بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله بررسی تاثیر برخی از پارامتر های ریخته گری نظیر قید قالب و قطعه و سرمایش غیر همگن بر میزان تنش و کرنش پسماند ایجاد شده در قطعات ریختگی فولادی می باشد. به این منظور یک مدل H شکل انتخاب شده و با استفاده از نرم افزار تجاری المان محدود ABAQUS فرایند سرمایش قطعه درون قالب شبیه سازی شده و حل همزمان حرارت و تنش در قطعه صورت گرفت.
قطعات دارای قسمت های بهم پیوسته با پیچیدگی های هندسی به دلیل وجود قید هایی از طرف قطعه و قالب که از انقباض قطعه ممانعت می کنند پتانسیل زیادی در تشدید تنش پسماند دارند. اجزای سیستم راهگاهی و هر عامل دیگری که از انقباض قطعه ممانعت کند موجب ایجاد تنش پسماند بوده و بایستی در شبیه سازی لحاظ گردد.
اگر افزایش سرعت سرد شدن همراه با قیود مکانیکی اعمالی از جانب قالب باشد سبب افزایش تنش پسماند بوده و در غیر اینصورت نمی تواند تنش پسماند را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد. جهت اعتبار دهی به نتایج شبیه سازی از روش سوراخکاری و کرنش سنج برای اندازه گیری تنش های پسماند در قطعات ریخته شده استفاده گردید. نتایج تجربی و شبیه سازی از انطباق خوبی برخوردار بودند.
۱. مقدمه
در فرایند ریخته گری به دلیل سرمایش غیر یکنواخت، تغییر فاز و قیدهای مکانیکی تنش های پسمان به وجود می آین . اعوجاج و تغییرات ابعادی که از تنش های پسمان ناشی شده اند به طور مستقیم بر دقت ابعادی محصول نهایی تاثیرگذار می باشن . امروزه طراحی های مبتنی بر سعی و خطا جهت رسیدن به کیفیت مطلوب جای خود را به شبیه سازی های عددی داده ان . با استفاده از شبیه سازی می توان توزیع و مقدار تنش های پسماند را در قطعه پیش بینی و طراحی را بهینه ساخت. در سالیان اخیر تلاش های بسیاری جهت بررسی و شبیه سازی اثر پارامتر های گوناگون بر تنش های پسمان حاصله از ریخته گری صورت گرفته است.
اثر قیدهای مکانیکی خارجی، ضریب انبساط حرارتی، مادول یانگ و سرعت سرمایش روی ایجاد تنش های پسماند در بسیاری از قطعات آزمایشگاهی و صنعتی بررسی ش ه است]۱-۸.[ اثر استحاله های فازی و ریزساختار میکروسکپی بر تنش پسماند مورد تحلیل قرار گرفته است]۹و۰۱.[ اثر استحکام قالب ریخته گری و نوع آلیاﮊ ریختگی آنالیز شده است]۱۱.[ مدل های قالب مجازی برای شبیه سازی اثر مکانیکی و حرارتی قالب مورد بررسی واقع ش ه است]۲۱.[
با وجود پیشرفتهایی که در عرصه شبیه سازی تنش های پسماند در ریخته گری صورت گرفته اما هنوز اثر بسیاری از عوامل که بر مقدار و توزیع تنش در قطعات ریختگی تاثیرگذار هستند مورد بررسی قرار نگرفته است. از جمله این موارد اثر سیستم راهگاهی، تغذیه گذاری و پیچیدگی های هندسی بر تنش پسماند بوده که همواره ریخته گران با آنها مواجه هستند. در این پژوهش سعی شده تا به تاثیر عوامل ذکر شده در ایجاد تنش های پسمان در قطعات ریختگی فولادی پرداخته شود.
۲. مواد و روش تحقیق
٢.١ مدل سازی و ریخته گری
به منظور بررسی دقیقتر پارامترهای ریختهگری مدلی انتخاب شد که میزان تنش پسماند در آن قابل ملاحظه بوده و اندازهگیری آن به راحتی امکان پذیر باشد تا بوسیله آن بتوان پارامترهای مهم ریختهگری نظیر قید قالب و قطعه را مورد بررسی قرار داد. در شکلهای - ١-١ - ، - ١-٢ - و - ١-٣ - مدلهای، H شکل که برای انجام آزمایشات در نظر گرفته شده است، مشخص میباشد.
٣. مدل H با ضخامت میانی cm٢ و دو تغذیه کناری - مدل - C1
در شکل - ۱-۱ - ، قسمت میانی یا پل قطعه ضخامت cm۲ دارد، این قسمت از نمونه پس از انجماد و در حین انقباض توسط دو بازوی کناری H مقید شده و امکان انقباض را نمییابد و تمرکز تنش بسیار زیادی در این قسمت ایجاد میشود، در شکل - ۱-۲ - ضخامت بخش میانی H، cm۱ بوده و شرایط سرمایشی متفاوتی را تجربه میکند، با استفاده از این مدل میتوان سرمایش شدیدتر و غیر همگنی را به نسبت مدلهای قبلی بررسی کرد. در شکل - ۱-۳ - دو تغذیه کناری مشاهده میگردد که میبایست اثر آنها روی تنش پسماند بررسی شود، زیرا که خود این تغذیهها ممکن است به صورت عوامل ایجاد قید عمل- کنند.
در این تحقیق فولاد یوتکتوئید - AISI 1086 - برای ذوب ریزی انتخاب شد. ترکیب نهایی این آلیاﮊ پس از ذوب ریزی و انجام آزمون تعیین ترکیب شیمیایی به روش اسپکترومتری نشری مشخص و در جدول - ۱ - نشان داده شده است. با استفاده از پیرومتر دمای ذوب ریزی کنترل گردید به قسمی که در دمای حدود ◦c۰۰۵۱ مذاب از کوره به بوته منتقل شده و اکسیژن زدایی با افزودن آلومینیوم به میزان ۱/۰ درصد وزنی درون بوته صورت گرفته و در دمایی نزدیک ◦c۰۰۵۱ ذوب ریزی انجام گرفت. سیستم راهگاهی برای ریختهگری، غیر فشاری با نسبت ۲:۱:۱ در نظر گرفته ش . قطعات ۳ ساعت پس از ذوب ریزی از قالب خارج شده، ماسه شویی و تمیز شدند، - شکل - ۲ - - .
