فهرست مطالب

Iranian Journal of Materials Forming - Volume:6 Issue:1, 2019
  • Volume:6 Issue:1, 2019
  • تاریخ انتشار: 1398/02/08
  • تعداد عناوین: 7
|
  • احمد قیصریان، محمد هنرپیشه * صفحات 2-15

    شکل دهی افزایشی ورق های فلزی پتانسیل قابل توجه ی برای شکل دهی قطعات فلزی پیچیده بدون نیاز به ابزار خاصی را دارا بوده و برای ساخت قطعات فلزی با کاربردهای اقتصادی مناسب و مقرون به صرفه می باشند. در فرآیند شکل دهی افزایشی تک نقطه ای، یک ابزار سر کروی بر روی یک مسیر از پیش تعیین شده حرکت نموده و به شکل دهی ورق میپردازد. هدف از این مطالعه بهینه سازی میزان شکل پذیری و نیروهای شکل دهی ورق دولایه شکل داده شده توسط فرآیند شکل دهی افزایشی می باشد. دو قطر ابزار، دو گام عمودی، دو مسیر حرکت ابزار و چینش ورق به عنوان پارامترهای ورودی در این فرآیند مورد توجه قرار گرفتند. پارامترهای تاثیرگذار بر توانایی شکل گیری و نیروهای شکل دهی با کمک ابزارهای آماری (جدول پاسخ، نمودار پارامترهای اصلی و تاثیرات آنها و ANOVA) شناسایی شدند. تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA) برای نشان دادن تفاوت های بالقوه در میان ابزارهای متفاوت با تست کردن میزان ارتباط بین نمونه ها مورد استفاده گردید، که اینکار آنها را قادر میسازد تا اثرات متغیرهای ورودی را بر روی خروجی ها نشان دهند. یک روش بهینه سازی چند پاسخ برای پیدا کردن مقادیر بهینه پارامترهای ورودی، با استفاده از روش پاسخ دهی سطح و آزمایش تاییدیه برای نشان دادن قابل اطمینان بودن پاسخ های به دست آمده توسط روش RSM مورد استفاده قرار گرفت.

    کلیدواژگان: شکل دهی افزایشی، ورق دولایه، عمق شکست، ANOVA، نیروی شکل دهی
  • مسعود محمودی *، علی نادری صفحات 16-23

    نورد در کانال همسان زاویه دار (ECAR) یک فرآیند تغییر فرم پلاستیک شدید است که جهت تولید ورق فلزی با ساختار فوق ریزدانه به کار گرفته شده است. در کار ارائه شده ارتباط بین خواص مکانیکی و میکروساختاری نمونه ها در طی فرآیند ECAR مورد بررسی قرار گرفته است. روش ریتولد جهت تحلیل الگوی پراش اشعه ایکس مورد استفاده قرار گرفته است تا خواص میکروساختاری شامل اندازه کریستالیت، میکرو کرنش و چگالی نابجایی ها تعیین گردد. مشاهده شد که متوسط اندازه کریستالیت و چگالی نابجایی با افزایش کرنش در طی فرآیند، افزایش یافته است. نتایج نشان دادند که فرآیند ECAR راهکاری است که جهت دستیابی به یک اصلاح ساختاری در یک کریستالیت به کار گرفته شده است. با به کارگیری رابطه تیلور می توان نشان داد که خواص مکانیکی با چگالی نابجایی در ارتباطند. فرآیند ECAR به دلیل افزایش چگالی نابجایی ها در محدوده وسیعی از کرنش، به شدت استحکام تسلیم و میکروسختی ورق را افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: پراش اشعه ایکس، روش ریتولد، چگالی نابجایی، آلومینیوم 6061
  • سمیرا مرادنژاد *، احمد رزاقیان ، مسعود امامی ، رضا تقی آبادی صفحات 24-31

    در این پژوهش به بررسی افزودن درصدهای گوناگون کلسیم(0/5، 1/5، 2 و 3) بر ریزساختار و آنالیز تخلخل درحالت ریخته گی و اکسترود شده آلیاژ تجاری ZK60 پرداخته شده است. بررسی بهبود ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام پذیرفته است. نمونه های ریخته گری اصلاح شده و همگن شده در دمای 350 درجه سانتیگراد با نسبت اکستروژن 12:1 اکسترود شدند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزودن کلسیم موجب تشکیل فازهای جدید و بهبود دانه های می شود. همچنین حضور کلسیم در غلظت های بالاتر (>2% وزنی) موجب تشکیل ذره های بین فلزی غنی از کلسیم در مرزهای سلولی میگردد. اکستروژن داغ بسیار موثر در شکستن شبکه یوتکتیک و تغییر اندازه و مورفولوژی فازهای بین فلزی غنی از کلسیم بود. با استفاده از فرایند اکستروژن و افزایش غلظت کلسیم (تا 0/2 درصد وزنی)، درصد تخلخل برای آلیاژ ZK60 و ZK60+3%Ca به ترتیب از 13،62 به 6،34 درصد و 7،11 به 3،89 درصد کاهش یافت.

    کلیدواژگان: آلیاژ ZK60، ریزساختار، افزودن کلسیم، اکستروژن، آنالیز تخلخل
  • مهدی شبان قاضانی * صفحات 32-43

    در تحقیق حاضر، از تحلیل المان محدود دوبعدی برای بررسی مشخصه های تغییر شکل آلومینیم 1100 درحین فرایند C2S2 استفاده شد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد توزیع کرنش پلاستیک در نمونه تغییرشکل یافته صرف نظر از مقدار ضریب اصطکاک و زاویه قالب به صورت غیریکنواخت است. یکنواخت ترین توزیع کرنش در نمونه زمانی حاصل میشود که ضریب اصطکاک و زاویه قالب به ترتیب 0/3 و 90 درجه درنظر گرفته شود. همچنین مشاهده شد ماکزیمم فاکتور تخریب در نواحی داخلی مقطع ورق ایجاد میشود که مشابه با رفتار تغییر شکل موادی با ضریب کارسختی بالا در حین پرس در کانالهای زاویه دار هم مقطع می باشد. براساس نتایج حاصل از شبیه سازی با ضریب اصطکاک و زاویه قالب مختلف چنین استنباط میشود که مطمئن ترین شرایط تغییرشکل برای جلوگیری از آسیب ورق زمانی حاصل میشود که ضریب اصطکاک برابر با 0/3 و زاویه قالب 90 و 110 درجه درنظر گرفته شود. علاوه بر این با بررسی الگوی توزیع نرخ کرنش نشان داده شد که پهنای ناحیه تغییر شکل با افزایش ضریب اصطکاک و کاهش زاویه قالب کاهش پیدا میکند.

    کلیدواژگان: آنالیز المان محدود، فرایند تغییرشکل C2S2، یکنواختی کرنش پلاستیک، فاکتور تخریب
  • ساعد علی اکبری ثانی، حسین عربی، شهرام خیراندیش، غلامرضا ابراهیمی * صفحات 44-55

    سوپرآلیاژهای کارشده از نوع پایه کبالت حاوی فاز γ/ که بر مبنای سیستم Co-Al-W توسعه یافتهاند، دارای کسر حجمی بالایی از رسوبات فاز گاماپرایم با خواص مکانیکی مناسب هستند که با روش های متداول شکلدهی گرم قابلیت تولید دارند. هدف از تحقیق حاضر پیشبینی تنش سیلان و مدلسازی رفتار کارگرم یک سوپرآلیاژ جدید پایه کبالت γ-γ/ است. آزمایشهای فشار گرم در یک بازه دما وسیع (950°C-1200°C) و نرخ کرنش گسترده (0/001s-1 - 1s-) انجام شد. تحلیل منحنیهای سیلان، مطالعه روابط ساختاری و بررسی ریزساختار نشان داد که در رژیم دمای بالای شکلدهی (1100°C - 1200°C) پدیده تبلور مجدد دینامیکی (DRX) رخ داده است، در صورتیکه در رژیم دمای پایین (1050°C - 950°C)، به علت حضور رسوبات گاماپرایم، پدیده DRX رخ نداده است. بررسی رفتار کارگرم با استفاده از رابطه سینوس هایپربولیک در هر دو رژیم دمایی و با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در تمام دماها انجام شد. مدلسازی با روش روابط بنیادی نشان داد که پیشبینی تنش سیلان در هر دما به خوبی انجام شد، در حالیکه با استفاده از روش ANN دقت بالاتری بهدست آمد. همچنین روش ANN توانایی مدلسازی رفتار کارگرم، بدون اثرپذیری از حضور یا عدم حضور رسوبات فاز گاماپرایم را نشان داد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژهای پایه کبالت ?-?، مدلسازی کارگرم، پیشبینی تنش سیلان، رابطه سینوس هایپربولیک، روش ANN
  • مرتضی میرزایی، محمدحسین پایدار * صفحات 56-63

    در این تحقیق با استفاده از روش مدل سازی دو بعدی اجزاء محدود، اثر شکل و توزیع منظم حفره ها بر خواص الاستیک فوم فولاد زنگ نزن 316L بررسی شد. بدین منظور، منحنی تنش-کرنش فشاری با کمک یک مدل هندسی و داده های این آلیاژ درحالت بدون فوم پیشبینی شد. نتایج نشان داد که شیب ناحیه الاستیک و تنش تسلیم افزایش محسوسی پیدا می کند وقتی که جهت بارگذاری فشاری موازی با جهت بعد بزرگتر حفره است. همچنین، توزیع منظم حفره ها بر خواص فوق تاثیر داشته و کاهش شدیدی دارد وقتی که صفحه ماکزیمم تنش برشی منطبق بر صفحه با تراکم بیشتر حفره باشد. به علاوه، مدل سازی با روش اجزاء محدود نشان داد که خواص الاستیک فوم فولاد زنگ نزن 316L به صورت ناهمسانگرد است و حالت بهینه شدیدا وابسته به شکل حفره و جهت بارگذاری درحالت توزیع منظم حفره ها است.

    کلیدواژگان: شکل حفره، توزیع منظم حفره، ناهمسانگردی، فوم فولاد زنگ نزن 316L
  • نوذر انجبین *، فرخنده عربلو صفحات 64-73

    شناخت رفتار رشد ترک در قطعات مهندسی تحت بارهای متناوب خستگی، برای اهداف طراحی و تعمیر و نگهداری ضروری می باشد. نرخ رشد ترک خستگی (FCG) به میزان زیادی به مشخصات بار اعمالی بستگی دارد که این وابستگی اغلب به صورت غیرخطی است. چنانچه بارهای مکانیکی با حملات محیطی همراه شود این وابستگی پیچیده تر می شود. از آنجایی که انجام مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی رفتار FCG تحت شرایط مختلف بارگذاری و محیطی وقت گیر و پرهزینه است، استفاده از یک روش قابل اطمینان برای پیش بینی این رفتار بسیار حائز اهمیت است. دراین خصوص یک روش مدل سازی مبتنی بر تکنیک حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان (LSSVM) برای پیش بینی رفتار FCG در سه آلیاژ مختلف شامل یک آلیاژ Ti-6Al-4V و دو فولاد حاوی مس کم آلیاژ و استحکام بالا (HSLA) در دو محیط مختلف هوا و محیط خورنده مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای این مدل با استفاده از روش بهینه یابی آنیل شبیه سازی شده کوپل محاسبه گردید. همچنین عملکرد و دقت مدل توسعه داده شده با استفاده از قابلیت مدل برای پیشبینی داده های آزمایشگاهی مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گرفت. تحلیل آماری خطا نیز نشان داد که مدل توسعه داده شده می تواند داده های آزمایشگاهی را با دقت بالایی پیشبینی نمایید.

    کلیدواژگان: رشد ترک خستگی- خوردگی، مدلسازی، Ti-6Al-4V، LSSVM، فولاد HSLA
|
  • A. Gheysarian, M Honarpisheh * Pages 2-15

    Single point incremental sheet forming (SPISF) has demonstrated significant potential to form complex sheet metal parts without using component-specific tools and is suitable for fabricating low-volume functional sheet metal parts economically. In the SPIF process, a ball nose tool moves along a predefined tool path to form the sheet. This work aims to optimize the formability and forming forces of Al/Cu bimetal sheet formed by the single-point incremental forming process. Two levels of tool diameter, step size, tool path and sheet arrangement were considered as the input process parameters. The process parameters influential in the formability and forming forces have been identified using the statistical tool (response table, main effect plot and ANOVA). Analysis of variance (ANOVA) was used to indicate potential differences among the means of variables by testing the amount of population within each sample, which enabled it to show the effects of input variables on output ones. A multi response optimization was conducted to find the optimum values for input parameters by response surface methodology (RSM), and the confirmatory experiment revealed the reliability of RSM for this approach.

    Keywords: Incremental sheet forming, Bimetal sheet, Fracture depth, ANOVA, Forming force
  • M Mahmoodi *, A Naderi Pages 16-23

    Equal channel angular rolling (ECAR) is a severe  plastic deformation (SPD) technique which has been used to produce metal sheets with ultra-fine grain structure. In the present work, the relationships between the mechanical properties and microstructure of samples during the ECAR process have been investigated. The Rietveld method was applied to analyze the X-ray diffraction pattern and to determine the microstructural characteristics including the crystallite size, microstrain, and dislocation density. It was observed that the average crystallite size and dislocation density increased by increasing the strain during the ECAR process. The results showed that ECAR is a procedure intended to obtain meaningful structural refinement appearing in a crystallite. It can be justified by using Taylor equation that the mechanical properties are related to the dislocation density. The ECAR process strongly increases the yield strength and microhardness due to an increase in the dislocation density over a wide range of strain.

    Keywords: ECAR, X-ray diffraction, Rietveld method, Dislocation density, Al6061
  • S. Moradnezhad *, A. Razaghian, M. Emamy, R. Taghiabadi Pages 24-31

    This research work has been carried out to study the effect of different Ca contents (0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 3.0) on the microstructure and porosity content of ZK60 alloys. The samples were examined by using optical and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the modification efficiency of the alloy with different Ca concentrations. The cast specimens were modified, homogenized and extruded at 350 °C at an extrusion ratio of 12:1. The experimental results showed that the addition of Ca brings about the precipitation of a new phase and refines the as-cast grains. It was also found that the presence of Ca at higher concentrations (>2 wt. %) results in the formation of hard Ca-rich intermetallics segregated in cell boundaries. Hot-extrusion was found to be powerful in breaking the eutectic network and changing the size and morphology of Ca-rich intermetallic phase. By applying the extrusion process and increasing Ca concentration (up to 2.0 wt. %), the porosity percentage decreased from 13.62% to 6.34% and 7.11% to 3.89% for ZK60 and ZK60+3%Ca alloys, respectively.

    Keywords: ZK60 alloy, Microstructures, Ca addition, Extrusion
  • M. Shaban Ghazani * Pages 32-43

    In the present investigation, two dimensional elastoplastic finite element analysis was conducted to assess the deformation characteristics of Al 1100 alloy during continuous confined strip shearing (C2S2) process. The results of simulations showed that the plastic strain distribution across the deformed sample is non-uniform irrespective of the amount of friction and C2S2 die angle. The most uniform distribution of equivalent strain is achieved when the friction coefficient and die angle are equal to 0.3 and 90˚ respectively.  It was also observed that the maximum damage factor is located in the inner regions of the cross section of the plate similar to the conventional ECAP processing of soft materials with higher strain hardenability. According to a set of simulations, executed at different frictions and die angles, it was demonstrated that the safest condition is achieved during deformation with a friction coefficient of 0.3 and die angles of 90˚ and 110˚. Besides, the analysis of the equivalent strain rate pattern showed that the width of the deformation zone decreases by increasing the friction coefficient and decreasing the C2S2 die angle.

    Keywords: Finite element analysis, C2S2 process, Strain homogeneity, Damage accumulation
  • S. Ali Akbari Sani, H. Arabi, S. Kheirandish, G.R. Ebrahimi * Pages 44-55

    The new class of wrought γ-γ/ Co-base superalloys, which are based on Co-Al-W system,  was developed by conventional hot working routes with a high volume fraction of γ/ precipitates and good mechanical properties. The aim of the present study was to predict the flow stress and hot deformation modeling of a novel γ-γ/ Co-base superalloy. The hot compression tests were carried out over a wide range of temperatures (950°C-1200°C) and strain rates (0.001s-1-1s-1). The flow stress analysis, constitutive approach and microstructure characterization revealed that dynamic recrystallization (DRX) occurred at a high temperature regime (1100°C-1200°C) but not at a low one (950°C-1050°C) due to the presence of γ/ precipitates. The hot deformation characteristic was studied using the hyperbolic sine equation on each of the above-mentioned regimes and the ANN approach on the overall conditions. The constitutive method indicated good potential for the prediction of the flow stress at each separated regime, but the ANN model represented a much more appropriate performance. The outstanding predictability of the ANN model regardless of the γ/ phase participation during the thermomechanical processing under the overall deformation conditions can be considered as another achievement of the proposed approach.

    Keywords: ?-?, Co-base superalloys, Hot deformation modeling, Flow stress prediction, Hyperbolic sine equation, ANN
  • M. Mirzaee, M.H. Paydar * Pages 56-63

    In this study, two-dimensional finite element modeling was used to study the simultaneous effect of the cell shape and regular cell distribution on the anisotropy of the elastic properties of 316L stainless steel foam. In this way, the uniaxial compressive stress-strain curve was predicted using a geometric model and fully solid 316L stainless steel. The results showed that the elastic tangent and the yield strength increase significantly if the direction of the loading is parallel to the major cell dimension. Besides, the regular cell distribution affects the above properties, and the sharp drop in the mechanical properties is observed when the maximum shear stress plane is parallel with the plane including higher cell density. In addition, the finite element modeling showed that the elastic properties of porous 316L stainless steel are anisotropic and the optimum conditions depend entirely on the shape of the cells and the loading direction in the regular cell distribution foam.

    Keywords: Cell shape, Regular cell distribution, Anisotropy, 316L stainless steel foam
  • N. Anjabin *, F. Arabloo Pages 64-73

    Understanding crack growth behavior in engineering components subjected to cyclic fatigue loadings is necessary for design and maintenance purpose. Fatigue crack growth (FCG) rate strongly depends on the applied loading characteristics in a nonlinear manner, and when the mechanical loadings combine with environmental attacks, this dependency will be more complicated. Since, the experimental investigation of FCG behavior under various loading and environmental conditions is time-consuming and expensive, applying a reliable methodology for prediction of this property is essential. In this regard, a modeling technique based on least square support vector machine (LSSVM) framework is employed for prediction of FCG behavior of three different alloys including, Ti-6Al-4V alloy and two Cu-strengthened high strength low alloy (HSLA) steels in the air and corrosive media. The parameters of the developed model were calculated employing the coupled simulated annealing optimization technique. The performance and accuracy of the developed models were tested and validated by their ability to predict the experimental data. Statistical error analyses indicated that the developed model can satisfactorily represent the experimental data with high accuracy.

    Keywords: Corrosion-fatigue crack growth, Modeling, LSSVM, Ti-6A1-4V, HSLA steel