بررسي شكل پذيري ورق هاي دولايه مس – فولاد زنگ نزن آستنيتي توسط
فرايند شكل دهي چرخشي

امير رضايي شهرضا*1، فرشيد دهقاني2، محمود سليمي3، محمد حسين بينا4
مربي، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد دهاقان، اصفهان، ايران
كارشناس ارشد، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد علوم و تحقيقات تهران، تهران، ايران
استاد، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي اصفهان، اصفهان، ايران
دانشجوي دكتري، دانشكده مواد پيشرفته و انرژيهاي نو، سازمان پژوهشهاي علمي و صنعتي ، تهران، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت: 18/11/1390، تاريخ پذيرش: 27/03/91)

چكيده
در اين تحقيق، شكل پذيري ورقهاي دو لايه مس- فولادزنگ نزن آستنيتي L304 توسط فرآيند شكلدهي چرخشي مـورد بررسـي قرار گرفته است. براي توليد ورقهاي دولايه از روش جوشكاري انفجاري و جهت يكنواختي سطح اين ورق ها از نورد سرد اسـتفادهشد. جهت بررسي فرايند نفوذ در فصل مشترك اتصال مس– فولاد زنگ نزن آستنيتي، ابتدا نمونههاي كشش از قطعـات جوشـكاريشده، تهيه و عمليات حرارتي آنيل در دماي Co300 (زير دماي تبلور مجدد) به مدت زمان 32 ساعت انجام شد. پس از انجام آزمـونكشش بر روي نمونه هاي عمليات حرارتي شده، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آنـاليز اسپكتروسـكپي انـرژي پراكنـده(EDS) جهت بررسي احتمال نفوذ در مواد متصل شده استفاده گرديد. پس از اطمينان از سيكل عمليات حرارتي، ورق هاي دولايه بـالايه داخلي مس و لايه خارجي فولاد، تحت فرايند شكل دهي چرخشي قرار گرفتند. فرايند شـكل دهـي چرخشـي بـر روي ورق هـايعمليات حرارتي شده انجام و پارامترهاي مؤثر بر شكل پذيري نظير جنس ابزار و مسيرهاي شكل دهي ابزار و نسبت اسـپينينگ مـوردبررسي قرار گرفت. بررسيهاي ريزساختاري نمونهها نشان دادكه فصل مشترك اتصال مس- فولاد زنگ نزن آستنيتي L304، موجي شكل است و عمليات حرارتي آنيل كردن به مدت 32 ساعت، باعث افزايش قابل توجه نفوذ در فصل مشترك اين اتصـال و افـزايششكل پذيري چرخشي ورقهاي دولايه شده است. انتخاب ابزار (2436 SPK(1/، مسير حركتي اينولوت و نسبت اسپينينگ پايينتر از 2.5 باعث افزايش شكل پذيري ورق هاي دولايه توسط فرآيند شكل دهي چرخشي ميشود.

واژههاي كليدي:
ورقهاي دولايه، جوشكاري انفجاري، عمليات حرارتي آنيل كردن، نفوذ، شكل دهي چرخشي، شكل پذيري.

1- مقدمه
امروزه استفاده از مواد مركب فلزي با خواص ويژه ، كه دسترسي به آن در يك آلياژ ميسر نيست، كاربرد فراواني يافته است. يكـياز روش هاي بهبود خواص مكـانيكي در كامپوزيـت هـاي فلـزي،توليد ورق چندلايه است. يكي از كاربردهاي ورق هاي دولايه از جنس مس و فولاد ضد زنگ استفاده آنها در شـ يرهاي انبسـاطي است. جنس لايه داخلي اتصالات مس و جـنس لا يـ ه خـارجي رافولاد زنگ نزن در نظر مي گيرند به اين علت كه هدايت حرارتـيفولاد زنگ نزن آسـتنيتي نسـبت بـه مـس پـايين تـر اسـت، باعـثنگهداري حرارت شده و حرارت ورودي كمتري نياز خواهد بود
.[1]
يكي از روشهـاي اتصـال فـولاد زنـگ نـزن آسـتنيتي بـه مـس،جوشكاري انفجاري ميباشد. جوشكاري انفجاري به عنوان يكي از روشهاي موثر در اتصـال فلـزات غيرمشـابه، در اثـر برخـورد مورب و با سرعت بالاي صفحه پرنده (روكش) به صفحه ساكن (پايه) بوجود مـي آيـد . مطالعـات و پـژوهشهـا نشـان داده اسـتخصوصيات فصل مشترك ايجاد شده بـين روكـش و پايـه نقـشتعيين كننـده اي در كيفيـت آن دا رد. فصـل مشـترك حاصـل از جوش انفجاري معمولاً به سه صورت صاف، مـوجي و يـا يـك لايه پيوسته مذاب منجمد شده مشاهده ميشود [2].
شكل دهي چرخشي نيز از جمله فرايند هاي شكل دهـي ورق هـايفلزي به صورت متقارن محوري است كـه در آن غلتـك بـا طـيمسيري از پيش تعيين شـده ، ورق فلـزي را بـر روي قالـب شـكل مي دهد [3]. از فاكتورهاي موثر بر اين فرايند ميتـوان بـه نسـبت اسـپينينگ1، ن وع اب زار و مس ير ش كل ده ي اش اره ك رد. نس بت اسپينينگ طبق رابطه (1) به صورت نسبت قطر بلانك (D) به قطر مندرل (d) تعريف ميشود:
(1) S.R=

Dd در صورت زياد بودن نسـبت اسـپينينگ، مقـدار كـرنش شـعاعي قابلتوجهي به ماده وارد مي شود و شكاف هاي محيطي در سـطحقطعه كار بوجود مي آيد. همچنين مقدار مناسب نسبت اسـپ ينينگ باعث كاهش كنگره اي شدن در قطعـه كـار مـي شـود كـه مقـداربيشتر از آن باعـث ايجـاد كنگـره هـايي مـي شـود كـه در رفـت وبرگشت چندين مرحله اي نيز از بين نمي رود [3-4].
كيفيت محصول و قطعه توليدي در فرآيند اسـپينينگ ماشـيني بـهشدت به شكل رولر بستگي دارد. مهم ترين انواع پرفيـ ل و شـكلظاهري رولر هـايي كـه در عمل يـ ات اسـپ ينينگ كـاربرد دارنـد بـهصورتهاي زبانهاي، الماسي ، دماغهاي گرد و كروي مـي باشـد . ابزارهاي الماسي براي آرايش لبه قطعه، ابزارهـا ي زبانـه اي بـراي پرداخ ت س طحي و ابزاره اي دماغ ه ك روي ب راي ش كل ده ي قطعاتي با فرم و انحناهاي داخلي كاربرد دارند [5].
قطر رولر تـأثير انـدك ي بركيفيـ ت محصـول دارد. دماغـه و شـعاع
ش انه نس بتاً كوچ ك رول ر باع ث ك اهش يكن واختي ض خامت خواهد شد. عموماً در صـنعت از فـولاد بـراي سـاخت رولـر هـاي فرايند شكل دهي چرخشي استفاده مي شود [5].
در عمليــات شــكل دهــي چرخشــي ســرد، گرمــا ي ناشــي از اصطكاك در خلال فراينـد بـه صـورت موضـعي تـا 500 درجـه
سانتيگـراد ن يـز مـ ي رسـد. بنـابراين لازم اسـت كـه از رولـر هـاي ف ولادي ح اوي ح دود 12 % ك رم و ب ا س ختي 62 راك ول س ي استفاده شـود. ا يـن وضـعيت كمـك مـ يكنـد تـا رولـر در مقابـلشرايط سخت كاري و دماهاي زياد سختي خود را حفظ كـرده وعمر مفيد آن افزاي ش يابد [3و5].
مسير شكل دهي نيز يكـي ديكـر از فاكتورهـاي مـوثر در فراينـد
ش كل ده ي چرخش ي اس ت [6-7]. مس يردهي ب ه روش ه اي متفاوت در فرايند اسپينينگ وجود دارد كه مي توان به مسـيرهاي خطي، منحني درجه دو و اينولوت2 اشاره كـرد . شـكل (1) انـواعمسيرهاي شكل دهي را نشان مي دهد [6].

)
الف
(

)
ب
(

)

الف

(

)

ب

(

(ج)

شكل (1): نمايي از انواع مسيردهي: الف) خطي، ب) منحني درجه دو و ج) اينولوت [5].

شكل (2) نحوه تنظيم اوليه صـفحات جهـت انجـام جوشـكاري انفجاري را نشان ميدهد. صفحات پرنده و پايه به ترتيب در ابعاد 2mm520*420 و 2mm500*400 طراحي شدند و مـاده آمـاتول
(90% تي.ان.تي و 10% نيترات آمونيـوم ) بـه عنـوان مـاده منفجـرهانتخاب شد. پس از عمليات جوشكاري جهـت يكنـواختي سـطحورق هاي توليد شده، فرآيند نورد سرد با كاهش ضخامت حـدود%5 انجام گرفت. پس از عمليات نورد، نمونـه هـاي اوليـه كشـشتهيه و جهت ايجاد اتصـال متـالورژيكي و افـزايش شـكل پـذيريعمليات حرارتي آنيل كردن در دماي Co300 (زيـر دمـاي تبلـورمجدد) و به مـدت زمـان 32 سـاعت انجـام و سـپس نمونـه هـا درمحيط كوره سرد شدند.

شكل (2): نحوه تنظيم اوليه صفحات جهت انجام جوشكاري انفجاري
چرخشـي ورق هاي
بررسي و پارامترهاي مناسب جهت اين فرايند استخراج گرديد.

2- مواد و روش تحقيق
2- 1- مواد
در اي ن تحقي ق از ورقه اي ف ولاد زن گ ن زن آس تنيتي L304 (صفحه ساكن) و مس (صـفحه پرنـده) بـا ضـخامت 1 ميلـي متـراستفاده شد. تركيب شيميايي ورق ها به روش كوانتومتري تعيـينو در جدول (1) آورده شده است. شكل دهـي چرخشـي بـر روي ورق هـاي تـك لايـ ه مـورد توجـهبسياري از محققان قرار گرفته است ول ي تا كنـون تحق يقـات قابـلتوجهي در زمينه شكل پذيري ورق هاي چند لايه در فرايند شكل دهي چرخشي به روي قطعات اسـتوانه اي شـكل صـورت نگرفتـه است. لـذا در تحقيـق حاضـر بـه شـكل پـذيري ورق هـاي دولايـ ه مس- فولاد زنگ نزن آسـتن يتي پرداختـه و جهـت بهبـود فراينـدشكل دهي، ابتدا عمليات حرارتي آنيل كـردن بـر روي نمونـههـاانجام و سپس فاكتورهاي مؤثر بر فرايند شـكل پـذيري چرخشـينظي ر ج نس اب زار، مس يرهاي ش كل پ ذيري و نس بت اس پينينگ
جدول (1): تركيب شيميايي فولاد زنگ نزن و مس مورد استفاده در پژوهش حاضر (درصد وزني)

Alloy Alloy Element (%wt) Cr
١٨/٩١ Ni
٨/۴۴ Mn ١/٧٩ C ٠/٠١۵ Cu
٠/٠۴٣ Fe Bal.
304L Copper ٠/٠٣ ٠/٠٣ – – Bal. ٠/٠۵
پس از انجام عمليات حرارتي و تهيه نمونههاي نهايي كشش طبق
استاندارد ASTM E8M-04 (شكل3)، آزمون كشـش در دمـاياتاق انجام شد. اين آزمايش بـه وسـيله دسـتگاه آزمـايش كشـشHounsfield و با سرعت 10 ميلي متر بر دقيقه انجام شـد . جهـتبررســي لايــه نفــوذي تشــكيل شــده در مــواد متصــل شــده ازميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مدل Seron AIS-2100 و آناليز اسپكتروسكپي انرژي پراكنده (EDS) استفاده گرديد.

شكل (3): ابعاد نمونههاي آزمون كشش بر اساس استاندارد
ASTM E8M-04

پس از عمليات حرارتي، ورقهاي دولايه با لايـه داخلـي مـس ولاي ه خ ارجي ف ولاد، تح ت فراين د ش كل ده ي چرخش ي ق رار گرفتند. براي به دست آوردن نسبت اسپينينگ، قطر ماندرل برابـرmm40 در نظر گرفته شد، سپس گرده هايي با قطرهـاي متفـاوتاز mm120-88 (متناسب با نسبت كشش 3- 2/2) تهيـه گرديـد.
شكل (4) اجزاء فرآيند را نشان مي دهد.

شكل (4): اجزاي فرايند اسپينينگ

ابزارهاي لازم براي شكل دهـ ي ورق هـاي دولايـ ه فلـز ي بـا لا يـ ه بيرون ي ف ولاد زن گ ن زن از ن وع دماغ ه گ رد و از ج نس ه اي فولادهاي با شماره اسـتاندارد: DIN 1.2436، 1.6582، 1.7225و چدني انتخاب شدند. ابزارهاي فولادي تا حدود 60 راكـول سـي سخت شـدند . نمونـه هـاي ايـ ن ابـزار بعـد از عمليـات حرارتـي و پوليش در شكل (5) آمده است.

Cast
iron

1.7225

SPK 2436

1.6582

25
mm

Cast

iron



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید