فهرست مطالب

Iranian Journal of Materials Forming - Volume:6 Issue:2, 2019
  • Volume:6 Issue:2, 2019
  • تاریخ انتشار: 1398/07/09
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مرجان رزاقی، حامد میرزاده*، مسعود امامی صفحات 2-9

    تاثیر افزودن آلومینیم، روی و منگنز در کنار استفاده از فرآیند اکستروژن داغ بر ریزدانه سازی و بهبود خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم بررسی شد. براساس آلیاژ 2Al-Mg ،مشخص شد که افزودن نیم درصد وزنی روی و یا نیم درصد وزنی منگنز راه مناسبی برای ریزدانه سازی منیزیم آلفا در حالت ریختگی است. همچنین، ریزدانگی قابل توجهی از طریق فرآیند اکستروژن داغ قابل دستیابی است به شکلی که برای آلیاژ 5Mn.0-2Al-Mg ،نسبت اندازه دانه ریختگی بهاندازه دانه اکسترود شده به 165رسید. بهبود شدیدی در تنش تسلیم و استحکام کششی نهایی بهدست آمد که بهبود تنش 309 به متوسط اندازه دانه ربط داده شد. با ریزدانه سازی، نسبت تسلیم ابتدا تغییر چندانی از خود 5.µm0/MPa تسلیم توسط اثر هال-پچ با شیب نشان داد، درحالیکه استحکام نهایی، توان کارسختی، و ازدیاد طول یکنواخت افزایش یافتند. اما با ریزدانه سازی زیر اندازه دانه انتقالی (حدود µm 32) نسبت تسلیم به شدت افزایش یافت که به افزایش تنش تسلیم نسبت داده شد. بنابراین، امکان بهبود بیشتر ازدیاد طول یکنواخت با ریزدانه سازی وجود نداشت درحالیکه بهبود در تنش تسلیم و استحکام نهایی قابل دستیابی یود.

    کلیدواژگان: آلیاژهای منیزیم، خواص کششی، اندازه دانه، استحکام بخشی هال-پچ
  • مهدی صفری*، جلال جودکی صفحات 10-19

    در این پژوهش، شبیه سازی اجزای محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاسی غیرمشابه بررسی میشود. مواد جوش داده شده، آلیاژهای آلومینیوم T6-6061 و T6-7075 می باشند. بدین منظور، یک مدل اجزای محدود ترمومکانیکال کوپل سه بعدی بر مبنای روش کوپل الگرانژی اویلری (CEL) توسعه داده میشود. روش CEL مزایای هر دو شبکهبندی الگرانژی و اویلری را دارد و این بدان معناست که این روش نه تنها میتواند تغییر شکل المان را در مسائل با تغییر شکل زیاد حل نماید بلکه قادر است که مرز فیزیکی ماده را نیز به طور دقیق ارائه نماید. در این مقاله، اثرات موقعیت ماده مستحکم تر (T6-7075 Al) و پروفیل پین ابزار بر نمودارهای دما و توزیع ماده در فلز جوش و ناحیه متاثر از حرارت بررسی می شوند. نتایج نشان میدهند که سرعت ماده در اطراف ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای ابزار شیاردار بیشتر از سایر ابزارها میباشد. همچنین قرارگیری ماده مستحکم تر در سمت پیشروی ابزار منجر به اندکی کاهش دما در مقایسه با قرارگیری ماده مستحکم تر در سمت پسروی ابزار به ازای تمامی پروفیلهای ابزار میشود. ثابت می شود که اگر آلومینیم 7075 در سمت پیشروی ابزار قرار بگیرد، اغتشاش در یک الیه نازک زیر شانه ابزار اتفاق میافتد و نفوذ ماده مستحکم تر در سمت پسرو محدود می شود. به علاوه، یک تطابق خوب بین پروفیل های دمای استخراج شده از اندازه گیری های تجربی و شبیه سازی های عددی به دست می آید و دقت شبیه سازی های عددی تایید می شود.

    کلیدواژگان: آنالیز کوپل اویلری الگرانژی، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی غیرمشابه، شبیه سازی عددی، پروفیل پین ابزار
  • امین جافری سالور، زهره صادقیان *، بهنام لطفی صفحات 20-29

    فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) به عنوان روش روکشکاری برای تولید الیه روکش AA2024 روی ورق AA1050 استفاده شد. پاسهای تقاطعی FSP با همپوشانی 50 %برای روکشکاری درنظر گرفته شد. تاثیر پاسهای FSP و عملیات حرارتی بعدی بر ریزساختار و خواص روکش ها ارزیابی شد. تغییرات ریزساختاری حین FSP و پس از عملیات حرارتی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی انتشارمیدانی (FESEM) بررسی شد. نتایج نشان داد که روکش بدون عیب با فصل مشترک یکنواخت متالورژیکی با استفاده از فرایند FSP قابل دستیابی است. به علاوه، الیه های روکش مقادیر بالاتر سختی نسبت به ماده پایه نشان دادند. عملیات حرارتی T4 بر روی نمونه های FSP شده منجر به سختی باالتری پس از پیرشدن طبیعی گردید. مقدار سختی 160 ویکرز پس از عملیات حرارتی نمونه حاصل از سه پاس تقاطعی بهدست آمد. استحکام کششی لایه های روکش در مقایسه با استحکام MPa 70 در فلز پایه تا MPa 317 پس از سه پاس تقاطعی افزایش یافت.

    کلیدواژگان: روکش کاری، فرایند اصطکاکی اغتشاشی، 2024 A
  • مهدی وحدتی* صفحات 30-41

    مکانیزم فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای (SPIF) براساس تغییر شکل موضعی یک ورق فلزی با استفاده از یک ابزار سر نیمکروی می باشد که مسیر حرکت آن در کنترلر ماشین فرز CNC برنامه ریزی شده است. در این فرآیند، هیچ گونه قالبی به عنوان پشتیبان در زیر ورق استفاده نمی شود. یافته های محققان نشان می دهد که با اعمال ارتعاشات اولتراسونیک در فرآیندهای شکل دهی، نمونه های فلزی به صورت زودگذر و قابل توجهی در معرض نرم شدگی قرار میگیرند. نتایج سودمند اعمال ارتعاشات اولتراسونیک در فرآیندهای شکل دهی، ناشی از دو تاثیر حجمی و سطحی است که به ترتیب مرتبط با تغییر خواص ماده و تغییر شرایط اصطکاکی می باشد. در مقاله پیشرو، فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای به کمک ارتعاشات اولتراسونیک (UVaSPIF) در نرم افزار المان محدود، شبیه سازی شد. نتایج حاصل از تحلیل عددی نشان داد که تحریک اولتراسونیک ابزار شکل دهی و افزایش دامنه ارتعاش موجب کاهش نیروی اصطکاک و کاهش مولفه عمودی نیروی شکل دهی می شود. در ادامه، نتایج حاصل از فرآیند شبیه سازی با نتایج حاصل از آزمون تجربی تحت فرکانس kHz 20 و دامنه ارتعاش μm 5.7 ،مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که مطابقت بسیار خوبی میان مقادیر مولفه عمودی نیروی شکل دهی حاصل از تحلیل عددی و آزمون تجربی برقرار می باشد.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، ارتعاشات اولتراسونیک، تحلیل المان محدود، نیروی اصطکاک، نیروی شکل دهی
  • ایمان کاسب، محمد معظمی گودرزی*، علیرضا عباسی صفحات 42-51

    در این تحقیق اثر اندازه ذرات پودر هیدرید- دیهیدرید تیتانیم بر فشرده پذیری و تفجوشی آنها مطالعه شده است. به این منظور پودر تیتانیم خالص تجاری با سه اندازه ذرات متفاوت به کار گرفته شد. فشردهسازی تحت فشارهای اعمالی 200 تا 650 مگاپاسکال و تفجوشی در دماهای 1100 تا 1400 درجه سانتیگراد انجام شد. رفتار فشرده پذیری پودرهای با اندازه متفاوت، با اندازه گیری چگالی خام نسبی پس از فشرده سازی در فشارهای اعمالی مختلف مطالعه شد. ریزساختار خشته های تفجوشی شده نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پودرهای ریز کمترین فشرده پذیری را دارند. داده های فشرده پذیری با استفاده از مدل های فشردگی متداول بررسی شدند که در نهایت معادله هکل اصلاح شده بهترین انطباق را نشان داد. علاوه بر این، بیشترین تفجوشی پذیری برای پودرهای ریز حاصل شد؛ به طوری که بالاترین چگالی نسبی (98 %تئوری) برای پودرهای ریز فشرده شده در 650 مگاپاسکال و تفجوشی شده در دمای 1400 درجه سانتیگراد به دست آمد. با این وجود، نتایج نشان داد که دمای 1200 درجه سانتیگراد برای تفجوشی پودرهای تیتانیمی با اندازه ذرات متوسط و درشت مناسب تر است. نتایج سختی سنجی نشان داد که تولید خشته های تیتانیم خالص با خواص مکانیکی مناسب از طریق تفجوشی در دمای بهینه شده در خلا امکانپذیر است.

    کلیدواژگان: متالورژی پودر، تیتانیم، فشردهپذیری، معادلات فشردگی، تفجوشیپذیری
  • مینا امیری*، رامین ابراهیمی صفحات 52-61

    هدف از این پژوهش بررسی امکان ساخت موجبر پیچشی با مقطع مستطیل که به منظور چرخش امواج الکترومغناطیس استفاده می شود، می باشد. برای این منظور فرآیند ساخت یک موجبر پیچشی با مقطع مستطیل از جنس آلومینیوم از طریق روش المان محدود با استفاده از نرم افزار Deform ،شبیه سازی گردید. طول و زاویه ی بهینه ی قالب پیچش جهت تولید یک موجبر پیچشی با سطح مقطع داخلی 86/22 میلیمتر و 16/10 میلیمتر و طول 50 میلیمتر و زاویه ی پیچش 90 درجه بررسی شد. همچنین تاثیر عواملی مانند طول، ضخامت، ابعاد سطح مقطع موجبر و اصطکاک بر طول بهینهی قالب پیچش و اعوجاج سطح مقطع مطالعه گردید. نتایج این پژوهش نشان دهنده ی اثرگذاری طول قالب پیچش و عدم اهمیت اصطکاک بر میزان پیچش موجبر میباشند. مقایسه ی مقادیر تنش موثر و تنش سیلان در سطح مقطع قطعه در پشت قالب پیچش، نشان داد که به دلیل کمتر بودن مقادیر تنش موثر، پدیده تسلیم در پشت قالب پیچش اتفاق نخواهد افتاد.

    کلیدواژگان: اکستروژن، موجبر پیچشی با مقطع مستطیل، شبیه سازی، قالب پیچش
  • سید محمدحسین میرباقری *، مینا صالحی، امین جعفری رامیانی صفحات 62-81
|
  • Marjan Razzaghi, Hamed Mirzadeh *, Massoud Emamy Pages 2-9

    The effects of the addition of Al, Zn and Mn along with the application of the hot extrusion process on the microstructural refinement and enhancement of mechanical properties of magnesium alloy were studied. Based on the Mg-2Al alloy, it was found that the addition of 0.5 wt% Zn to form Mg-2Al-0.5Zn alloy or 0.5 wt% Mn to form Mg-2Al-0.5Mn alloy is the effective way for grain refinement of α-Mg in the as-cast state. Moreover, further remarkable refinement of grain size can be achieved by the extrusion process in such a way that the average grain size of the extruded Mg-2Al-0.5Mn alloy was determined to be 1/165 that of as-cast Mg. The obtained refined alloys showed significant enhancement of yield stress and tensile strength, where the former was successfully related to the average grain size by the Hall-Petch relationship with the slope of ~ 309 MPa/µm0.5. By grain refinement, firstly the yield ratio did not change considerably while tensile strength, the work-hardening exponent, and the uniform elongation increased. However, after a transition grain size (~ 32 µm), the yield ratio increased sharply due to the large increase in the yield stress, and hence, it was not possible to further enhance the uniform elongation by grain refinement despite obtaining higher yield and tensile strengths.

    Keywords: Magnesium alloys, Tensile properties, Grain size, Hall-Petch strengthening
  • Mehdi Safari *, Jalal Joudaki Pages 10-19

    In this work, the finite element simulation of dissimilar friction stir welding process is investigated. The welded materials are AA 6061-T6 and AA 7075-T6 aluminum alloys. For this purpose, a 3D coupled thermo-mechanical finite element model is developed according to the Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) method. The CEL method has the advantages of both Lagrangian and Eulerian approaches, which means it can simultaneously solve the singularity in the large deformation problems and describe the physical boundary of the material accurately. In this paper, the effects of the position of the harder material (AA 7075-T6 aluminum alloy) and the tool pin profile on the temperature distribution and material flow in the weld metal and heat affected zone (HAZ) are investigated. The results show that the material velocity around the FSW tool is found to be higher using a grooved pin profile. Moreover, placing the harder material at the advancing side results in slightly lower process temperatures in comparison to the estimated temperature when the material is placed at the retreating side for all types of tool profiles. It has been proved that if the AA 7075-T6 aluminum alloy is at the advancing side, mixing happens in a thin layer below the tool shoulder, and the penetration of the harder material into the retreating side is found to be limited. In addition, good agreement between the temperature distribution obtained from the experimental measurements and numerical simulations is achieved and the accuracy of the numerical model is confirmed.

    Keywords: Coupled Eulerian-Lagrangian analysis, CEL, Dissimilar friction stir welding, Numerical modeling, Tool pin profile
  • Amin Jaferi, Z. Sadeghian *, B. Lotfi Pages 20-29

    Friction stir processing (FSP) was used as a cladding method for the fabrication of a AA2024 clad layer on a AA1050 sheet. Crossover multi pass FSP with 50% overlap was considered as the cladding method. Effects of the number of FSP passes and post heat treatment on the microstructure and properties of clad layers were evaluated. Microstructural evolutions during the FSP and heat treatment were investigated by field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results showed that a defect free clad layer and a uniform metallurgical interface between the clad layer and base material can be achieved by the FSP. Moreover, clad layers exhibited higher hardness values in comparison to the base material. T4 Heat treatment of the FSPed samples resulted in comparatively high hardness values after natural aging. The highest hardness value of about 160 HV was achieved after heat treatment of the sample obtained from 3 intersecting FSP passes. Tensile strength of clad layers increased to 317 MPa after three intersecting FSP passes, compared to about 70 MPa of Al substrate.

    Keywords: Cladding, Friction stir processing, AA 2024
  • Mahdi Vahdati * Pages 30-41

    The mechanism of Single Point Incremental Forming (SPIF) process is based on localized plastic deformation of a sheet metal using a hemispherical-head tool that follows the path programmed into the controller of a CNC milling machine. In this process, no die is used under the sheet metal for support. The researchers' findings show that by applying ultrasonic vibration in forming processes, metallic samples are subjected to plasticization transiently and considerably. The beneficial results of applying ultrasonic vibration in the forming processes are due to volume and surface effects that are related to the change in the properties of material and change of frictional conditions, respectively. In this article, the Ultrasonic Vibration-assisted Single Point Incremental Forming (UVaSPIF) process was simulated in finite element software. The results of numerical analysis showed that ultrasonic excitation of the forming tool and increasing of the vibration amplitude reduced the friction force and the vertical component of forming force. In the following, the results of the simulation process were compared with the experimental results at a frequency of 20 kHz and 7.5 μm vibration amplitude. The study of the results showed that there was a very good agreement between the values of the vertical component of the forming force resulting from the numerical analysis and the experimental test.

    Keywords: Incremental Forming, Ultrasonic Vibration, Finite Element Analysis, Friction Force, Forming Force
  • Iman Kaseb, Mohammad Moazami Goudarzi *, Alireza Abbasi Pages 42-51

    In this research, the effects of the powder particle size on the compaction and sintering of Hydride–Dehydride titanium powders are investigated. Commercially pure titanium powders with three different size ranges were utilized. Compaction was accomplished under applied pressures of 200 to 650 MPa. Sintering was carried out at 1100 to 1400 ºC temperatures. The compressibility behavior of the differently-sized powders was studied by measuring the density of the green compacts. The microstructure of the produced compacts was studied using scanning electron microscopy. Results showed that the small powders have the least compressibility. The compressibility data was analyzed and studied by common compaction equations. The modified Heckel equation showed the best correspondence. In addition, measuring the density of the sintered compacts showed that the small powders had the highest sinterability. The highest amount of sintered density (98% theoretical) was attained for the small powders compacted under 650 MPa and sintered at 1400 ºC. However, the sintering temperature of 1200 ºC was recognized as the most appropriate temperature for the middle and large-sized titanium powders. The results of the hardness tests showed that the appropriate mechanical properties could be attained for commercially pure titanium powder compacts by vacuum sintering accomplished at the optimum sintering circumstances.

    Keywords: Powder metallurgy, Titanium, Compressibility, Compaction equations, Sinterability
  • Mina Amiri *, Ramin Ebrahimi Pages 52-61

    The aim of the present study is to determine the feasibility of making a rectangular twist waveguide used to rotate electromagnetic waves. For this purpose, the process of fabricating an aluminum rectangular twist waveguide was simulated by making use of finite element method and Deform software. The optimum length and angle of the twist die for manufacturing a twist waveguide with inner cross sectional dimensions of 22.86 mm × 10.16 mm and a length of 50 mm and twisting angle of 90 degrees were investigated. Moreover, the effect of certain factors such as the length, thickness, cross section dimensions of the waveguide and friction on the optimum length of the twist die and cross sectional distortion was studied. The results of this study indicated that the length of the twist die had an influence on the amount of twisting, while friction was of no importance. In addition, comparing the values of effective stress and flow stress at the cross section of the workpiece behind the twist die depicted that the workpiece would not yield behind the twist die due to smaller values of effective stress.

    Keywords: Extrusion, Rectangular twist waveguide Simulation, Twist die
  • Seyed Mohammad Mirbagheri *, Mina Salehi, Amin Jafari Ramiani Pages 62-81

    The purpose of this paper is to investigate the work hardening behavior and energy absorption characteristic of metallic foams and functionally graded foam filled tubes, including single-, double- and triple-layer foams. Closed-cell A356 alloy and pure zinc foams are fabricated by casting method. The results illustrate that the metallic foams show partially brittle compressive deformation associated with cell walls’ bending and tearing. A nonlinear asymptotic model, , is proposed to represent the hardening behavior of metallic foams and graded foam filled tubes as a function of relative density. The development of a complementary model, , leads to a more accurate estimation of crushing response considering the stress oscillations, particularly for the A356 foam with high degrees of oscillation and multi-layered structures containing distinct plateau regions. Therefore, the present model is fairly consistent with the experimental results. Greater density and strength of the zinc foam compared to those of the A356 foam cause the highest total energy absorption of 581 J in the zinc foam filled tube and the highest specific energy absorption of 459.2 J/(g/cm3) in the A356 foam filled tube. The presence of zinc foam results in the decrease of specific energy absorption. However, it plays a dominant role in adjusting the crash features of graded structures. The compressive properties of multi-layered structures can be controlled by varying the number and material of the layers at constant geometric features.

    Keywords: Metallic foam, Multi-layered foam filled tube, Plastic deformation, Energy absorption, Strain hardening