%34تخفیف

تولید ورق منیزیم به روش اکستروژن مستقیم

تعداد 109صفحه  درword

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.

فصلاول: مقدمه 1

1-1- مقدمه 3

1-2- فرآیندهایشکل‌دهیفلزات 3a

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