بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تولید لوله به روش ایکپ
چکیده
فرایند پرس با کانالهاي هممقطع زاویهدار (ایکپ) یکی از مرسومترین روشهاي تغییرشکل پلاستیکی شدید مواد محسوب میشود که با حفظ ابعاد نمونه قبل و بعد از پروسه، موجب ریزدانگی و سوق پیداکردن اندازه دانه مواد به سمت نانو میگردد. در این تحقیق، قابلیت استفاده از این تکنیک بر روي نمونههاي لولهايشکل بررسی شده است. لولههاي از جنس مس خالص تجاري براي این پژوهش انتخاب شده و فرایند ایکپ با استفاده از میله پلییورتانی به عنوان ماندرل در داخل لولههاي مسی در قالب با زاویه کانال 90 درجه انجام گرفته است. نتایج میکروسختی و ریزساختاري نشان میدهد که بعد از انجام یک پاس ایکپ، سختی لوله مسی از 75 به 121 ویکرز افزایش یافته است. همچنین اندازه دانه نمونه ایکپ شده نیز از 80 به 40میکرومتر کاهش یافته است. استفاده از تکنیک ایکپ براي تولید لوله جهت بهبود خواص مکانیکی توصیه میشود.
کلمات کلیدي: تغییرشکل پلاستیکی شدید، ایکپ، لوله، سختی، ریزساختار
مقدمه
یکی از روشهاي تولید مواد با اندازه دانه نانومتري، فرایندهاي تغییرشکل پلاستیکی شدید است .[1] در این روشها با اعمال تنش برشی به نمونه، اندازه دانهها تا مقیاس نانومتري کاهش یافته و در مقابل خواص مکانیکی، فیزیکی، سایشی و ... فلز بهبود چشمگیري مییابد. از آنجایی که تغییرات ابعادي ماده میتواند مانعی در برابر میزان کرنش اعمالی باشد، لذا روشهاي تغییرشکل پلاستیکی شدید این ویژگی مهم را داراست که ابعاد نمونه قبل و بعد از فرایند تغییر نمیکند .[1] تا به حال چندین روش براي اعمال تغییرشکل پلاستیکی شدید براي میلهها و ورقهاي فلزي از جمله پرس با کانالهاي همسان زاویهدار [2]، پیچش فشار بالا [3]، پیوند نوردي مکرر [4]، موجدار کردن و صاف کردن مکرر [5] و غیره طراحی و ابداع گردیده است اما در اکثر روشها به جز چند روش محدود، ماده دفورمه شده داراي شکل قابل استفاده در صنعت نیست. در مطالعات قبلی تعداد محدودي تحقیق از جمله پرس در کانال لولهاي 6] و[7، پیچش لوله با فشار بالا [8] و غیره براي اعمال تغییرشکل پلاستیکی شدید بر روي نمونههاي لولهاي شکل و توخالی انجام شده است. روش تغییر شکل در کانال-هاي همسان زاویهدار یکی از روشهاي تغییرشکل پلاستیکی شدید و روشی بسیار کارآمد براي تولید مواد با ساختار فوق-العاده ریزدانه است که اولین بار توسط سگال و همکارانش در اواخر سال 1970 میلادي ارائه گردید .[9] از رابطه معروف هال-پچ (رابطه ((1)نیز می توان نتیجه گرفت که با کاهش اندازه دانه، معمولاً استحکام و سختی مواد افزایش مییابد .[10]
هدف از این پژوهش بررسی قابلیت استفاده از فرایند ایکپ براي تولید مواد ریزساختار در لولههاي جدار نازك از جنس مس خالص میباشد. در این تحقیق، از میلهاي انعطافپذیر با جنس پلییورتان به عنوان ماندرل براي لوله مسی استفاده شده است تا در اثر فشار سنبه، از مچاله شدن لوله جلوگیري گردد. همچنین میزان تغییرات خواص مکانیکی، ریزساختاري و ضخامت لوله قبل و بعد از انجام فرایند ایکپ بر روي لوله مسی با استفاده از قالب ایکپ با زاویه کانال 90 درجه مطالعه گردیده است.
مواد و روش تحقیق
مس خالص تجاري به شکل لوله با قطر خارجی 19 میلیمتر و ضخامت 3.5 میلیمتر و طول 140 میلیمتر به عنوان نمونه آزمایش تهیه و در این تحقیق استفاده شده است. قبل از انجام پرس به منظور همگنسازي ماده، نمونه مسی در دماي 500 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت آنیل شده است. همچنین قبل از انجام فرایند ایکپ، میلهاي از جنس پلییورتان با سختی A90 و قطر 12 میلیمتر به عنوان ماندرل انعطافپذیر در داخل لوله مسی قرار داده شد تا از مچاله شدن لوله مسی در حین انجام آزمایش جلوگیري شود تا بعد از انجام آزمایش ایکپ شکل و ابعاد اولیه لوله مسی حفظ گردد. براي انجام آزمایش، قالب ایکپ با زاویه کانال 90 درجه، زاویه کانال خارجی 18 درجه و قطر کانال 19.2 میلیمتر طراحی و ساخته شد. براي کاهش اصطکاك بین دیواره کانال و سطح خارجی لوله مسی، سطح داخلی کانال قالب و همچنین سطح خارجی نمونه توسط روانکار مولیبدن ديسولفید ( MoS2 )کاملاً پوشانیده شده است . با استفاده از پرس هیدرولیکی با ظرفیت 350 تن با سرعت رم 1.5 میلیمتر بر ثانیه آزمایش ایکپ بر روي لوله مسی در دماي محیط انجام گردید. تصاویر تجهیزات پرس و قالب مورد استفاده در شکل (1) آمده است. در شکل (2) تصاویر لوله مسی در حالتهاي قبل و بعد از انجام آزمایش ایکپ مشاهده میشود.
شکل :(1) تجهیزات پرس و قالب ایکپ استفاده شده در آزمایش
شکل (a) :(2) لوله مسی قبل از ایکپ، (b,c) نمونه ایکپ شده
به منظور مطالعه خواص مکانیکی، لوله مسی بعد از فرایند ایکپ تست میکروسختی در راستاي ضخامت لوله در نقاط مختلف سطح مقطع و طول لوله مسی براي حالت هاي قبل و بعد از ایکپ با نیروي 50گرم و زمان 15 ثانیه انجام شده و با یکدیگر مقایسه گردیده است. مقدار سختی در هر منطقه با میانگین گرفتن 3 مقدار سختی در نقاط مختلف آن منطقه بدست آمده است. در نهایت به منظور بررسی تأثیر فرایند ایکپ بر ریزساختار لوله مسی تغییرات ریزساختاري بعد از ایکپ با استفاده از میکروسکوپ نوري بررسی گردیده است.
