بررسی اثر پارامترهای فرآیند تولید شمش نیمه جامد آلیاژ Al-A356 بر روی خواص قطعه تولیدی به روش تیکسوفورجینگ

بررسی اثر پارامترهای فرآیند تولید شمش نیمه جامد آلیاژ Al-A356 بر روی خواص قطعه تولیدی به روش تیکسوفورجینگ
مقطع : کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – گرایش ساخت و تولید
چکیده
مزایای استفاده از فرآیندهای نیمه¬جامد کاهش میزان تخلخل¬های گازی و انقباضی و اصلاح ریزساختار است که بهبود خواص مکانیکی قطعه را بدنبال دارد. در این تحقیق از روش سطح شیب¬دار خنک¬شونده به منظور تولید شمشال¬های اولیه استفاده شده است. هدف اصلی این مرحله تولید شمشالی با ریزساختار مطلوب از نظر کوچکترین اندازه دانه و بالاترین فاکتور شکل بوده که این امر از طریق ایجاد شرایط بارریزی کنترل شده و یکنواخت با قابلیت کنترل اتمسفر محقق گردید. در مرحله بعد با استفاده از شمشال به دست آمده و از طریق فرآیند آهنگری با شمش نیمه¬جامد، تولید قطعه درپوش گیربکس حلزونی مدل 62 بدلیل داشتن دیواره¬های صاف و نازک صورت پذیرفت. هدف بخش دوم تولید قطعه¬ای صنعتی نزدیک به شکل نهایی با استحکام مناسب بود. در این تحقیق تاثیر پارامترهای فرآیند سطح شیب¬دار شامل دما، طول و زاویه سطح شیب¬دار، دما و نرخ بارریزی به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفت. برای اینکه بتوان اثر پارامترهای متقابل را مورد بررسی و تحلیل قرار داد از روش طراحی فاکتوریل استفاده شد. همچنین بررسی ارتباط بین پارامترهای فرآیند و عوامل موثر بر غیردندریتی شدن ریزساختار که شامل نرخ برش، مدت زمان اعمال آن و کسر جامد دوغاب می¬باشند، با استفاده از شبیه¬سازی اجزای محدود و از طریق نرم¬افزار Flow-3D بررسی گردید. در ضمن بدلیل اینکه آلومینیم فلزی است که بخصوص در حالت مذاب قابلیت واکنش شیمیایی و حلالیت فیزیکی با اجزای هوای محیط بخصوص اکسیژن و هیدروژن را دارد که منجر به ایجاد ترکیبات اکسیدی و تخلخل در شمشال می¬شود تاثیر کنترل اتمسفر توسط گاز آرگون مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله دوم نیز بعد از تولید قطعه سالم، تاثیر عوامل موثر نظیر دمای قطعه و قالب، مدت زمان نگهداری قطعه در دمای نیمه¬جامد، فشار اعمالی به قطعه و سرعت رام پرس بررسی گردید. برای داشتن تحلیل دقیق¬تر و برقراری روابط حاکم در تاثیر عوامل موثر با استفاده از نرم¬افزار Deform-3D، شبیه¬سازی¬هایی با شرایط حاکم انجام پذیرفت و با نتایج حاصل از آزمون¬های آزمایشگاهی مقایسه گردید.
نتایج نشان داد که مطلوب¬ترین نتیجه از نظر بالاترین درصد کرویت بیشترین مقدار سختی و کوچکترین اندازه دانه در نرخ بارریزی ml/s8، طول سطح mm400، زاویه سطح º40 و دمای بارریزی Cº625 بدست می¬آید. در این شرایط درصد کرویت و اندازه دانه¬ها به ترتیب حدود 77% و µm76 و مقدار سختی حدود HB80 می¬شود. همچنین اثر متقابل پارامترها، تاثیر بیشتری را بر مقادیر خروجی نسبت به تاثیر هر پارامتر به صورت مجزا داشته که در این میان اثر متقابل پارامتر طول سطح شیب¬دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 40% و اثر متقابل پارامترهای دمای بارریزی، طول سطح شیب¬دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 17% دارای بیشترین تاثیر می¬باشند. در ضمن با بکارگیری اتمسفر محافظ بدلیل کاهش میزان ناخالصی و تخلخل در ریزساختار، شکل¬پذیری و استحکام آلیاژ به ترتیب 5/17% و 28% افزایش می¬یابد. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با نتایج شبیه‌سازی نیز نشان می‌دهد که برای داشتن ریزساختار مناسب، در صورتی که کسرجامد دوغاب خروجی بین 30 تا 35 درصد باشد، باید نرخ برش و انرژی تلاطم را تا حد امکان بالا برد. در ضمن شبیه¬سازی انجام گرفته در بخش آهنگری نیمه¬جامد و ارائه پارامترهای وابسته به نرم¬افزار، به خوبی سیلان آلیاژ را در حالت نیمه¬جامد تقریب زده و تطابق خوبی را با نتایج حاصل از آزمون¬های آزمایشگاهی نشان می¬دهد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دمای قالب از °C25 به °C450، مقدار تناژ پرس 21% کاهش پیدا می¬کند. همچنین دمای قالب بالاتر باعث بروز ریزساختاری درشت¬تر و ناهمگن در آلیاژ می¬شود که این امر باعث کاهش تقریبی 13% سختی در نمونه¬ها شده است. با افزایش دمای قطعه و مدت زمان نگهداری در آن دما، رشد دانه¬ها به دلیل پدیده رایپنینگ اتفاق افتاد. نتایج نشان می¬دهد که اندازه دانه¬ها برای مدت زمان نگهداری min 5، با افزایش دما از 570 به °C600 به میزان 5% و در دمای °C570 با افزایش زمان نگهداری از 5 به min 30 به میزان 74% افزایش می¬یابد.

واژه¬های کلیدی: شکل¬دهی نیمه¬جامد، طراحی آزمایشات، تست آزمایشگاهی، سطح شیب¬دار خنک¬کننده، فرآیند آهنگری با شمش نیمه¬جامد

فهرست
1- فصل اول- اصول و کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-1-1- روشهای تولید مخلوط مذاب و جامد 3
1-1-2- فرآیندهای تولید قطعه از مخلوط مذاب و جامد 5
1-1-3- مقایسه فرآیندهای رئوکستینگ با تیگسوکستینگ 7
1-1-4- سازوکارهای حاکم بر تغییرات ساختاری در فرآیند‌های شکل‌دهی نیمه‌جامد 8
1-1-4-1- نظریه تغییر شکل و تبلور مجدد بازوهای دندریتی 8
1-1-4-2- ذوب ریشه بازوهای دندریتی 9
1-1-4-3- سازوکار رشد کنترل شده 9
1-1-4-4- سازوکار به هم پیوستن 9
1-1-5- پارامترهای موثر بر غیردندریتی شدن 10
1-2- طراحی آزمایش 11
1-2-1- کلیات 11
1-2-2- مراحل مختلف طراحی آزمایش 11
1-2-3- انواع طرح¬های آزمایشی 12
2- فصل دوم – پیشینه پژوهش 13
2-1- مقدمه 14
2-2- مروری بر پژوهش¬های مبتنی بر ریخته¬گری روی سطح شیب¬دار 14
2-3- مروری بر پژوهش¬های مبتنی بر عملیات حرارتی و گرمایش مجدد 20
2-4- مروری بر پژوهش¬های مبتنی بر کدنویسی و شبیه¬سازی 24
2-5- مروری بر پژوهش¬های مبتنی بر آهنگری شمش نیمه¬جامد 27
2-6- شرح مسئله و هدف از کار پژوهشی حاضر 33
3- فصل سوم – آزمایشات تجربی 36
3-1- مقدمه 37
3-2- تولید شمش نیمه جامد به روش سطح شیب¬دار 37
3-2-1- ماده اولیه مورد استفاده 37
3-2-2- اندازه¬گیری دماهای خطوط مذاب و جامد 39
3-2-3- تجهیزات مورد استفاده 40
3-2-4- روش انجام آزمایش و پارامترهای مورد بررسی 42
3-3- آهنگری شمش نیمه جامد 44
3-3-1- معرفی قطعه و طراحی قالب 44
3-3-2- شرایط دمایی حاکم و محاسبه میزان کسر جامد 45
3-3-3- روش انجام آهنگری و پارامترهای مورد بررسی 47
3-3-3-1- شکل¬دهی نمونه‌های سربی 48
3-3-3-2- شکل¬دهی نمونه‌های آلومینیمی 49
3-3-3-3- آزمون فشار و آزمون حلقه 50
3-4- چگونگی اندازه¬گیری پارامترهای خروجی 51
3-4-1- مطالعه ریزساختار 51
3-4-2- محاسبه اندازه متوسط دانه و میزان کرویت 52
3-4-3- آزمون سختی سنجی 53
3-4-4- آزمون کشش 53
4- فصل چهارم – شبیه سازی اجزای محدود 54
4-1- مقدمه 55
4-2- شبیه¬سازی اجزای محدود تولید شمش نیمه جامد 55
4-2-1- معرفی نرم¬افزار 55
4-2-2- معرفی مدل و چگونگی مش¬بندی 57
4-2-3- تنظیم پارامترهای فیزیکی و مشخصات سیال 58
4-2-4- اعمال شرایط مرزی و اولیه 59
4-3- شبیه¬سازی اجزای محدود فرآیند آهنگری با شمش نیمه¬جامد 60
4-3-1- معرفی نرم¬افزار 60
4-3-2- مراحل شبیه سازی 60
4-3-3- تنظیم پارامترهای فیزیکی و مشخصات قطعه و قالب 61
4-3-4- نحوه مش¬بندی 62
4-3-5- شرایط مرزی و بارگذاری 63
5- فصل پنجم – نتایج و بحث 65
5-1- مقدمه 66
5-2- بررسی نتایج تولید شمش نیمه¬جامد 66
5-2-1- بررسی مستقل پارامترها و مقایسه با نتایج شبیه¬سازی 66
5-2-1-1- اعتبارسنجی شبیه¬سازی¬ها 66
5-2-1-2- اثر خنک¬کنندگی سطح شیب¬دار 68
5-2-1-3- اثر دمای بارریزی 69
5-2-1-4- اثر زاویه سطح شیب¬دار 74
5-2-1-5- اثر طول سطح شیب¬دار 79
5-2-1-6- تاثیر نرخ بارریزی 82
5-2-2- بررسی مشخصات ساختاری نمونه¬ها با استفاده از روش طراحی فاکتوریل 85
5-2-2-1- بررسی پارامترهای موثر روی درصد کرویت 87
5-2-2-2- بررسی کمترین قطر میانگین اندازه دانه 93
5-2-2-3- بررسی میزان سختی 97
5-2-3- مقایسه حالت بهینه ریخته¬گری در محیط خنثی و اتمسفر 102
5-2-3-1- بررسی میزان تخلخل 102
5-2-3-2- بررسی نمونه¬ها با پراش تفرق اشعه ایکس (XRD) 106
5-2-3-3- بررسی نمونه¬ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 107
5-2-3-4- بررسی خواص کششی 108
5-3- بررسی نتایج آهنگری شمش نیمه¬جامد قطعه درپوش گیربکس حلزونی مدل 62 108
5-3-1- اعتبارسنجی شبیه¬سازی¬ها 108
5-3-2- بررسی تاثیر گرمایش مجدد روی نمونه¬های ریخته¬گری 109
5-3-3- بررسی تاثیر اصطکاک 111
5-3-4- تاثیر سرعت حرکت پرس (نرخ کرنش) 114
5-3-5- تاثیر دمای قالب و فشار پرس 116
5-3-6- اثر دمای قطعه و مدت زمان نگهداری 122
6- فصل ششم – نتیجه گیری و پیشنهادات 128
6-1- نتیجه گیری 129
6-2- پیشنهادات 131

–
تعداد صفحه :153

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند