فهرست مطالب

Iranian Journal of Materials Forming
Volume:7 Issue: 1, Winter and Spring 2020

  • تاریخ انتشار: 1399/02/30
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مسعود رخش خورشید* صفحات 2-13

    معادله جامع جانسون-کوک یکی از مشهورترین معادالت جامعی است که تاکنون برای مدل کردن منحنیهای سیلان مواد مختلف توسعه داده شده است. این معادله یکی از مدلهای پیش فرض در نرم افزارهای تجاری اجزاء محدود برای توصیف رفتار مواد در کاربردهایی نظیر شبیه سازی فرآیندهای تولید است. در این مطالعه، دو روش بهینه یابی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک متفاوت آزاد و مقید برای پیدا کردن ثابتهای معادله جامع جانسون-کوک پیشنهاد شده است. از روش های پیشنهادی برای انطباق معادله جامع جانسون-کوک بر منحنیهای سیلان تجربی فوالد خط لوله X65 API استفاده شده است. بر مبنای ثابتهای بهدست آمده، عملکرد روش های پیشنهادی با یکدیگر و با روش معمولی بهدست آوردن ثابتهای معادله جانسون-کوک مقایسه شد. از معیار ریشه میانگین مربعات خطا برای ارزیابی و مقایسه عملکرد روش های مورد مطالعه استفاده شد. با توجه به نتایج بهدست آمده معین گردید که روش پیشنهادی بهینه یابی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک آزاد با ریشه میانگین مربعات خطای برابر MPa 2/7 بهترین عملکرد را دارد؛ در حالی که، روش معمولی تعیین ثابتهای معادله جانسون-کوک بدترین عملکرد را دارد.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، تغییر شکل گرم، تنش سیلان، معادلات جامع، معادله جانسون-کوک، فولاد خط لوله A
  • سید اسماعیل خندان دل، سید محمدحسین سیدکاشی*، حمد حسینپور گللو صفحات 14-23

    خم کاری لیزری لوله یک فرآیند شکل دهی انعطاف پذیراست. دو استراتژی تابش لیزر به صورت پویش محوری و پویش محیطی برای شکل دهی لوله توسط این روش استفاده می شود. مهمترین دو عیب پویش محیطی، زاویه خم پایین تر آن و فاصله زمانی الزم بین هر دو پویش متوالی برای خنک کاری است. در این پژوهش، یک استراتژی خنک کاری جدید در خلال خم کاری لیزری لوله با پویش محیطی برای رفع این معایب ارایه شده است. تاثیر این روش بر زاویه خم و زمان کل تولید، به طور تجربی بررسی شده است. همچنین، تغییرات ریزساختار لوله پس از خم کاری توسط لیزر مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه خم به دست آمده طی هر پویش با استفاده از این استراتژی، با زمان تولید و مصرف انرژی بسیار کمتر، به بیش از 5/1 برابر افزایش یافته است. عالوه بر این، تاثیرات نامطلوب منطقه متاثر از حرارت نیز کاهش یافته است. نشان داده شده است که این استراتژی خنک کاری جدید با استفاده از روش پویش محیطی می تواند کارایی خم کاری لیزری لوله را بسیار بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: خم کاری لیزری لوله، مکانیزم کوتاه سازی، پویش محیطی، خنک کاری
  • یاسر وحیدشاد*، محسن ایاز صفحات 24-31

    در مطالعه حاضر، تجزیه و تحلیل المان محدود کشش عمیق گرم تیتانیوم تجاری خالص (CP) بدون ورقگیر انجام میشود تا تاثیر عوامل دما (T) شعاع قالب (Rd) و قطر پولکی (D) بر روی حداکثر نیروی سنبه (Fp) و حداقل ضخامت پولکی(t)مورد بررسی قرار گیرد. آزمایشهای کشش ابتدا برای استخراج خواص مکانیکی ورقهای تیتانیوم CP در دماهای مختلف برای شبیهسازی فرآیند طراحی کشش عمیق گرم، انجام شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی برای انجام آزمایشهای تجربی در شرایط بهینه عوامل دما، شعاع قالب و قطر پولکی استفاده می شود. نتایج تجربی فرآیند در شرایط مطلوب عوامل ذکر شده، نشان داد که بین تحقیقات عددی و تجربی، توافق خوبی وجود دارد. نتایج نشان میدهد که نیمکره تیتانیوم بدون ایجاد چین و چروک، پارگی و هرگونه اکسیداسیون با قطر پولکی mm 580 و دمای شکل دهی C ° 400 حاصل می شود.

    کلیدواژگان: کشش عمیق گرم، شکل پذیری، تیتانیوم خالص تجاری، تجزیه و تحلیل المان محدود، روش شناسی سطح پاسخ
  • مهدی وحدتی*، محمود مرادی صفحات 32-45

    برای بهبود خواص آلومینیم و آلیاژهای آن، راهکارهای متنوعی همچون کاهش اندازه دانه، افزودن عناصر آلیاژی و کامپوزیت سازی، مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، استفاده از فرآیندهای حالت جامد همچون فرآوری اصطکاکی اغتشاشی (FSP) به منظور ایجاد کامپوزیت سطحی در دمای زیر نقطه ذوب، بسیار مناسب است. از اینرو، با توجه به قابلیت فرآیند FSP به عنوان یک فرآیند حرارتی – مکانیکی و مزایای آن در تولید کامپوزیت سطحی زمینه فلزی، در پژوهش پیشرو، کامپوزیتهای سطحی Al7075 با به کارگیری ذرات تقویت کننده (Al2O3)،با استفاده از این فرآیند و منطبق بر اصول طراحی آزمایش، تولید شدند. بدین منظور، متدلوژی سطح پاسخ به عنوان روش طراحی آزمایش، انتخاب گردید و متغیرهای سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی ابزار، قطر شانه ابزار و اندازه ذرات تقویت کننده به عنوان متغیرهای ورودی فرآیند، تعیین شدند. در ادامه، تحلیل آماری و بهینه سازی پارامترهای موثر بر استحکام تسلیم و سختی کامپوزیت سطحی Al2O3/Al7075 به انجام رسید. نتایج حاصل از آنالیز واریانس و تحلیل رگرسیون داده های حاصل از آزمونهای تجربی، صحت و دقت معادالت رگرسیون را مورد تایید قرار داد و نشان داد که عبارات خطی، تعاملی و سهموی از متغیرهای ورودی فرآیند، بر استحکام تسلیم و سختی نمونه های کامپوزیتی موثر هستند. همچنین، شرایط بهینه متغیرهای ورودی فرآیند با استفاده از روش مطلوبیت، تعیین شد. با توجه به مقادیر بالای تابع مطلوبیت (835/0 ،822/0 ،764/0)،میتوان دریافت که روند بهینه سازی به طور موفقیت آمیزی، اهداف از پیش تعیین شده را به صورت مناسب و مطلوب، محقق نموده است. عالوه بر این، شرایط بهینه با اجرای آزمون صحه گذاری، به تایید رسید.

    کلیدواژگان: تحلیل آماری، بهینه سازی، خواص مکانیکی، کامپوزیت سطحی، فرآوری اصطکاکی اغتشاشی
  • مهدی صفری* صفحات 46-53

    در این مقاله، فرآیند خمکاری به کمک لیزر یک لوله استوانه ای ساخته شده از جنس فوالد کم کربن به صورت تجربی بررسی می شود. بدین منظور، اثرات طول تابش دهی و تعداد پاس های تابش دهی بر زاویه خمش اصلی لوله خم شده به کمک لیزر مطالعه می شود. به علاوه، عیوب مهم فرآیند خمکاری لوله به کمک لیزر شامل زاویه خمش جانبی، بیضوی شدن و تغییرات ضخامت مورد بررسی قرار می گیرند. از این رو، اثرات طول تابش دهی و تعداد پاس های تابش دهی بر زاویه خمش جانبی، بیضوی شدن و تغییرات ضخامت لوله خم شده به کمک لیزر بررسی می شوند. نتایج نشان می دهند که با افزایش طول تابش دهی، زاویه خمش اصلی، درصد بیضوی شدن و تغییرات ضخامت افزایش یافته و همچنین زاویه خمش جانبی کاهش می یابد. به علاوه، نتیجه گرفته می شود که با افزایش تعداد پاس های تابش دهی، زوایای خمش اصلی و جانبی، درصد بیضوی شدن و تغییرات ضخامت افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: خم کاری لوله به کمک لیزر، زاویه خمش اصلی، زاویه خمش جانبی، بیضوی شدن، تغییرات ضخامت
  • مرتضی طاهری*، ایوب حلوایی، سید فرشید کاشانی بزرگ، مسلم پایدار صفحات 54-69

    در پژوهش حاضر، جوش پذیری سوپرآلیاژ پایه نیکلی 111-GTD توسط لیزر YAG:Nd پالسی با متوسط توان w 250 مورد مطالعه قرار گرفت و همچنین ارزیابی و خصوصیات ترک نیز مورد بررسی قرار گرفت. ترک انجمادی در ناحیه فلز جوش و همچنین ترک ذوبی بین دانه ای در ناحیه متاثر از حرارت مشاهده گردید. علت تشکیل ترک انجمادی، جدایش عناصر تیتانیوم، نایوبیوم و آلومینیوم در نواحی بین دندریتی که آخرین مذاب باقیمانده قبل از انجماد در آنجا وجود دارد، اتفاق افتاده است. همچنین ترک ذوبی در ناحیه متاثر از حرارت همراه با ذوب ترکیبی فاز ′γ ، کاربید MC و بوریدهای غنی از کروم بود. تیتانیوم مهمترین عامل در تشکیل ترک ذوبی در ناحیه متاثر از حرارت بود که از طریق کاهش دمای شروع واکنش یوتکتیک γ -γ و افزایش دمای انحلال فاز γ حساسیت به تشکیل ترک را افزایش می دهد. آنالیز شیمیایی لبه های ترک در HAZ ، حضور مقدار باالیی از عناصر Ti و Al را نشان می داد که به ذوب جزیی γ ،نسبت داده می شود. شبیه ساز فیزیکی Gleeble نشان داد که در نمونه های ریختگی، تشکیل مذاب به طور چشم گیری در دمای پایین تری نسبت به نمونه های عملیات حرارتی شده در دمای °C1200 شروع می شود که این موضوع به فازهای بورایدی و بین فلزی نسبت داده می شود که در شرایط عملیات حرارتی در دمای °C 1200 در زمینه حل شده بودند. تشکیل دانه های ریز به دلیل نرخ سرد شدن بالای جوش و همچنین تشکیل کاربیدهای پراکنده در نواحی جوش و متاثر از حرارت، باعث افزایش سختی در حدود 130 ویکرز نسبت به فلز پایه شده است.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ 111-GTD، لیزر YAG:Nd، ترک انجمادی، ترک ذوبی، ذوب مرزدانه ای، ضریب جدایش، شبیه سازی G
  • سید محسن سیدحاتمی، حسین لکزیان* صفحات 70-83

    فرآیند خمکاری کششی دورانی یا RDB روشی منحصر بفرد برای خمکاری شعاع های کوچک بوده که در حالت سرد برای خمکاری دقیق پروفیل های توخالی، توسط دستگاه های کنترل عددی NC انجام میشود. در این تحقیق یک مدل تحلیلی براساس مدل سخت شوندگی توانی برای فرآیند RDB روی پروفیلهای جدارنازک با سطح مقطع مستطیلی ارایه میشود. بر اساس مقید بودن پروفیل در قالبها و جدار نازک بودن آن، فرض تنش صفحهای در راستای ضخامت و فرض کرنش صفحه ای در راستای عمود بر آن برای همه وجوه پروفیل استفاده میشود. با فرض تناسبی بودن فرآیند و قانون تیوری لوی – مایسز، میدان تنش پروفیل پیشبینی شده و با استفاده از تعادل نیروها در تمام وجوه پروفیل، موقعیت تار خنثی تعیین میشود. سپس گشتاور خم و مقدار برگشت فنری بصورت تحلیلی محاسبه میشود. با تحلیل هندسی پروفیل و فرآیند، یک مندرل جدید طراحی و ساخته شده و اجرا میشود. فرآیند با استفاده از حل صریح المان محدود در نرم افزار تجاری آباکوس مدلسازی و تحلیل شده و بصورت تجربی آزمایش میشود. مقایسه نتایج تحلیلی، عددی و تجربی روی میدانهای کرنش، مطابقت خوبی را نمایش میدهد.

    کلیدواژگان: خمکاری کششی دورانی، مقاطع مستطیلی، حل تحلیلی، مدل سخت شوندگی توانی
  • محمد علی سهرابی زاده، یوسف مظاهری، محسن شیخی صفحات 84-91

    فتار تبلورمجدد آلیاژ 4C.1-10Al-22Mn-Fe پس از 75 درصد نورد سرد، در طول عملیات آنیل در دماهای 750 ،770 ،790 ،810 و 830 درجه سانتیگراد مطالعه شد. از الگوی پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ نوری جهت مشخصه یابی ریزساختاری استفاده شد. از ریزسختی سنج ویکرز جهت ارزیابی سینتیک تبلور مجدد در طول آنیل استفاده شد. داده های تجربی توسط مدل جانسون-مهل-آورامی-کلموگروف (JMAK) ارزیابی شد. ریزساختار پس از عملیات همگن سازی تنها فاز آستنیت همراه با کسر بالایی از دوقلوییها را نشان داد و استحاله تبدیل آستنیت به مارتنزیت در طول کوینچ از دمای بالا و تحت کاهش ضخامت زیاد، مشاهده نشد. توان آورامی با افزایش دمای آنیل از 750 به 830 درجه سانتیگراد از 76/0به 42/0 کاهش یافت. مقدار انرژی اکتیواسیون 175 کیلوژول بر مول اندازه گیری شد که این مقدار کمی بالاتر از انرژی اکتیواسیون نفوذ کربن در آستنیت بود.

    کلیدواژگان: فولاد C-Al-Mn-Fe، سینتیک تبلور مجدد، مدل JMAK
  • محمد جواد سهرابی، حامد میرزاده، چنگیز دهقانیان صفحات 92-99

    تحولات ریزساختاری در حین آنیل فولادهای زنگ نزن آستنیتی 304 ال و 316 ال نورد سرد شده مورد مطالعه قرار گرفت. فولاد 304 ال نورد سرد شده کامال مارتنزیتی بود ولی فولاد 316 ال نورد سرد شده نیمه مارتنزیتی-نیمه آستنیتی بود که به پایدارتر بودن فاز آستنیت در دومی ربط داده شد. در حین آنیل پیوسته تا دماهای بالا، بازگشت کامل مارتنزیت ناشی از کرنش در دمای 750 درجه سلسیوس و اندازه دانه متوسط 4/0 میکرومتر برای فولاد 304 ال به دست آمد. بازگشت کامل مارتنزیت در فولاد 316 ال در دمای 800 درجه سلسیوس رخ داد و تبلور مجدد آستنیت باقی مانده در دمای 900 درجه سلسیوس به وقوع پیوست. این پیش نیاز برای ایجاد ساختار هم محور سبب شد که اندازه دانه متوسط بسیار بزرگتر (3/2 میکرومتر) برای فولاد 316 ال به دست آید. آنیل تا دماهای بالاتر منجر به رشد دانه در هر دو آلیاژ شد. پدیده پلاستیسیته القا شده توسط استحاله به عنوان یک عامل مهم در تعیین خواص مکانیکی مطرح شد، در جایی که پایداری کمتر فاز آستنیت و پدیده پلاستیسیته القا شده توسط استحاله قوی تر در فولاد 304 ال منجر به انعطاف پذیری بالا در حین آزمون کشش، تنش اصطکاکی شبکه بالاتر در رابطه هال-پچ، و دیمپل های عمیق تر در سطح شکست شد.

    کلیدواژگان: فولادهای زنگ نزن شبه پایدار، بازگشت مارتنزیت، ریزساختار، خواص مکانیکی، پدیده پلاستیسیته القا شده توسط استحاله
  • محمد مصطفی پور، محمود مرادی*، حامد کمالی، محمد صالح میابادی، الکساندر کاپلان صفحات 100-115

    پوشش دهی نقشی اساسی در مهندسی سطح دارد، و منجر به ارتقا خواص مکانیکی و متالورژیکی تولیدات می شود. همچنین مزایای اقتصادی و صرفه جویی در هزینه ها در ارتقای خواص سطح قطعات را به همراه دارد. پوشش دهی اصطکاکی روشی نسبتا جدید برای ایجاد سطحی همگن، پوشش ریز دانه و مقاوم به سایش و خوردگی می باشد. در این تحقیق رسوب دهی T6-AA7075 بر روی زیرالیه T351-AA2024 مورد بررسی قرار گرفت. روش رویه پاسخ جهت بررسی تاثیر پارامترهای سرعت دورانی، نیروی عمودی، و نرخ پیشروی بر خواص مکانیکی و ریزساختاری نمونه ها استفاده گردید. عرض پوشش، ضخامت پوشش، استحکام کششی تسلیم، و اندازه دانه پوشش به عنوان پاسخ های فرآیند مطرح شدند. پارامترهای ورودی برای دستیابی به پهنا و ضخامت بیشتر پوشش با استحکام کششی باالتر و دانه های ریزتر بهینه سازی شدند. نتایج حاکی از آن است که اتصال این دو ماده بدون هیچ گونه تخلخل در فصل مشترک یا محل اتصال دو ماده انجام پذیرفت. همچنین ریزساختاری ریزدانه و همگن در پوشش مشاهده گردید. میانگین اندازه دانه های پوشش تا 65 %اندازه دانه میله مصرفی کاهش داشته است.

    کلیدواژگان: پوشش دهی اصطکاکی، خواص مکانیکی، پوشش دهی آلومینیوم، بهینه سازی، طراحی آزمایشها
|
  • M. Rakhshkhorshid* Pages 2-13

    Johnson-Cook constitutive equation is one of the most famous constitutive equations that have ever been developed to model the hot deformation flow curves of different materials. This equation is a predefined model in the traditional finite element codes to describe the material behavior in applications such as simulating the manufacturing processes. In this work, two different genetic algorithm-based (GA) optimization procedures, referred to as free and constrained optimization procedures, were proposed to find the constants of the Johnson-Cook constitutive equation. The proposed procedures were applied to fit the Johnson-Cook constitutive equation on the experimental flow curves of API X65 pipeline steel. According to the obtained constants, the modeling performances of the proposed procedures were compared with each other and with the modeling performance of the conventional procedure of finding the constants of the Johnson-Cook equation. Root mean square error (RMSE) criterion was used to asses and to compare the performances of the examined procedures. According to the obtained results, it was determined that the proposed free GA based optimization procedure with the RMSE value of 7.2 MPa had the best performance, while the performance of the conventional procedure was the worst.

    Keywords: Genetic Algorithm, Hot deformation, Flow stress, Constitutive equations, Johnson-Cook equation, API X65 pipeline steel
  • S. E. Khandandel, S. M. H. Seyedkashi *, M. Hoseinpour Gollo Pages 14-23

    Laser tube bending is a flexible forming process. Two irradiation methods of axial and circumferential scanning are generally used to form metal tubes. The two most important disadvantages of circumferential scanning are its lower bending angle and the time interval required between each scan for cooling purpose. In this research, a novel cooling strategy during laser tube bending with circumferential scanning is proposed to eliminate these disadvantages. The effects of this method on the bending angle and total production time are experimentally investigated. Also, the changes in the microstructure of the tube after bending are studied. The bending angle obtained at each scan using this strategy was increased more than 1.5 times with much less production time and energy consumption. Besides, the undesired effect of HAZ was significantly reduced. It is shown that this new cooling technique can highly improve the efficiency of laser tube bending by the circumferential scanning method.

    Keywords: Laser tube bending, Shortening mechanism, Circumferential scanning, Forced cooling
  • Yaser Vahidshad*, M. Ayaz Pages 24-31

    In the present study, the finite element analysis of the hot deep drawing process of commercially pure (CP) titanium has been performed without the blank holder in order to investigate the influence of temperature (T), die radius (Rd) and blank diameter (D) on the maximum punch force (Fp) and minimum thickness of the blank (t). Tensile tests were first conducted to extract the mechanical properties of CP titanium sheets at various temperatures to simulate the hot deep drawing process. The results of the numerical simulation were used to perform the experimental tests at the optimal condition of the parameters. The experimental results of the process at the optimal condition of the parameters indicated that there is good agreement between the numerical and experimental investigations. The results indicated that the hemisphere of titanium without any wrinkling, tearing, and without any oxidation can be obtained by a blank diameter of 580 mm and forming temperature of 400°C.

    Keywords: Hot deep drawing, Formability, CP titanium, Finite Element Analysis, Response surface methodology
  • M. Vahdati *, M. Moradi Pages 32-45

    In order to improve the properties of aluminum and its alloys, some various approaches (e.g. reduction of grain size, addition of alloying elements and composite manufacturing) have been considered. Among all these processes, the use of solid-state processes such as the friction stir processing (FSP) is highly convenient to create surface composites at temperatures below the melting point. Therefore, in this research, considering the FSP’s ability as a thermo-mechanical process and its advantages in the production of surface composites, the Al7075 surface composites were produced using reinforcing particles (Al2O3) and based on the FSP process in accordance with the design of experiments (DOE) approach. So, the response surface methodology (RSM) was selected as the experiment design method and variable factors such as: tool rotational speed, tool feed rate, diameter of tool shoulder and size of reinforcing particles were determined as the input variables. Statistical analysis and optimization of those parameters which affect the mechanical properties (yield strength and hardness) of surface composite Al7075/Al2O3 were performed. The results of the ANOVA and regression analysis of the experimental data approved the accuracy of regression equations and showed that the linear, interactional and quadratic terms of the input variables affect the yield strength and hardness of the composite specimens. Also, the optimal condition of the input variables was determined using the desirability method. In addition to the high values of desirability function (0.835, 0.822, 0.764), it could be found that the procedure of optimization has well fulfilled the pre-determined targets. In addition, the optimal condition has been confirmed by implementing the verification test.

    Keywords: Statistical analysis, Optimization, Mechanical properties, Surface composite, Friction stir processing
  • Mehdi Safari* Pages 46-53

    In this paper, the laser bending process of a circular tube made of mild steel has been investigated experimentally. For this purpose, the effects of the irradiating length and the number of irradiating passes on the main bending angle of a laser bent tube are studied. In addition, the main defects of the laser tube bending process such as lateral bending angle, ovality and thickness variation are examined. Hence the effects of irradiating length and number of irradiating passes on the lateral bending angle, ovality and thickness variation of a laser bent tube are investigated. The results show that with an increase in the irradiating length, the main bending angle, the ovality percentage and the thickness variation increase and also the lateral bending angle will decrease. In addition, it is concluded that with an increase in the number of irradiating passes, main and lateral bending angles, ovality percentage and thickness variation increase.

    Keywords: Laser tube bending, Main bending angle, Lateral bending angle, Ovality, Thickness variation
  • M. Taheri*, A. Halvaee, S. F. Kashani-Bozorg, M. Paidar Pages 54-69

    The weldability of GTD-111 nickel-based superalloy by pulsed Nd:YAG laser welding with an average power of 250 W was studied, and the microstructural evolution and cracking characteristics were also investigated. The solidification cracking of the fusion zone (FZ) and the intergranular liquation cracking in the heat affected zone (HAZ) were observed in the joint. Solidification cracking was caused by the residual liquid metal originated from the segregation of Ti, Nb and Al elements in the interdendritic region at the last stage of solidification. And the HAZ liquation cracking was associated with the constitutional liquation of , MC carbides, and the melting of Cr-rich boride. Ti was introduced as the most important factor in the formation of the liquation cracks in HAZ by reducing the start temperature of  eutectic reaction and increasing the dissolution temperature. Chemical analysis of the crack edges at HAZ revealed the presence of high amounts of Ti and Al elements which can be attributed to  partial melting. Gleeble physical simulation revealed that in casting the sample, the liquation started at significantly lower temperatures than in the 1200  solution heat treated samples. This is attributed to the boride and intermetallic particles, which had dissolved by the 1200  heat treatment. The formation of fine grains due to the high cooling rate of the weld as well as the formation of dispersed carbides in the fusion and heat affected zones led to an increase in the microhardness by about 130 HV compared to the base metal.

    Keywords: GTD-111 superalloy, Nd:YAG laser, Solidification cracking, Liquation cracking, Grain boundary melting, Segregation coefficient, Gleeble simulation
  • S. M. Seyyedhatami, H. Lexian * Pages 70-83

    The Rotary-Draw Bending (RDB) process is a distinguished process employed for the precision cold bending of a hollow tube with small radius bends using Numerical Control (NC) machines. This research presents an analytical model based on the power law hardening model for the RDB processing of rectangular thin tubes. Based on the constraints of the tube in the dies and its thinness, the plane stress assumption in the thickness direction and the plane strain assumption in the transverse direction for all faces of the tube are used. By assuming the proportionality of the process and using the Levy–Mises flow rule hypothesis, the stress filed of the tube is predicted and the balance of the forces in all aspects of the tube is used to identify the position of the neutral axis. Then the bending moment as well as the amount of the spring back is developed analytically. By analyzing the geometry of the tube and the process, a new mandrel is designed and constructed. The process has been modeled and analyzed using the explicit finite element ABAQUS commercial code and also carried out experimentally. Comparison of the analytical, numerical and experimental strain fields shows good agreement.

    Keywords: Rotary-draw bending, Rectangular cross sections, Analytical analysis, Power law hardening model
  • M. A. Sohrabizadeh, Y. Mazaheri *, M. Sheikhi Pages 84-91

    In the current study, the recrystallization behavior of 75% cold-rolled Fe-22Mn-10Al-1.4C steel during annealing at 750, 770, 790, 810, and 830°C was studied. X-ray diffraction patterns and optical microscopy were used to characterize microstructures. The Vickers Micro-hardness test was used to characterize recrystallization kinetics during annealing. Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) model was used to evaluate the experimental data. The as-homogenized microstructure illustrated only austenite with a high fraction of annealing twins, and austenite to martensite phase transformation was not observed after quenching at a high temperature and also until high thickness reduction. Avrami exponent was decreased from 0.76 to 0.42, with increasing the annealing temperature from 750 to 830°C. The activation energy value was determined to be ~175 kJ/mol, which was slightly higher than the diffusion activation energy of carbon in austenite.

    Keywords: Fe-Mn-Al-C steel, recrystallization kinetics, JMAK model
  • M. J. Sohrabi, H. Mirzadeh *, Ch. Dehghanian Pages 92-99

    Microstructural evolutions during annealing of cold rolled AISI 304L and AISI 316L stainless steels were studied. Cold rolled AISI 304L alloy was fully martensitic but cold rolled AISI 316L alloy was partially martensitic due to the higher stability of the austenite phase in the latter. During continuous heating to elevated temperatures, the complete reversion of strain-induced martensite at 750°C and an average austenite grain size of 0.4 µm was achieved in AISI 304L alloy. However, the complete reversion in AISI 316L alloy was observed at 800°C, but the recrystallization of the retained austenite was achieved at 900°C. The latter requirement for the formation of an equiaxed microstructure resulted in a much coarser average austenite grain size (2.3 µm). Annealing up to higher temperatures resulted in the grain growth of both alloys. The transformation-induced plasticity (TRIP) effect was found to be a major factor in dictating the mechanical properties, where lower stability of the austenite phase and the pronounced TRIP effect in AISI 304L alloy resulted in higher ductility in the tension test, higher friction stress in the Hall-Petch plot for hardness, and deeper dimples on the fracture surface.

    Keywords: Metastable austenitic steels, Martensite reversion, Microstructure, Mechanical properties, TRIP effect
  • A. Mostafapour, M. Moradi *, H. Kamali, M. Saleh Meiabadi Pages 100-115

    Coating plays a significant role in surface engineering, which leads to the improvement of the mechanical and metallurgical properties of products. It also brings about economic benefits thanks to the cost savings of the improved properties of the surface of a product in particular. Friction surfacing is a relatively new way to create a homogeneous, fine-grained coating with amended resistance to wear and corrosion. In this study, the deposition of Al7075-T6 coating on Al2024-T351 substrates is investigated. Response surface methodology is implemented to study the effects of the rotational speed, axial force, and feed rate on the mechanical properties and microstructure of the specimens. Coating width, coating thickness, ultimate tensile strength, and grain size of coating are considered as the output responses. The input parameters are optimized to attain a wider and thicker coating with higher ultimate tensile strength and of course smaller grain size.  Results display the joining of two materials without any porosity at the interface. Moreover, an entirely fine-grained homogeneous microstructure of the deposition is observed. Furthermore, the average grain size of the deposition is diminished by 65% compared to the consumable rod.

    Keywords: Friction surfacing, Mechanical properties, Aluminum deposition Optimization, Design of experiments