بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش فولاد کم کربن با ضخامت اولیه 3 میلیمتر و با تغییر شکلهای 16 %، %33 و %50 نورد میشود و تحت اعمال پالس الکتریکی قرار میگیرد. بعد از هر مرحله اعمال پالس الکتریکی ریزساختار و سختی بررسی میشوند. با اعمال پالس الکتریکی مشاهده شد که با افزایش مدت زمان کل اعمال پالس تا 20 ثانیه دانهبندی ریزتری به دست میآید. همچنین انتظار میرود رسوبات ریزتر و با فاصله کمتر مشاهده شود، در نتیجه سختی افزایش مییابد. در ادامه با افزایش مدت زمان کل اعمال پالس الکتریکی تا 140 ثانیه دانهبندی بزرگتر میشود و اندازه رسوبات افزایش مییابد، درنتیجه کاهش سختی دیده میشود. همینطور اعمال جریان الکتریکی باعث افزایش دمای ساختار میشود و با افزایش درصد تغییر شکل، دمایی که در آن حداکثر سختی دیده میشود افزایش مییابد. از نتایج به دست آمده در این پژوهش میتوان نتیجه گرفت که در 20 ثانیه اعمال پالس الکتریکی کوچکترین اندازه دانه و اندازه رسوبات و بیشترین سختی به دست میآید. طبق آزمایشهای انجام شده بهینهترین حالت برای دستیابی به ریزترین ریزساختار و بیشترین سختی در کمترین مدت، اعمال 20 ثانیه پالس الکتریکی با مدت زمان اعمال هر پالس 0,5 ثانیه بر نمونهی %16 تغییر شکل یافته است.
کلمات کلیدی: پالس الکتریکی، فولاد کم کربن، نورد، خواص مکانیکی، ریزساختار، سختی
مقدمه
یکی از دغدغههای امروزه در صنعت شکل دهی فلزات، بهبود خواص مکانیکی فلزات در ضمن داشتن استحکام و قابلیت ازدیاد طول مناسب است. یکی از مؤثرترین روشها برای بهبود خواص مکانیکی ریزدانه کردن ساختار است. روشهای متعددی برای ریزدانه کردن ریزساختار وجود دارد اما یکی از جدیدترین و مؤثرترین آنها حرارتدهی سریع با اعمال پالس الکتریکی است. حرارت دهی سریع با اعمال پالس الکتریکی3 به حرارت دهی اطلاق می شود که توسط اعمال جریان لحظهای - پالس - با شدت جریان، مدت زمان و تعداد معینی پالس، حرارت به ماده انتقال داده می شود. در بعضی از تحقیقات جهت کنترل ریزساختار و خواص مکانیکی از حرارت دهی سریع استفاده میگردد تا در مدت زمانهای کوتاه بتوان به دماهای خاصی رسید.
تاکنون تحقیقات متعددی بر روی پالس الکتریکی و تأثیرات آن بر ریزساختار و خواص مکانیکی انجام گرفته است ولی عموماً این تحقیقات در دماهای بالا و در محدودهای که استحالههای فازی و تبلور مجدد رخ میدهند انجام شده است. هدف از انجام این پژوهش فهم بهتر از تحولات ریزساختاری - دانهبندی و اندازه و توزیع رسوبات - با اعمال پالس الکتریکی تا دماهای زیر بازیابی در مدت زمان های اعمال هر پالس متفاوت و تعداد پالس های مختلف روی نمونه تغییر شکل یافته - نورد شده - فولاد کم کربن است. در حرارت دهی تا دماهای زیر بازیابی فولاد تغییر شکل یافته، اثر پیر کرنشی4، تغییر شرایط رسوبات و اثر جریان الکتریکی بر نفوذ و تغییرات ریزساختار مطرح است. در این پروژه سعی بر این است که با اعمال پالس الکتریکی دما تا دمای زیر بازیابی بالا رفته و همچنین تأثیر متغیرهای پالس الکتریکی از جمله زمان کل اعمال پالسها، تعداد پالسها و مدت زمان اعمال هر پالس بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار بگیرد.
مواد و روش تحقیق
مواد اولیه
در این پژوهش از یک نمونه ورق فولادی کم کربن 3 میلیمتری با ترکیب شیمیایی مشابه با جدول 1 استفاده گردید.
جدول - 1 ترکیب شیمیایی فولاد ساده کربنی
روش انجام پژوهش
در این تحقیق، ابتدا ورق های فولادی با 16%، 33% و 50% نورد به ضخامتهای کمتر رسانده میشوند. همچنین سطح نمونه ها صیقل داده میشوند تا در اثر تشکیل لایه اکسیدی حین حرارت دهی سریع، خطا در اندازه گیری دما قابل چشم پوشی باشد. در گام بعدی برای خواندن دما با استفاده از دستگاه جوش نقطهای، ترموکوپل های سری k را به نحوی به نمونه ها جوش داده می شوند که منطقه تحت تأثیر جوش - HAZ5 - تمام عرض نمونه را دربر نگیرد تا پس از انجام آزمایش بتوان سختی سنجی را به راحتی انجام داد، بعد از آن نمونه ها بین دو گیرهی مسی دستگاه حرارت دهی سریع طوری قرار داده می شوند که هیچگونه درزی بین نمونه و گیره ها نباشد، چون این درزها می توانند خلأهای حرارتی ایجاد کرده و در اندازه گیری دما خطا ایجاد کنند. در نهایت نیز بلافاصله پس از اتمام عملیات پالس دهی نمونهها با پاشش آب و باد به سرعت خنک می شوند. شرایط کاری دستگاه به نحوی بوده است که تمامی آزمایش ها تحت ولتاژ ثابت 2,5 ولت و جریان متناوب شهری با فرکانس 50 هرتز انجام گرفتند.
ترموکوپل متصل به نمونه ها به سیستم الکتریکی متصل است که این سیستم اطلاعات دمایی را به نرم افزار اعمال کننده پالس های الکتریکی میفرستد، نرم افزار این پژوهش که در فضای LabVIEW طراحی شده است طبق شکل 1 قابلیت این را دارد که در حالت اعمال پالس، 3 متغیر مدت زمان اعمال هر پالس - On time - ، مدت زمان قطع جریان بین دو پالس - Off time - و تعداد دفعات اعمال پالس الکتریکی - No. of Period - را
