فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هشتم شماره 12 (اسفند 1400)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 12 (اسفند 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی سنبلی*، فردین نعمت زاده، علی مژگانی، علیرضا نوری صفحات 1-10

    فولاد زنگ نزن دوفازی 2205 به دلیل مقاومت به خوردگی عالی همراه با خواص مکانیکی فوق العاده و کاربرد فراوان آن در صنایع مختلف در گستره ی دمایی متفاوت، بسیار مورد توجه است و می تواند جایگزین مناسبی برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی یا فریتی باشد. در پژوهش حاضر، آزمایش فشار داغ جهت شناخت رفتار کار داغ و گرم آلیاژ 2205 و تاثیر پارامتر های دما، نرخ کرنش و کرنش بر تنش سیلان آن انجام گرفت. نمونه های استوانه ای شکل به قطر mm8 و ارتفاع mm12 در دماهای 600، 700، 800، 900، 1000، C1100 و نرخ کرنش های 3/0، 1/0، 01/0، 1-s 001/0 تا کرنش 6/0 تغییر شکل داده شدند. از معادلات ساختاری در جهت پیش بینی رفتار مکانیکی و آنالیز تنش سیلان این فولاد به کار گرفته شد و در نهایت از مدل اصلاح شده دینامیکی مواد و نقشه های ضریب حساسیت به نرخ کرنش (m) برای نشان دادن محدوده ی دما و نرخ کرنش ایده آل برای کار داغ و گرم این آلیاژ مورد استفاده قرارگرفت. نقشه های ضریب حساسیت به نرخ کرنش (m) نشان داد پایداری کار داغ و گرم فولاد زنگ نزن دوفازی 2205 در سه ناحیه با دمای C800 و نرخ کرنش 1-s 3/0، دمای C1050 و نرخ کرنش 1-s 001/0 و دمای C1050 و نرخ کرنش 1-s 3/0 است.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن دوفازی 2205، معادلات ساختاری، مدل اصلاح شده دینامیکی مواد، نقشه ضریب حساسیت به نرخ کرنش، کار داغ و گرم
  • مصطفی الیاسی، حمید سلیمانی مهر*، عادل مقصودپور، علی اخوان فرید صفحات 11-20
    فولاد 15-5 PH فولادی زنگ نزن با زمینه مارتنزیتی است که با فرآیند پیرسختی، سختی و استحکام آن افزایش می یابد. سختی بالا و ضریب هدایت حرارتی پایین این فولاد سبب سایش شدید ابزار و بالا بودن نیروی تراش و افزایش زبری سطح قطعه کار می شوند. روش متداول در تولید قطعات از این جنس، ماشین کاری در حالت محلول جامد (انحلال) با حداکثر سختی 35HRC می باشد. سپس به منظور افزایش استحکام از عملیات سخت کاری استفاده می گردد. در این مقاله به منظور تحلیل تاثیر عملیات حرارتی پیرسختی بر قابلیت ماشین کاری این فولاد، دو عملیات حرارتی متداول H900 و H1150 بر روی فولاد مذکور انجام شد و نتایج تراشکاری در هر عملیات انجام شده با نتایج تراشکاری در حالت محلول جامد مقایسه گردید. نیروی تراش در حین فرآیند به کمک دستگاه دینامومتر و زبری سطح قطعات پس از تراشکاری اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد بهترین شرایط از نقطه نظر کاهش نیروی تراش و زبری سطح در حالت H1150 حاصل می شود. مقایسه بین تراشکاری در حالات H900 و محلول جامد نیز نشان می دهد اگرچه میانگین نیروی تراش در وضعیت H900 تقریبا 22درصد بیشتر از حالت محلول جامد می باشد، اما متوسط زبری سطح، در حالت H900، 17درصد بیشتر از حالت محلول جامد است. به علاوه انجام تراشکاری در حالت H900 سبب می شود که عیوبی مانند «لغزش جانبی» سطح قطعه کار و «شخم زنی» توسط ابزار، در مقایسه با تراشکاری در حالت محلول جامد کاهش یابد.
    کلیدواژگان: فولاد 15-5 PH، پیرسخت کردن، نیروی تراش، زبری سطح
  • پیمان هاشمی، محمدرضا کرفی*، محمدحسین صادقی، وحید رضایی صفحات 21-33

    در این مقاله یک ساختار جدید از فلومتر الکترومغناطیسی با قابلیت اندازه گیری پروفیل سرعت در عرض یک کانال مستطیلی، ارایه شده است. فلومتر های الکترومغناطیسی موجود میانگین سرعت را اندازه گیری کرده و قابلیت تشخیص پروفیل سرعت در مقطع کانال را ندارند. جهت سنجش پروفیل سرعت از یک الکترومغناطیس آرایه ای با توانایی کنترل میدان مغناطیسی در عرض کانال استفاده شده است. ابعاد کانال مستطیلی 6×150 میلی متر مربع می باشد و میدان مغناطیسی توسط پنج عدد کویل با هسته از جنس آهن کم کربن و با قطر سیم 0.3 میلی متر ایجاد می گردد. از محلول 20 درصد وزنی آب و نمک NaOH با رسانایی S/m 4 به عنوان سیال عبوری از فلومتر استفاده شده است. فلومتر الکترومغناطیسی آرایه ای ساخته شده و به صورت تجربی در یک مسیر بسته آزمایش شده است. شبیه سازی سه بعدی فلومتر شامل میدان مغناطیسی، سرعت سیال و جریان القایی در الکترودها در نرم افزار المان محدود کامسول صورت گرفته است. به صورت تجربی و عددی فلومتر الکترومغناطیس آرایه ای یک بار در حالتی که میدان مغناطیسی یکنواخت و یکسان بوده و همچنین در حالتی که آرایه ها به صورت جداگانه فعال شده اند مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین پروفیل دبی ورودی پارابولیک و خطی، با تغییرات سرعت از 0 تا 10 لیتر بر دقیقه، در ورودی اعمال شده و سیگنال خروجی فلومتر ثبت شده است. نتایج تجربی و شبیه سازی تطبیق مناسبی داشته (میانگین خطا 16 درصد) و نشان دهنده عملکرد موفق فلومتر آرایه ای در سنجش پروفیل سرعت مقطع کانال می باشند.

    کلیدواژگان: فلومتر الکترومغناطیس، سنجش پروفیل سرعت، شبیه سازی عددی جریان سیال
  • حمیدرضا رضایی آشتیانی*، میثم محمدی صفحات 34-43
    رفتار تغییر شکل گرم مواد به دلیل وابستگی به تغییرات کرنش، نرخ کرنش و دما دارای پیچیدگی قابل ملاحظه ای است. بنابراین پیش بینی رفتار ماده در این شرایط پر اهمیت است. برای پیش بینی رفتار تغییر شکل مواد در دمای بالا، معادلات رفتاری مختلفی توسعه داده شده است که یکی از مهم ترین آنها معادله رفتاری جانسون-کوک می-باشد. به منظور توسعه معادله رفتاری مناسب جهت پیش بینی دقیق رفتار ماده از آزمایش های مختلفی همچون کشش، فشارگرم و همچنین پیچش دما بالا استفاده می شود. آزمایش پیچش به دلیل عدم محدودیت اصطکاکی، قابلیت اعمال تغییر شکل یا کرنش های خیلی بالاتری را نسبت به آزمایش های فشار و کشش داراست. لذا در این تحقیق به بررسی رفتار کارگرم فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 با استفاده از آزمایش پیچش گرم پرداخته شده و معادله رفتاری جانسون-کوک مناسب برای آن توسعه داده شده است. برای این منظور آزمایشات در محدوده دمایی 800-1000 درجه سانتی گراد و نرخ کرنش 001/0-1 برثانیه و در کرنش های بالا تا حدود 3 انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که با افزایش دما و کاهش نرخ کرنش تنش سیلان شارش بطور محسوسی کاهش می یابد. در مکان-هایی از قطعه که کرنش به اندازه کافی اعمال شده است و دمای تغییرشکل بالاست، تبلور مجدد دینامیکی در ریزساختار مشاهده می گردد، در حالیکه به دلیل اختلاف کرنش در طول شعاع نمونه، ریزساختار قطعه تغییرشکل داده شده در طول شعاع نایکنواخت می باشد. معادله جانسون-کوک توسعه یافته با نتایج تجربی مقایسه شد که ملاحظه شد از دقت قابل قبولی در پیش بینی رفتار تغییرشکل گرم فولاد مورد بررسی برخوردار است.
    کلیدواژگان: معادله رفتاری، پیچش گرم، جانسون-کوک، فولاد ضد زنگ 304، تنش سیلان
  • مهدی جعفرپور، مهدی جعفری، بهروز شهریاری* صفحات 44-50
    اثر شار فرعی در نقطه جوش مقاومتی (RSW) به واسطه جریان الکتریکی فرعی ایجادشده از طریق نقطه جوش های قبلی بروز می کند. در ایجاد نقطه جوش های متناوب، کیفیت نقطه جوش های بعدی به واسطه تغییرات الکتریکی-حرارتی ایجادشده، تحت تاثیر جریان الکتریکی فرعی قرار میگیرد. این امر نشان می دهد که تحلیل اثر جریان فرعی برای دستیابی به شناختی در زمینه چگونگی تاثیر پارامترهای مختلف بر این فرایند دارای اهمیت است. بنابراین ابعاد دکمه جوش، ساختار متالورژیکی و استحکام مکانیکی نقطه جوش های متاثر از اثر شار فرعی، تحت تاثیر تغییرات جریان الکتریکی و توزیع دمایی ناشی از این جریان قرار می گیرند. پارامترهای موثر شامل فاصله جوش و تعداد یا ابعاد نقطه جوش قبلی هستند. در این تحقیق، اثر جریان الکتریکی فرعی روی استحکام کششی-برشی نقطه جوش های RSW، در ورق های AA2219 و برای فواصل مختلف جوشکاری مورد بررسی قرار گرفته است. جریان، زمان و فاصله جوشکاری جهت طراحی آزمایش هایی مبتنی بر استحکام کششی-برشی، در داخل محدوده جوش پذیری، در نظر گرفته شده اند. یک مدل رگرسیون نیز بر اساس نتایج تجربی بدست آمده است. اساسی ترین فاکتور جریان فرعی (فاصله بین جوشی)، به همراه جریان جوشکاری و زمان، با انجام یک طراحی آزمایش سه عاملی (DOE) در داخل محدوده جوش پذیری، جهت دستیابی به یک مدل آماری مبتنی بر نتایج استحکام کششی-برشی مورد بررسی قرار گرفته اند. یک مدل رگرسیون تجربی استخراج شد. نتایج نشان می دهند که افزایش جریان یا فاصله جوشکاری باعث افزایش استحکام کششی-برشی اتصالات شده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری نقطه ای مقاومتی، اثر شار الکتریکی فرعی، استحکام کششی-برشی، مدل رگرسیون
  • حجت الله رخ گیره* صفحات 51-59
    در این مقاله رفتار خزش پره توربین گازی ساخته شده از سوپرآلیاژ اینکونل 939 تحت اثر دوران و تنش های حرارتی بدست آمده از تحلیل ترموالاستیک بررسی شده است. چهار مدل لارسن- ملیر، اور- شربی- دورن، مانسون- هافرد، ام- سی- ام برای تحلیل خزش این سوپرآلیاژ استفاده و نتایج آنها با هم مقایسه شده است. در گام اول ثابت ها مادی این مدل ها با استفاده از برازش چهار مدل بر داده های آزمایشگاهی مختلف ارایه شده توسط کاست-50 تعیین شده اند. سپس با استفاده از این ثابت ها مادی وابسته به دما، مدل اجزای محدود مناسب ایجاد شده و تنش های ناشی از توزیع دما و دوران پره تعیین شده اند. محدوده دمایی بدست آمده برای پره در بازه 1050 کلوین تا 1200 کلوین بدست آمد. به دلیل اینکه تنش وان- میزز بدست آمده کمتر از تنش تسلیم اینکونل 939 در بازه دمایی فوق بوده، تحلیل خزش ویسکوالاستیک با زیر روال خزش در نرم افزار آباکوس انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل لارسن- میلر و مدل ام- سی- ام نرخ کرنش خزش کمتر و نتایج دقیقتری را نسبت به دو مدل دیگر پیش بینی می کنند. همچنین نتایج تحلیل نشان داد خزش در نقاط با دمای بیشتر، اهمیت بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ اینکونل 939، خزش، المان محدود، پره توربین گازی
|
  • Ali Sonboli *, Fardin Nematzadeh, Ali Mojgani, Alireza Nouri Pages 1-10

    Duplex stainless steel 2205, famous for its excellent combination of high corrosion resistance and good mechanical properties, is widely used in the industrial fields in different temperature ranges, and can be a suitable alternative to austenitic or ferritic stainless steels. In the present study, the hot compression tests were performed to identify the hot and warm working behavior of duplex 2205 stainless steel and the effect of temperature, strain rate and strain parameters on its flow stress. Cylindrical specimens with a diameter of 8 mm and a height of 12 mm at temperatures of 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 °C and strain rates of 0.3, 0.1, 0.01, 0.001 s-1 were compressed to a strain of 0.6. The constitutive equations were used to predict the mechanical behavior and flow stress analysis of this steel, and finally the modified dynamic materials model and strain rate sensitivity(m) maps were used to indicate the best temperature and strain rate ranges for hot and warm working of this alloy. The strain rate sensitivity(m) maps showed the hot and warm stable workability of duplex 2205 stainless steel is in three domains with 800 °C temperature and 0.3 s-1 strain rate, 1050 ˚C temperature and 0.001 s-1 strain rate and 1050 ˚C temperature and 0.001 s-1 strain rate.

    Keywords: Duplex stainless steel 2205, Constitutive equations, Modified dynamic materials model, Strain-rate sensitivity coefficient map, Hot, warm working
  • Mostafa Elyasi, Hamid Soleimanimehr *, Adel Maghsoudpour, Ali Akhavan Farid Pages 11-20
    15-5 PH steel is a stainless steel with a martensitic base that increases in hardness, hardness and strength with the aging process. The high hardness and low thermal conductivity of this steel cause severe wear of the tool and high cutting force and increase the roughness of the workpiece surface. The common method in the production of parts of this material is machining in solution (dissolution) with a maximum hardness of 35HRC.Then, in order to increase the strength, hardening operations are used. In this paper, in order to analyze the effect of hardening heat treatment on the machinability of this steel, two very common heat treatments H900 and H1150 were performed on the mentioned steel and the turning results in each operation were compared with the turning results in solution mode.Lathe force was measured during the process using a dynamometer and surface roughness of the parts after turning. The results showed that the best conditions in terms of reducing lathe force and surface roughness are obtained in H1150 mode. A comparison between turning in the H900 and solution modes also shows that, although the average turning force in the H900 mode is approximately 22% higher than the solution mode.But the average surface roughness, in the H900 mode, is 17% higher than the solution mode. In addition, turning in the H900 mode reduces defects such as lateral slippage of the workpiece material and plowing by the tool compared to lathe turning.
    Keywords: 15- 5PH steel, Age Hardening, Cutting force, Surface roughness
  • Peyman Hashemi, MohammadHossein Sadeghi, Vahid Rezaee Pages 21-33

    In this paper, a new structure of an electromagnetic flow meter capable of measuring the velocity profile in a rectangular channel is presented. Common electromagnetic flowmeters measure the average velocity and are not capable of detecting velocity profiles in the cross-section of the channel. An array electromagnet with the ability to control the magnetic field across the channel is used to measure the velocity profile. The dimensions of the rectangular channel are 6 × 150 mm2 and the magnetic field is created by five coils with a low carbon iron core with a wire diameter of 0.3 mm. 20% NaoH solution with a conductivity of 4 S/m is used as the fluid passing through the flowmeter. An electromagnetic arrayed flowmeter is fabricated and experimentally tested in a closed path. Three-dimensional simulations of flowmeter including magnetic field, fluid velocity and induced current at the electrodes are performed in the finite element software COMSOL.The arrayed electromagnetic flow meter is experimentally and numerically investigated when the magnetic field was uniform and the array is also activated separately. Also, the parabolic and linear inlet flow profiles, with speed changes from 0 to 10 liters per minute, are applied to the inlet and the flowmeter output signal is recorded. The experimental and simulation results have a good fit (mean error 16%) and show the successful performance of the array flowmeter in measuring the channel cross-sectional velocity profile.

    Keywords: Electromagnetic flow meter, Velocity profile measurement, numerical simulation of fluid flow
  • Hamidreza Rezaei Ashtiani *, Meysam Mohammadi Pages 34-43
    The hot deformation behavior of materials has considerable complexity due to its dependence on the strain, strain rate, and temperature changes. Therefore, the prediction of material behavior is very important in these conditions. Various constitutive equations have been developed to predict the deformation behavior of materials at elevated temperatures, one of the most important of which is the Johnson-Cook equation. To develop a suitable constitutive equation that can accurately predict the behavior of the material, various tests such as tensile, compressive, and torsion tests are used. Due to the lack of frictional limitation, the torsion test can apply much higher deformation or strain than the compression and/or tensile tests. Therefore, in this study, the hot working behavior of 304 austenitic stainless steel was investigated using the hot torsion test and the Johnson-Cook constitutive equation was developed for it. For this purpose, experiments have been performed at the temperature range of 800-1000 ̊C and strain rate of 0.001-1 s-1 and high strain up to about 3. The results showed that flow stress decreases significantly with increasing temperature and decreasing strain rate. In places where the strain is sufficiently applied and the deformation temperature is high, dynamic recrystallization is observed in the microstructure while due to the strain difference along the sample radius, the microstructure of the deformed part is not nuniform along the radius. The developed Johnson-Cook equation was compared with the experimental results which were observed to have acceptable accuracy in predicting the hot deformation behavior of the studied steel.
    Keywords: Constitutive equation, Hot torsion, Johnson-Cook, 304 Stainless steel, Flow stress
  • Mahdi Jafarpoor, Mahdi Jafari, Behrooz Shahriari * Pages 44-50
    The shunting effect in resistance spot welding (RSW) occurs due to the side electrical current created through the previous spot welds. In creation of alternating welding points, the quality of subsequent welding points is affected by a side electric current due to electro-thermal changes. This shows that the analysis of the effect of the side current is important for achieving cognition of how different parameters affect this process. Therefore, the dimensions of the welding nuggets, the metallurgical structures and the mechanical strength of the welding points are affected by the changes in the electric current and the temperature distribution caused by this current. The amount of this current depends mostly on factors such as distance, number and size of previous spot welds. In this study, experimental research was performed to investigate the shunting effect on the tensile-shear strength of RSW spot welds in aluminum alloy 2219 sheets. The most important factor in shunting (welding distance) together with welding current and time was investigated by three design of experiment factor (DOE) within the welding range to achieve a statistical model based on tensile-shear strength results. An experimental regression model was derived. Results show that increasing the welding current or distance increases the tensile-shear strength of the joints.
    Keywords: Resistance spot welding, Shunting effect, Tensile-shear strength, Regression Model
  • Hojjatollah Rokhgireh * Pages 51-59
    In the present paper, gas turbine blade made of Inconel 939 superalloy creep behavior under rotation and thermal stress which is obtained from thermoelastic analysis is studied. Four models including Larson-Miller, Orr-Sherby-Dorn, Manson-Hoferd, and Minimum Commitment Method are used for creep analysis and their results are compared. At the first step, material constants of these four models are obtained by curve fitting of experimental results provided by COST-50. Then with use of these temperature dependent material constants, finite element model is created and stress due to temperature distribution and blade rotation is determined. Temperature range of blade is obtained from 1050 K to 1200 K. Because obtained von- Mises stress is below the yield stress of Inconel 939 at above temperature range, viscoelastic creep analysis is done by ABAQUS creep subroutine. Obtained results show that Larson-Miller and Minimum Commitment Method predict lower creep rate and creep strain relative to two other models. Also analysis results show that creep is more important at points with higher temperature.
    Keywords: Inconel 939 superalloy, Creep, FEM, Gas Turbine Blade