بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نورد گرم فولاد زنگنزن آستنیتی کم کربن - AISI 304L - به صورت تجربی و تئوری مورد تحقیق قرار گرفت. دما و کرنش از مهمترین متغییرهای تأثیرگذار بر رفتار فولاد زنگنزن آستنیتی در طول فرآیند نورد گرم هستند. در نتیجه تحلیل توزیع دما و کرنش در منطقه تغییر شکل نورد گرم از اهمیت ویژهای برخوردار است. در قسمت تئوری با ارائه یک مدل اجزاء محدود ترمومکانیکی در شرایط کرنش صفحهای توسط نرمافزار Abaqus ، میدانهای کرنش و دما حین تغییر شکل گرم این آلیاژ پیشبینی گردید. با کمک این نتایج، قانون جمع پذیری و مدل سینتیک اورامی - Avrrami - تبلور مجدد استاتیکی نیز بررسی گردید.
در مرحله بعد آزمایشهای تجربی نورد گرم با سرعت 50 rpm و در دو دمای 600 C و 900 انجام شد و با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی، تغییرات خواص مکانیکی و ریزساختار محصول نورد شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد، در سطح نمونه نورد به دلیل اصطکاک و افت دمای بیشتر کرنش بیشتر بوده و توزیع کرنش در نمونه نورد شده در دمای 600 C یکنواختتر است. سختی نمونه آنیل و نمونههای نورد شده در دماهای 600 C و 900 به ترتیب 200، 251 و 238 ویکرز بوده است. تنش تسلیم نمونه آنیل و نمونههای نورد شده در دمای 900 C و 600 به ترتیب حدود 320، 490 و 590 مگاپاسکال بوده است.
به طور کلی سختی و تنش تسلیم نمونهها پس از نورد افزایش و با افزایش دمای نورد کاهش یافته است. در مرکز نمونه نورد شده در دمای 900 C در حدود 0/15 ساختار تبلور مجدد استاتیکی رخ داده است. در ساختار متالوگرافی نمونه آنیل دو قلوییهای حرارتی مشاهده شده است. در تصاویر متالوگرافی نمونههای نورد ساختاری به شکل خطوط موازی دیده شد که به نظر میرسد باندهای برشی یا دوقلوییهای مکانیکی هستند. در سطح نمونه که کرنش بیشتری تحمل میکند احتمال تشکیل این خطوط بیشتر بود.
مقدمه
امروزه برای پاسخگویی به تقاضای فولاد صنعت، علی الخصوص صنعت خودرو، فولادهای کیفیت بالا باید در مدت زمان کوتاهی طراحی و تولید شوند. در سالهای قبل روال معمول این کار استفاده از تجربه و دانش مهندسان بود که نقص عمده این روش، انجام سعی و خطا در تولید است؟ حال آنکه با شبیهسازیهای ریاضی و آنالیزهای شکلدهی از جمله نورد گرم میتوان رفتار ماده را با دقت قابل قبول و هزینه کمتر پیشبینی نمود. از آن جایی که فرآیند نورد گرم از فرآیندهای متداول و پر اهمیت در زمینه شکلدهی فلزات است، بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر خواص مکانیکی و فیزیکی محصولات این فرآیند از اهمیت بهسزایی برخوردار خواهد بود.
دما و کرنش از مهمترین متغییرهای حاکم بر رفتار فولاد زنگنزن آستنیتی در طول فرآیند نورد داغ هستند. درنتیجه تحلیل توزیع دما و کرنش در منطقه تغییر شکل نورد گرم از اهمیت ویژهای برخوردار است. استفاده از روشهای تحلیلی به منظور بدست آوردن توزیع دمایی به علت پیچیدگی هندسه نورد و شرایط مرزی بسیار دشوار است و به این دلیل از روشهای عددی استفاده میشود که یکی از مناسبترین روشهای عددی روش اجزاء محدود است.
از روش اجزاء محدود برای محاسبه نیروی تغییر شکل، میدان کرنش، سرعت کرنش و همچنین به منظور تخمین همزمان توزیع دمایی میتوان استفاده کرد. یکی از ویژگیهای این روش این است که میتواند اثر تغییرات بسیار جزئی در دادههای قطعه ورودی را روی متغیرهای مختلف مسئله مشخص نماید.
از دیگر مزایای این روش، عمومیت داشتن و عدم وابستگی آن به یک هندسه متقارن است؟ امروزه این روش در اکثر نرم افزارهای شبیهسازی جامدات مانند آباکوس - Abaqus - و انسیس - Ansys - مورد استفاده قرار میگیرد.[3] تاکنون پژوهشهای متعددی در زمینه شبیهسازی فرآیند نورد گرم فولاد زنگنزن و بررسی پارامتر های تأثیرگذار بر خواص مکانیکی و فیزیکی آنها انجام گرفته است. به عنوان مثال تأثیر نورد چندگانه در دامنه دمایی 500 تا 1000 درجه سانتیگراد بر روی ریزساختار و رفتار کششی فولاد زنگ نزن آستنیتی توسط یانوشکویچ [4] - Yanushkevich, 2011 - ، مورد بررسی قرار گرفته است.
تغییرات ساختاری در حین نورد گرم تا داغ با توجه به کشیده شدن دانههای اصلی در جهت نورد و ایجاد دانههای جدید مشخص میشود. مشاهده شده است که با افزایش دمای نورد، کسر دانههای ریز و اندازه متوسط دانهها افزایش مییابد و نورد چندگانه سبب افزایش قابل ملاحظه استحکام میگردد. دواراجان و همکارانش [5] - Devarajan etal., 2012 - ، نیز در پژوهشی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود Abaqus به بررسی تأثیر پارامترهای نورد در فرآیند نورد سرد در حالت دو بعدی و برای مواد الاستیک-پلاستیک پرداختند.
سرعت اولیه ورق و اصطکاک ثابت در نظر گرفتهشدهاست و سرعت زاویهای و شعاع غلتک در چند مدل تغییر داده شدهاست. مشاهده شده که این پارامترها در میزان تنش پسماند و فشار تماس، همچنین کیفیت محصول نهایی و ارتقاء فرآیند بسیار تأثیر گذارند و با توجه به شرایط نورد باید کنترل شوند.
موخپایا و همکارانش [6] - Mukhopadhyay etal., 2007 - ، به بررسی نحوه توزیع کرنش برشی در شبیهسازی نورد کرنش صفحهای مستقیم و معکوس با استفاده از روش اجزاء محدود در نورد گرم فولاد زنگ نزن 316 کم کربن پرداختند. بدین منظور، میزان کرنش را در هر پاس به صورت جداگانه محاسبه کرده و سپس با هم جمع کردند تا کرنش نهایی بدست آید. همچنین در این پژوهش سینتیک تبلور مجدد و اندازه دانه تبلور مجدد یافته محصول نورد شده مورد مطالعه قرار گرفت. از پروفیل دمایی نمونهها جهت تأیید درستی مدل اجزاء محدود استفاده شد
