیت برای خطوط تولید، فشار 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫛􀫠􀫡 و 􀡷 􀵌 􀫚􀫠􀫛􀇤 􀫡􀫛􀀃 محاسبه ضرایب ثابت مد لهای مادی بر اساس نتایج آزمون شک لدهی تحدبی، مقادیر بهعنوان مقادیر پیشنهادی این پژوهش برای معادله ساختاری بکوفن معرفی گردید. همچنین برای اولین بار مقادیر 􀢓 􀵌 􀫙􀇤 􀫛􀫠􀫚 ، 􀡷 􀵌 􀫚􀫟􀫡􀇤 􀫙􀫟􀀃 ضرایب ثابت معادله ساختاری راسرد بر مبنای نتایج آزمون شک لدهی تحدبی، ب هصورت محاسبه شدند . 􀢔 􀵌 􀫙􀇤 􀫙􀫛􀫛 و

از آنجا که تولید ورق های آلومینیمی به روش ریخته گری پیوسته و نورد همزمان یکی از روش های تولید با سرعت بالا و توام با صرفه جویی قابل ملاحظه در مصرف انرژی می باشد، در این پژوهش با تمرکز برروی تغییر متغیرهای فرآیند شامل نرخ خنک کاری مذاب، اختلاف سرعت چرخش غلتک ها در ایستگاه نورد و تاثیر افزودنی ذرات در مقیاس نانو بر ریزساختار، استحکام، میزان نرمی و شکل پذیری، رفتار ناهمسانگردی و توزیع سختی در محصول نهایی پرداخته -شده است. در این ارتباط سه تابع مختلف برای آهنگ خنک کاری و تبدیل مذاب آلومینیم 7075 به جامد در نظر گرفته شد. براساس آزمایش ها و مطالعات انجام شده، چنین نتیجه شد که سرعت خنک کاری بالاتر باعث بهبود خواص مکانیکی شامل استحکام و سختی در ورق تولید شدۀ نهایی گردیده است. همچنین در صورت وجود انتقال حرارت طبیعی و کنترل نشدۀ قطعه کار بین خروجی مجرای سرمایش و ایستگاه نورد، این پدیده می تواند منجربه بروز تفاوت در سختی در امتداد ضخامت محصول نهایی (امتداد عمود بر صفحۀ ورق) گردد. برای بررسی تاثیر اختلاف سرعت دورانی غلتک ها در عملیات نورد، پس از انجام فرآیند ریخته گری پیوسته بلافاصله ماده تحت عملیات نورد با اختلاف سرعت بین غلتک بالایی نسبت به غلتک پایینی به میزان 1:1، 1:1.2 و 1:1.4 قرار داده شد. مشاهده گردید که وجود اختلاف سرعت چرخش غلتک ها و افزایش این اختلاف تا 40%، باعث بهبود خواص مکانیکی شامل استحکام تسلیم به میزان 41.5%، استحکام نهایی به مقدار 31.2%، و بهبود رفتار همسانگردی و میزان سختی در محصول نهایی گردیده است. همچنین در این مطالعه مشخص شد که این مقدار اختلاف سرعت دورانی غلتک ها، منجربه کاهش انعطاف پذیری و ازدیاد طول ماده به مقدار 6% گردیده است. در پایان، برای بررسی تاثیر افزودنی مواد نانو-مقیاس، دو ترکیب وزنی متفاوت 1 و 3 درصد نانو ذرات آلومینا با اندازه 50nm، برای ساخت نانو کامپوزیت آلومینیم 7075 مورد استفاده واقع شد. ملاحظه گردید که ظرفیت گرمایی ویژه این افزودنی، در مقیاس نانو تغییر یافته و برای تحلیل نتایج آزمایش ها نیاز به بررسی خواص کوانتیده این ماده در جامد مرکب مورد نظر است. این تفاوت در ظرفیت گرمایی ویژه باعث بروز اختلاف بین ریزساختار در محصولات با ترکیب های گوناگون شده، به طوری که با افزایش مقدار نانو ذرات آلومینا، خواص ورق مرکب نهایی تا اندازه ای بهبود یافته ا

در فایل پیوست ذخیره شده است.

تغییر شکل پلاستیک شدید از جمله روشهای شکلدهی فلزات به منظور بهبود خواص مکانیکی به شمار میآید. فرآیند فشار کنگرهای مقید به عنوان یکی از روشهای تغییر شکل پلاستیک شدید ورقی، طی سالهای اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، فرآیند فشار کنگرهای مقید در دمای بالا طی سه سیکل بر روی آلیاژ آلومینیم 2024 و منیزیم صورت گرفت. با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و انتشار اشعه ایکس، ریزساختار نمونههای AZ91D مختلف مورد مطالعه قرار گرفت، و به بحث و مقایسه میانگین ابعاد دانهها، توسعه و ریختشناسی رسوبات و فازهای ثانویه و همچنین جهتگیری ترجیحی دانهها از طریق آزمون بافت کریستالوگرافی پرداخته شد. خواص مکانیکی نمونههای گوناگون هر دو آلیاژ نظیر استحکام کششی نهایی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول، سختی ویکرز، ضرایب ناهمسانگردی، چقرمگی شکست و نرخ رشد ترک خستگی نیز اندازهگیری شدند. نتایج این پژوهش نشان داد که نمونههای تولید شده طی سیکل اول فرآیند فشار کنگرهای مقید، در هر دو آلیاژ، کمترین میانگین ابعاد دانهها را نسبت به سایر نمونهها داشتند. در آلیاژ آلومینیم 2024 ، به ترتیب 21 و 65 %، به % ،% استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی و سختی ویکرز میانگین نسبت به نمونه بازپخت شده، با افزایش 45 نیز بعد از انجام یک سیکل، به AZ91D 128 ویکرز رسیدند. در آلیاژ منیزیم / 225 مگاپاسکال و 9 / 112 مگاپاسکال، 0 / ترتیب به 2 261/ 166 مگاپاسکال، 1 / ترتیب استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی و سختی ویکرز میانگین نمونه سیکل اول به ترتیب به 7 41 ، برای نمونه تولید شده طی سیکل سوم این فرآیند، / 86 ویکرز رسیدند. دست یافتن به درصد ازدیاد طول % 0 / مگاپاسکال و 3 از جمله دستاوردهای مهم این AZ91D 36 برای نمونه سیکل اول آلیاژ منیزیم / برای آلیاژ آلومینیم 2024 و درصد ازدیاد طول % 1 پژوهش است. همچنین این تحقیق نشان داد که نمونه سیکل اول در هر دو آلیاژ، در عین دارا بودن ضریب ناهمسانگردی قائم بالا، ضریب ناهمسانگردی صفحهای پایینی دارند. این موضوع استفاده از ورق تولید شده طی سیکل اول فرآیند فشار کنگرهای مقید دما بالا را برای استفاده در فرآیندهای شکلدهی فلزات ثانویه مناسب میسازد. بیشترین چقرمگی شکست در آلیاژ آلومینیم 2024 MPa m نیز متعلق به نمونه سیکل اول با مقدار AZ91D 25/07 و در آلیاژ منیزیم MPa m مر

شکل دهی نموی به دلیل عدم نیاز به قالب پیچیده و گران قیمت و انعطاف پذیری بالا از روش های مورد توجه مهندسان در شکل دهی ورقی می باشد. برای استفاده از این روش در شکل دهی ورقی آلیاژهای سبک و پرکاربردی مانند تیتانیم Ti-6Al-4V و منیزیم AZ31 که هدف مطالعه ی پیش رو است، نیاز به گرم کردن فلز است زیرا این آلیاژها در دمای اتاق شکل پذیری خوبی ندارند. مطالعاتی بر شکل دهی نموی این ورق های آلیاژی انجام شده اما در هیچ کدام به طور جامع و با تحلیل های کمی اثر عوامل موثر در فرآیند چون دمای اولیه، گام عمودی و قطر ابزار بررسی نگردیده است. در پژوهش حاضر، اثر این عوامل با انجام آزمایش های فاکتوریل کامل بر دمای نهایی ورق، عمق کشش و نمودارهای حد شکل پذیری پس از وقوع شکست در قطعه، مطالعه گردیده است. به علاوه با انتخاب مناسب چند آزمایش از آزمایش های انجام شده به تحقیق بر برگشت فنری، کاهش ضخامت، ریزساختار و سختی ماده پرداخته شد. به دلیل تعداد زیاد آزمایش ها در این پژوهش ابتدا به منظور کاهش هزینه ها، شکل دهی یک هندسه ی ساده و کاربردی که شامل ایجاد یک شیار بر ورق است، انتخاب گردید. سپس روش طراحی آزمایش تاگوچی با استفاده از نتایج آزمایش های فاکتوریل کامل به محک گذاشته شد و در نهایت پس از اطمینان از کارآیی این روش در تحقیق حاضر، از این روش در شکل دهی گرم مخروط ناقص با زاویه ی جداره ی متغیر از جنس تیتانیم استفاده گردید. این هندسه ی جدید با تغییر زاویه حین آزمایش، نیاز به شکل دهی مخروط های مختلف برای یافتن بیش ترین زاویه ی جداره ی قابل حصول را برطرف نمود. به علاوه بهره گرفتن از روش تاگوچی به کاهش تعداد آزمایش ها و هزینه ها کمک شایانی نمود. نتایج نشان دادند که در شکل دهی شیار فلز تیتانیم به دلیل مقاومت بالا نسبت به تغییرشکل و اصطکاک زیاد بین ابزار و ورق، دمای نهایی نسبت به منیزیم افزایش چشم گیری داشت. روابط کمی به دست آمده از نتایج آزمایش های کامل نشان داد که اثرگذارترین عامل در دمای نهایی و عمق کشش برای تیتانیم به ترتیب قطر ابزار و گام عمودی و برای منیزیم در هر دو حالت دمای اولیه ی ورق بود. این یافته ها توسط تحلیل واریانس داده ها نیز تایید شدند. بررسی دو معیار نمودارهای حدی و کاهش ضخامت در دو فلز نیز نشان دادند که همواره افزایش دمای اولیه ی ورق به دلیل نرم تر شدن ورق، قابلیت شکل پذیری را بالا می برد.

در این پژوهش فرآیند کوبش متوالی بر روی آلیاژهای AA 5083 آلومینیم و ZK60 منیزیم در مسیرها و عبورهای مختلف انجام شد و اثر فرآیند مذکور بر روی ریز ساختار، خواص مکانیکی و رفتار سوپرپلاستیک آن ها مورد بررسی قرار گرفت. ساختار دانه بندی در آلیاژهای مورد نظر به شدت ریز دانه شد، به گونه ای که اندازه دانه آلومینیم در عبور ششم فرآیند از µm 100 برای ماده اولیه به nm 200 کاهش یافت و برای آلیاژ منیزیم این مقدار از µm 40 برای ماده باز پخت شده به µm 8/2 برای ماده در عبور پنجم رسید. استحکام آلیاژ AA 5083 با افزایش تعداد عبورها در فرآیند کوبش متوالی افزایش یافت در حالی که برای آلیاژ منیزیم به علت تاثیر همزمان کاهش اندازه دانه در ساختار و تغییر بافت نمونه ها، ابتدا استحکام در عبور اول افزایش یافته و سپس در عبور سوم کاهش یافت و نهایتاً در عبور پنجم مجدداً افزایش پیدا کرد. رفتار سوپرپلاستیک آلیاژ آلومینیم در عبورهای مختلف فرآیند کوبش متوالی با انجام آزمون سنبه برشی مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که نمونه تولید شده در عبور اول در دمای 400 و در محدوده نرخ کرنش برشی دارای خواص سوپرپلاستیک با مقدار ضریب حساسیت به نرخ کرنش 43/0 است. بنابراین کاهش اندازه دانه در ماده موجب پدیدار شدن رفتار سوپرپلاستیک در آن شده است. نمونه هایی که تحت فرآیند کوبش متوالی در عبورهای مختلف قرار داشتند در قالب اکستروژن ورق قرار گرفته و تبدیل به ورق شدند. ریز ساختار و خواص مکانیکی و نیز رفتار سوپر پلاستیک این مواد مورد بررسی قرار گرفت. ریز ساختار ورق های منیزیمی تولید شده از نمونه هایی که تحت فرآیند کوبش متوالی قرار داشتند در مقایسه با ورق اکسترود شده از ماده اولیه ریز دانه تر و نیز همگن تر بود. با افزایش تعداد عبورهای فرآیند کوبش متوالی قبل از اکستروژن، اندکی افزایش در اندازه دانه ورق منیزیم مشاهده شد که دلیل آن را می توان رشد دانه ها در اثر گرمایش ماده در زمان بین انجام آزمایش ها دانست. با بررسی خواص مکانیکی ورق های منیزیمی، مشاهده شد که استحکام آن ها از استحکام ورقی که از ماده بازپخت شده اولیه تولید شده کمتر است، اما میزان شکل پذیری ورق ها در راستای اکستروژن بیشتر از نمونه ها در عبورهای مختلف فرآیند کوبش متوالی است. بیشترین ازدیاد طول در دمای اتاق برای ورق منیزیمی تولید شده از قطعه ای که تحت سه عبور فرآیند کو