بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش عملیات آنیل پیوسته در شرایط آزمایشگاهی شبیهسازی گردید. برای انجام این پژوهش از یک کوره القایی با فرکانس بالا برای شبیهسازی آزمایشگاهی استفاده گردید. ابتدا دقت این آزمون با استفاده از دوگرید فولادی - DX54D - IF - , E275 - HSLA - - اعتبار سنجی گردید. این دو گرید در حال حاضر در مجتمع فولاد مبارکه تولید و در کارخانه ورق خودرو چهارمحال تحت عملیات آنیل پیوسته قرار میگیرند. آزمونهای اولیه نشان داد که تطابق خوبی بین خواص مکانیکی - شامل استحکام کششی، تسلیم و ضریب کارسختی - حاصل از شبیهسازی آزمایشگاهی و شرایط واقعی وجود دارد.
مقدمه
با توجه به مسئله مصرف انرژی و سوخت، کارخانه های تولید خودرو به سمت تولید وسایل با مصرف سوخت پایین، گام برداشتند. هرچه اتومبیل سنگینتر باشد، مصرف سوخت آن بیشتر است. پس سبک بودن خودرو ساختهشده، مسئلهای مهم بین کارخانههای تولید خودرو میباشد. بنابراین تولیدکنندگان خودرو در جهان، به این فکر بودند که خودروهایی تولید کنند که ورق فولادی بکار رفته در بدنه آن هم از نظر استحکام و هم از نظر سبک بودن بهینه باشد.
استحکام این فولادها که در خانواده فولادهای پراستحکام کم آلیاژ هستند، 300 تا 400 مگاپاسکال بوده و پیش از فرایند شکلدهی دارای تنش تسلیم پایین و انعطافپذیری بالا میباشند، اما فولادهای سختشونده در اثر پخت فولادهایی هستند که در حین فرایند شکلدهی استحکام تسلیم پایین و درنتیجه، شکلپذیری بالایی دارند و پس از مرحله شکلدهی در اثر فرایند پخت رنگ استحکام آنها افزایش مییابد.
مکانیزم پخت سختی نوعی پیرکرنشی است که تحت تأثیر توزیع و جدایش اتمهای بین نشین کربن و یا نیتروژن در محلولهای جامد بین نشین و لذا تولید نابجاییهای متحرک از طریق اعمال شکلدهی ایجاد میگردد.[2] در حالت کلی، سه روش معمول برای تولید فولادهای پخت سختشونده وجود دارد:
.1تولید ورقهای فولادی کمکربن با مقدار محدود کربن به روش آنیل دستهای .2 تولید ورق فولادی کمکربن در خطوط پیوسته آنیل.3 تولید فولادهای IF به روش آنیل پیوسته.[3] پژوهشهای انجامشده در ایران تاکنون در رابطه با تولید فولادهای پخت سخت شونده به روش آنیل دستهای میباشد. در این رابطه میتوان به پژوهشهای قناعی و همکارانش[4] و همچنین مؤمنی و همکارانش[5] اشاره کرد.
از معایب این روش میتوان به ناهمگنی ساختار، صرف زمان و هزینه بیشتر، خواص مکانیکی نامطلوب و نداشتن کنترلی بر فرایند آنیل اشاره کرد. بنابراین، به دلیل اینکه بعضی از خصوصیات ورقهای آنیل پیوسته شده، همچون کنترل دقیق دمای آنیل و سریع سرد کردن این روش، و همچنین دیگر مزایای گفته شده، روش آنیل پیوسته ترجیح داده میشود. بنا بر آنچه گفته شد در آنیل دستهای نمیتوان همهی گریدهای فولاد موردنیاز را تولید کرد و فقط گریدهای پایین و محدودی را میتوان تولید کرد، اما در آنیل پیوسته با استفاده از تجهیزات موجود و کنترل فرآیندهای عملیاتی میتوان ورقهایی با کیفیت و گریدهای متنوع تولید کرد.
هدف از تعریف این پروژه این است که با توجه به مسئله بهینهسازی مصرف سوخت و انرژی که امروزه در کشور مطرحشده و همچنین هزینههای اقتصادی، نیاز به تولید ورقهای فولادی با استحکام بالا و ضخامت کم به یک روش اقتصادی و بهینه بوده که با بهکارگیری این ورقها در صنعت خودروسازی میتوان خودروهایی با وزن کمتر تولید کرده که در نتیجه مصرف سوخت را کاهش دهند.
روش تحقیق
جدول1 ترکیب شیمیایی فولادهای موردبررسی را نشان میدهد. ابتدا نمونههایی از هر دو ورق با ابعاد 2×8 سانتیمتر تهیه شد. برای شبیهسازی سیکل آنیل پیوسته، از یک کویل القایی با قطر داخلی 70 میلیمتر و تعداد دور 9، استفاده شد. نمونهها در وسط کویل قرار داده شد و با اعمال حدود 50 درصد توان به دمای 840 درجه سانتیگراد رسیدیم. در ادامه با استفاده از یک حمام نمک و دمای 460 درجه سانتیگراد سیکل گالوانیزه شبیهسازی شد و پس از زمان 30 ثانیه نمونهها در آب کوئنچ شدند. شماتیکی از محل قرارگیری نمونهها در کویل موردنظر در شکل 1 آورده شده است.
نمونههای کشش براساس استاندارد ASTM : E8M و موازی با جهت نورد از ورقهای مختلف تهیه شد. طول و عرض سنجهی نمونههای کشش به ترتیب برابر با 25 و 6 میلیمتر بود. سپس نمونهها توسط دستگاه کشش Hounsfield H25KS با نرخ کرنش اولیهی 6,6 × 10- 4 S -1 مورد آزمایش قرار گرفتند. ازدیاد طول کل نمونهها از طریق اندازهگیری اختلاف بین طول سنجه قبل و بعد از آزمون کشش به دست آمد. پس از انجام آزمایش کشش، منحنی های تنش مهندسی کرنش مهندسی برای نمونهها رسم شد. سختی نمونهها برحسب ویکرز و در بار 10 N اندازهگیری شد. ابتدا مقادیر سختی در ده نقطهی تصادفی از نمونهها به دست آمد، سپس از مقادیر حداکثر و حداقل صرفنظر شد و درنهایت میانگین مقدار سختی با استفاده از 8 مقدار دیگر محاسبه گردید.
نتایج و بحث
شکل 2 مقایسه نتایج بهدستآمده از تست شبیهسازیشده و شرایط واقعی را برای تست کشش نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود نتایج نزدیک به هم بهدستآمده و نتیجه میدهد این شبیهسازی تطابق خوبی با شرایط واقعی را دارد.
شکل 3 نتایج بهدستآمده برای محاسبه توان کرنش سختی را نشان میدهد. با تبدیل نمودار تنش کرنش مهندسی به نمودار تنش کرنش حقیقی، با استفاده از رابطه هولومان1 و لگاریتم گرفتن از آن، با رسم نمودار حاصله مشاهده میشود که یک خط به دست میآید که شیب آن مقدار n را مشخص مینماید. اگر معادله هولومانکاملاً درست باشد باید همواره یک خط راست در این نمودار داشته باشیم. ولی چون این رابطه تجربی است پس همواره بهصورت یک خط راست نیست. بنابراین، این مقدار را در کرنش موردنظر محاسبه میکنند که در اینجا در کرنش 10 تا 15 درصد محاسبه شد.
