%34تخفیف

تولید ورق منیزیم به روش اکستروژن مستقیم

تعداد 147 صفحه  درword

گروه آموزشی مکانیک

 

 

کارشناسی ارشد در رشته مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

 

تولید ورق منیزیم به روش اکستروژن مستقیم

 

 

چکیده:

کاهش وزن قطعات و بهبود کیفیت و کارآیی آن­ها از مطالبات صنایع محسوب می‌شود. لذا انجام پژوهش‌هایی در جهت پاسخ به این مطالبات و مرتفع شدن نیاز صنعت کشور ضروری است. این پژوهش تلاشی در جهت تولید یکی از نیازهای صنعت و دانشگاه در مقیاس آزمایشگاهی می‌باشد.  در حال حاضر به دلیل برخی محدودیت‌ها دسترسی به ورق منیزیم در کشور سخت و مستلزم هزینه‌های بالایی است. این درحالی ا‌ست که ورق منیزیم به دلیل وزن مناسب و استحکام بالا کاربرد قابل توجهی در صنعت داشته و همچنین به عنوان ماده‌ای نسبتا” جدید می‌تواند در پژوهش‌هایی در زمینه روش‌های شکل‌دهی ورقی و تولید علم به طور وسیعی به کار برده شود. از متداول‌ترین فرآیندهای ساخت ورق می‌توان به روش نورد و اکستروژن اشاره کرد. روش اکستروژن به عنوان روش ساخت ورق در پژوهش حاضر انتخاب شده‌است. در ابتدا به منظور یافتن شرایط مناسب آزمایش، فرآیند مدل­سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته­است. سپس قالب اکستروژن ورقساخته شده و فرآیندهای مورد نظر انجام شده­اند. در این پایان­نامه ورق منیزم به روش اکستروژن مستقیم برای دو آلیاژ AZ31  و ZK60 ساخته شده و خواص محصولات مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته­است. متغیرهای مورد بررسی برای آلیاژ AZ31 دما و سرعت و برای آلیاژ ZK60 اثر اندازه دانه­ها و ریزساختار ماده اولیه بر خواص ورق بوده است. آلیاژ ZK60 پس از انجام یک فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید تحت اکستروژن قرار گرفته و محصول ورقی با ریزساختار و خواص مکانیکی مطلوب تولید شده­است. متوسط اندازه دانه برای ماده اولیهآلیاژ AZ31، 24 میکرومتر بوده که پس از اکستروژن تا 5 میکرومتر برای ورق اکسترود شده در کمترین دما کاهش یافته­است. متوسط اندازه دانه برای آلیاژ ZK60 نورد شده در حدود 40 میکرومتر بوده که پس از فرآیند کوبش متوالی به ساختاری متشکل از دانه­های ریز با متوسط اندازه 2 میکرومتر در کنار دانه­های درشت تغییر یافته است. پس از انجام فرآیند اکستروژن ورق، متوسط اندازه دانه به حدود 2 میکرومتر و ساختاری همگن رسیده است.

واژه‌های کلیدی: آلیاژهای منیزیم، اکستروژن ورق، ریزساختار، خواص مکانیکی.

فهرست مطالب

فصلاول: مقدمه 1

1-1- مقدمه 3

1-2- فرآیندهایشکل‌دهیفلزات 3

1-3-  فرآینداکستروژن 4

1-4- متغيرهاياکستروژن 7

1-5- ویژگی‌آلیاژهایمنیزیم 8

1-6- معرفیپایاننامهحاضر 9

فصلدوم: مرورمطالعاتانجامشدهدرزمینهروشهایساختورقمنیزیم 11

2-1- مقدمه 13

2-2- بررسیروشسرعتمتغیردرساختورقمنیزیم 13

2-3- اکستروژنسردآلیاژAZ31منیزیم 15

2-4- استفادهازقالبنامتقارنبرایاکستروژنورقمنیزیم 16

2-5- روشسرعتمتغیروپیش‌بینیبهروشتئوریفازی 19

2-6- مرورچندروشدراکستروژنآلیاژهایمنیزیم 20

فصلسوم: شبیهسازیعددیاکستروژنورقمنیزیمی 31

3-1- مقدمه 33

3-2- معرفینرمافزارDEFORM. 33

3-2- معرفیمتغیرهایفرآیند 35

3-3- آزمونهمگرایی 36

3-4- تعیینسرعتمناسب 37

3-5- شبیه‌سازیزوایایمختلف 37

3-6- نتیجهگیری 37

3-7- شبیهسازیدوبعدیاکستروژنورقآلیاژAZ31منیزیم 39

فصلچهارم: انجامآزمایشهایعملی 43

4-1- مقدمه 45

4-2- طراحیوساختقالباکستروژنورق 45

4-3- آزمایشهایاکستروژنورقمنیزیمAZ31 51

4-4- آزمایشهایتعیینخواصمکانیکیورقهایتولیدی 55

4-5- آزمایشهایاکستروژنورقمنیزیمZK60 56

4-5-1- معرفیفرآیندکوبشمتوالی 56

4-6- آزمایشهایسنجشسختی 59

4-7- آزمایشهایفشاراستوانه 61

4-7-1- شرحآزمایشفشارسنتی 61

4-7-2- روشضریباصلاحتحدب 62

4-8- نتایجآزمایشفشار 63

4-9- آزمایشهایمتالوگرافی 64

4-10- تغییرریزساختارمادهطیفرآینداکستروژن 66

فصلپنجم: بررسیوبحثدرموردنتایجآزمایشهایعملی 69

5-1- مقدمه 71

5-2-  بررسینتایجآزمایشهایورقاکسترودشدهآلیاژAZ31 71

5-2-1- نتایجآزمایشکششآلیاژAZ31 71

5-2-2- نتایجمتالوگرافیورقهایآلیاژAZ31 77

5-2-3- نتایجآزمایشسنجشسختی 83

5-3-  بررسینتایجآزمایشهابرنمونههایورقاکسترودشدهآلیاژZK60 84

5-3-1- نتایجآزمایشکششآلیاژZK60 84

5-3-2- ارزیابینتایجآزمایشهایکششZK60 87

5-3-2- متغیردماوسرعت 89

5-3-3- نتایجمتالوگرافیورقهایآلیاژZK60 91

5-3-4- نتایجآزمایشسنجشسختیآلیاژZK60 93

5-4- بررسیخواصمکانیکیوساختاریآلیاژZK60منیزیمپسازانجامفرآیندکوبشمتوالی 94

5-4-1- شرحآزمایشهایکوبشمتوالی[44] 94

5-4-2- تحولریزساختارپسازفرآیندکوبشمتوالیوقبلازاکستروژن 95

5-4-3- خواصمکانیکی 96

فصلششم:خلاصه،نتیجهگیریوپیشنهادها 101

6-1- خلاصه 103

6-2- نتیجهگیری 104

6-2-1-  آزمایشهایاکستروژنورقآلیاژAZ31 104

6-2-2- آزمایشهایاکستروژنورقآلیاژZK60 105

6-3- پیشنهادها 106

مراجع: 107

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

شکل 1-1- طرحواره فرآیند اکستروژن مستقیم[4] 5

شکل 1-2-  طرحواره فرآیند اکستروژن غیر مستقیم[4] 5

شکل 1- 3- تغییرات فشار سمبه طی فرآیند اکستروژن در دو نوع مستقیم و غیر مستقیم[4] 6

شکل 1- 4- جریان مواد در اکستروژن. الف: اکستروژن غیر مستقیم، ب: مستقیم و ج: ترکیبی[4] 7

شکل 2-1- محصولات تولیدی در دمای بالا و سطح اکسید شده در دمای بالا [13] 14

شکل 2-2- ورق تولیدی به روش سرعت متغیر[13] 14

شکل 2-3- ریز ساختار نمونه اولیه در مقایسه با ورق تولیدیبرای دو آلیاژ AZ31 و AZ61[13] 15

شکل‌2-4- ریزساختار نمونه اولیه (الف) و ورق نهایی(ب) [14] 16

شکل 2-5- تصویر TEM ورق اکسترود شده[14] 16

شکل 2-6-  نمودار تنش- کرنش کششی ورق اکسترود شده در دوجهت عرضی و اکستروژن در نرخ کرنش (( s-1001/0 [14] 17

شکل 2-7- طرحواره قالب نا متقارن برای اکستروژن ورق منیزیم  AZ31[15] 18

شکل2-8- تقسیم‌بندی ضخامت ورق به 4 بخش جهت بررسی ریزساختار و به سه بخش جهت آزمایش کشش در راستای اکستروژن [15] 18

شکل2-9- نتایج آزمایش کشش سه سطح مختلف ورق پس از اکستروژن در قالب نامتقارن[15] 19

شکل 2-10- ریزساختار ورق اکسترود شده با قالب نامتقارن در سطوح مختلف[15] 19

شکل2-11- نمونه‌های ورق تولیدی به روش اکستروژن داغ با سرعت متغیر[16] 20

شکل 2-12- نتایج آزمایش کشش در زاویه 0 ، 45 و 90 درجه نسبت به راستای اکستروژن که با نرخ (( S-1001/0 و در دمای اتاق انجام شده­است[18]. 21

شکل 2-13- ریزساختار آلیاژ ذکر شده به ترتیب از الف تا د در شرایط ریخته­گری شده، نمونه ریخته­گری با نمایش دو فاز، نمونه پس از اکسترود و عکس با بزرگ­نمایی بیشتر [19]. 22

شکل 2-14- نمودارهای تنش- کرنش حاصل از آزمایش کشش در دماها و نرخ کرنش­های متفاوت[19]. 23

شکل­ 2-15- ریز ساختار قطعات نورد شده تحت شرایط جدول 2-3 [20]. 24

شکل 2-16- نمودارهای تنش- کرنش برای نمونه­های آنیل شده (o) و نورد شده (f) تحت شرایط جدول 2-3 [20]. 25

شکل 2-17- نمونه­های آزمایش کشش آلیاژ ZW61 درK  753 وبرای نرخ کرنش­های مختلف[21]. 25

شکل 2-18- طرحواره دو نوع قالب اکستروژن ورق به روش معمولی و با سرعت متغیر[22]. 26

شکل 2-19- مدل اجزا محدود و توزیع نرخ کرنش موثر و سرعت برای دو روش اکستروژن معمولی (الف و ب) و سرعت متغیر(ج و د) [22]. 27

شکل 2-20- عکس ریزساختار هر دو روش اکستروژن معمولی (الف) و با سرعت متغیر در ضخامت ورق (ب، ج و د)[22]. 27

شکل 2-21- تصویر ریز ساختار ورق آلیاژ Mg–8Gd–2Y–1Nd–0.3Zn–0.6Zr منیزیم اکسترود شده در دو راستای اکستروژن (الف) و عمود بر آن (ب)[23]. 28

شکل 2-22- تصویر  SEM ورق آلیاژ Mg–8Gd–2Y–1Nd–0.3Zn–0.6Zr منیزیم اکسترود شده، درجهت ضخامت[23]. 28

شکل2-23- ریزساختار ورق حاصل از سه روش نورد داغ (الف)، اکستروژن- نورد (ب) و ریخته­گری پیوسته همراه نورد (ج) در مرجع[24] پس از آنیل شدن. 29

شکل2-24- نتایج آزمایش کشش ورق حاصل از سه روش روش نورد داغ (الف)، اکستروژن- نورد (ب) و ریخته­گری پیوسته همراه نورد (ج) در مرجع[24] پس از آنیل شدن به همراه تکرار آزمایش­ها. 30

شکل3-1- کادر تعریف هندسه و مشخصات شبکه­بندی، دما، حرکت جسم و شرایط مرزی در نرم افزار 34

شکل 3-2- تعریف شرایط تماس بین قطعات 35

شکل 3-3- – هندسه قالب پایین متشکل از محفظه قرار گرفتن نمونه و پروفیل قالب اکستروژن 36

شکل 3-4- نمودار آزمون همگرایی باتغییر تعداد المان‌ها با زاویه قالب 10 درجه. 36

شکل 3-5- توزیع نرخ کرنش موثر در سرعت 05/0 میلی‌متر بر ثانیه. 38

شکل 3-6-  نمودارهای نیروـ‌ تغییر مکان برای زوایای متفاوت قالب. 38

شکل 3-7- مدل­سازی یک دوم مقطع اکستروژن ورق که به صورت دو بعدی مورد تحلیل قرار گرفته­است 40

شکل3-8- مقایسه نمودارهای نیرو- تغییر مکان حاصل از آزمایش و شبیه­سازی فرآیند اکستروژن در دمای 260 درجه سانتی­گراد و سرعت6/3 میلی­متر بر دقیقه، برای آلیاژ AZ31. 41

شکل3-9- مقایسه نمودارهای نیرو- تغییر مکان حاصل از آزمایش و شبیه­سازی فرآیند اکستروژن در دمای 300 درجه سانتی­گراد و سرعت6/3 میلی­متر بر دقیقه، برای آلیاژ AZ31. 41

شکل3-10- مقایسه نمودارهای نیرو- تغییر مکان حاصل از آزمایش و شبیه­سازی فرآیند اکستروژن در دمای 340 درجه سانتی­گراد و سرعت6/3 میلی­متر بر دقیقه، برای آلیاژ AZ31. 42

شکل 4-1- مدل سه بعدی مجموعه قالب اکستروژن ورق. 46

شکل4-2-  تصویر یک نیم مخروط به همراه اندازه­های مختلف آن. 47

شکل 4-3- تصویر دو و سه بعدی بخش مغزی قالب. 47

شکل 4-4- حلقه حمایتی قالب. 48

شکل 4-5- مدل­سازی سنبه. 48

شکل4-6- مجموعه قالب اکستروژن ورق به همراه سنبه و المنت­های حرارتی. 49

شکل 4-7- دو نیم­مخروط داخلی قالب به همراه مغزی. 50

شکل 4-8- از فضای بین دو فک دستگاه سنتام به عنوان محل خروجی ورق استفاده شده­است. 53

شکل4-9  ورق منیزیم AZ31 تولیدی در قسمت خروجی قالب. 53

شکل 4-10 ورق پس از باز شدن قالب به همراه مقدار جزئی پلیسه بین دو نیم­مخروط. 54

شکل 4-11- تصویر ورق خروجی از قالب در کنار نمونه اولیه منیزیم AZ31 نورد شده. 54

شکل 4-12- هندسه نمونه آزمایش کشش 55

شکل 4-13- نمونه­های آزمایش کشش، در دو راستای موازی و عمود بر راستای اکستروژن. 55

شکل 4-14-قسمت الف فرآیند RU را در کنار فرآیند  ECAPو قسمت ب دو روش متفاوت برای عبورهای بعدی، یا نوع چرخش A و B نشان می­دهد[25]. 57

شکل 4-15- آزمایشRU  برای نمونه­های دایره­ای[26]. 57

شکل 4-16- تصویر یک نمونه ورق آلیاژ ZK60 به همراه ماده اولیه. 58

شکل 4-17- نحوه اندازه­گیری سختی بر اساس استاندارد ASTM E92[27] 59

شکل 4-18- تصویر یک نمونه اثر سنبه زیر میکروسکوپ. 60

شکل 4-19- نمودار تغییرات میکروسختی در عرض، برای ورق اکسترود شده AZ31 در دمای 300 درجه سانتی­گراد و با سرعت 6/0 میلی­متر بر دقیقه. 60

شکل 4-20 پارامترهای هندسی آزمایش فشار 63

شکل 4-21- نمونه استوانه­ای آزمایش فشار، پیش و پس از آزمایش. 64

شکل 4-22- نتایج آزمایش فشار آلیاژAZ31  برای سه دمای متفاوت و هریک شامل سه نرخ کرنش مختلف. 66

شکل 4-23- نمودار تنش- کرنش آلیاژ AZ31 ریخته­گری شده در دمای 300 درجه سانتی­گراد[28]. 67

شکل 4-24- خط کش در بزرگنمایی 200. فاصله بین هر دو خط کوتاه 01/0 میلیمتر و هر دو خط بزرگ 05/0 میلیمتر. 67

شکل4-25 نمونه خام AZ31 نورد شده، قبل از فرآیند اکستروژن ورق به همراه عدد بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه. 68

شکل4-26- سطح مقطع نمونه اکسترود شده و تغییرات ساختار ماده حین انجام فرآیند. 68

شکل 5-1-  علامت گذاری طول سنجه روی نمونه­ها قبل از انجام آزمایش کشش. 71

شکل 5-2- نمودار تغییرات تنش مهندسی در مقابل درصد تغییر طول برای نمونه­های کشش آلیاژ AZ31 در راستای اکستروژن با تغییرات دما و سرعت فرآیند اکستروژن. 73

شکل5-3- نمودار تغییرات تنش مهندسی در مقابل درصد تغییر طول برای نمونه­های کشش آلیاژ  AZ31عمود بر راستای اکستروژن با تغییرات دما و سرعت فرآیند اکستروژن. 74

شکل5-4- نمودار تنش- کرنش، برای نمونه کشش حاصل از ورق اکسترود شده در دمای اتاق[14].  77

شکل 5-5- تصویر متالوگرافی نمونه­ ورق اکسترود شده در دمای 220 درجه سانتی­گراد و سرعت 3/0 میلی­متر بر دقیقه 78

شکل 5-6- تصویر متالوگرافی نمونه­های­ ورق اکسترود شده در دمای 260 درجه سانتی­گراد و با تغییر سرعت، به همراه عدد بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه­ مشخص شده در گوشه تصاویر. 78

شکل 5-7- تصویر متالوگرافی نمونه­های­ ورق اکسترود شده در دمای 300 درجه سانتی­گراد و با تغییر سرعت، به همراه عدد بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه مشخص شده در گوشه تصاویر. 79

شکل 5-8- تصویر متالوگرافی نمونه­های­ ورق اکسترود شده در دمای 340 درجه سانتی­گراد و با تغییر سرعت، به همراه عدد بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه مشخص شده در گوشه تصاویر. 79

شکل 5-9- نمودار تغییرات تنش مهندسی در مقابل درصد تغییر طول برای نمونه­های کشش آلیاژ  ZK60 در راستای اکستروژن پس از تعداد عبورهای متفاوت فرآیند RU و اکستروژن ورق. 85

شکل 5-10- نمودار تغییرات تنش مهندسی در مقابل درصد تغییر طول برای نمونه­های کشش آلیاژ ZK60 عمود بر راستای اکستروژن پس از تعداد عبورهای متفاوت فرآیند RU و اکستروژن ورق. 85

شکل 5-11- نمودار تنش مهندسی- کرنش مهندسی برای آلیاژ ZK60 پیش و پس از عبورهای مختلف فرآیند اکستروژن و فشار متوالی[43]. 88

شکل 5-12- کاهش درصد اختلاف تنش نهایی با افزایش تعداد فرآیند کوبش متوالی انجام شده بر روی ماده. 89

شکل­ 5-13 – نمودار تنش مهندسی- درصد تغییر طول نمونه آلیاژ ZK60 پس از نورد، سه بار عبور کوبش متوالی و اکستروژن در دو شرایط مختلف در راستای A. 90

شکل­ 5-14- نمودار تنش مهندسی- درصد تغییر طول نمونه آلیاژ ZK60 پس از نورد، سه بار عبور کوبش متوالی و اکستروژن در دو شرایط مختلف در راستای B. 91

شکل 5-15- تصویر متالوگرافی نمونه­های ورقی ساخته­شده از آلیاژ ZK60. در کادر زیر هریک از تصاویر، جنس ماده، تعداد عبور متفاوت فرآیند کوبش متوالی ، بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه ثبت شده­است 93

شکل5-16- تصویر متالوگرافی نمونه­های ورقی ساخته­شده از آلیاژ ZK60. در کادر زیر هریک از تصاویر، جنس ماده، تعداد عبور متفاوت فرآیند کوبش متوالی ، بزرگ­نمایی و متوسط اندازه دانه ثبت شده­است. 94

شکل 5-17- تصاویر میکروسکوپ نوری ریز ساختار آلیاژ ZK60  منیزیم الف) پس از باز پخت و پس از انجام فرآیند کوبش متوالی در دمای 250 درجه سانتیگراد ب) و ج) پس از یک عبور د) پس از عبور سوم و ه) پس از عبور پنجم[44]. 97

شکل 5-18- منحنی تنش بر حسب ازدیاد طول برای آلیاژ ZK60 منیزیم که تحت عبورهای مختلف فرآیند کوبش متوالی در دمای 250 درجه سانتیگراد قرار گرفته است[44]. 98

شکل 5-19- تغییرات مقدار ریز سختی با افزایش کرنش اعمال شده در طی فرآیند کوبش متوالی برای آلیاژ ZK60 منیزیم[44] 100

فهرست جدول­ها

جدول 2-1- نتایج آزمایش کشش سه سطح مختلف ورق پس از اکستروژن در قالب نامتقارن[15] 18

جدول2-2- متوسط اندازه دانه ورق اکسترود شده با قالب نامتقارن در سطوح مختلف[15]. 19

جدول 4-1- آزمایش­های اکستروژن ورق AZ31. 51

جدول 4-2- شرایط آزمایش­های اکستروژن ورق .ZK60 58

جدول 4-3- طول معادل با 1 سانتی­متر برای هر بزرگ­نمایی 67

جدول 5-1 – تغییرات تنش تسلیم، استحکام نهایی و درصد افزایش طول در راستای اکستروژن 75

جدول 5-2- تغییرات تنش تسلیم، استحکام نهایی و درصد افزایش طول عمود بر راستای اکستروژن 75

جدول 5-3- میانگین سختی برای ورق­های ساخته شده در شرایط متفاوت 84

جدول 5-4 – تنش تسلیم، استحکام  نهایی و درصد افزایش طول نمونه­های کشش آلیاژ ZK60 در راستای A. 86

جدول 5-5- تنش تسلیم، استحکام نهایی و درصد افزایش طول نمونه­های کشش آلیاژ ZK60 در راستای B. 86

جدول 5-6- تعداد عبور فرآیند کوبش متوالی و تاثیر آن بر کاهش اختلاف تنش بیشینه در دو راستا. 89

جدول 5-7- متوسط اندازه دانه در شرایط مختلف. 91

جدول 5-8- میانگین سختی برای ورق­های ساخته شده آلیاژ ZK60 در شرایط متفاوت. 94

جدول5-9- تغییرات تنش تسلیم، تنش نهایی و ازدیاد طول در عبورهای مختلف فرآیند کوبش متوالی[32]. 98

 

 

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تولید ورق منیزیم به روش اکستروژن مستقیم”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo