بررسی تجربی و المان محدود فرآیند شکل‌دهی داغ با گاز لوله‌های تیتانیومی و تولید قطعه با سطح مقطع مربعی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

3 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

قطعات لوله­ای شکل، از مهم­ترین محصولات آلیاژهای تیتانیوم است؛ که به­صورت گسترده­ای در صنایع هوایی، دریایی و شیمیایی مورد استفاده قرار می­گیرد. بیشتر محصولات لوله­ای شکل تیتانیوم از تیتانیوم خالص تجاری یا آلیاژهای کم­استحکام آن ساخته می­شود. یکی از مهم­ترین    محدودیت­های تولید قطعات تیتانیومی، شکل­پذیری ضعیف تیتانیوم در دمای پایین است. فرآیند شکل­دهی داغ لوله با گاز یکی از روش­هایی است که امروزه برای تولید قطعات لوله­ای شکل مورد استفاده قرار می­گیرد. در این پژوهش به بررسی تجربی و المان محدود فرآیند شکل­دهی داغ لوله با گاز برای تولید قطعه با سطح مقطع مربعی شکل از لوله تیتانیوم خالص تجاری درجه 2 در دمای ˚C840 پرداخته شد. بدین ترتیب اثر نرخ افزایش فشار گاز بر نحوه شکل­گیری لوله مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمایشات مختلف نشان داد که کاهش نرخ افزایش فشار گاز درون لوله، ضمن فراهم­آوردن فرصت لازم برای یکنواختی دما و در نتیجه شکل­گیری یکنواخت قطعه، باعث کاهش نرخ کرنش در جداره لوله شده و بدین ترتیب احتمال پاره­شدن لوله کاهش می­یابد. بررسی تصاویر ریزساختار قطعه تولیدشده، نشان­دهنده انجام پدیده تبلور مجدد حین فرآیند شکل­دهی و ایجاد دانه­های هم­محور در قطعه نهایی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Smith, W.F. “Structure and Properties of Engineering Alloys”, McGraw-Hill, Michigan, 1993.
  2. Ma, B., Wu, X., Li, X., Wan, M., Cai, Z., “Investigation on the Hot Formability of TA15 Titanium Alloy Sheet", Materials & Design, Vol. 94, pp. 9-16, 2016.
  3. Yang, L., Wang, B., Liu, G., Zhao, H., & Xiao, W. “Behavior and Modeling of Flow Softening and Ductile Damage Evolution in Hot Forming of TA15 Alloy Sheets”, Materials & Design, Vol. 85, pp. 135-148, 2015.‏
  4. Donachie, M.J. “Titanium: A Technical Guide”, ASM International, Ohio, 2000.
  5. Leyens, C., Peters, M. “Titanium and Aitanium Alloys: Fundamentals and Application”, Wiley Online Library, 2003.
  6. Wang, K., Liu, G., Zhao, J., Wang, J., Yuan, S. “Formability and Microstructure Evolution for Hot Gas Forming of Laser-Welded TA15 Titanium Alloy Tubes”, Materials & Design., Vol. 91, pp. 269-277, 2016.
  7. Liu, G., Wang, K., He, B., Huang, M., Yuan, S. “Mechanism of Saturated Flow Stress During Hot Tensile Deformation of a TA15 Ti Alloy”, Materials & Design., Vol. 86, pp. 146-151, 2015.
  8. Liu, G., Wu, Y., Zhao, J., Wang, K., Yuan, S. “Formability Determination of Titanium Alloy Tube for High Pressure Pneumatic Forming at Elevated Temperature”, Procedia Engineering, Vol. 81, pp. 2243-2248, 2014.
  9. Hama, T., Nagao, H., Kobuki, A., Fujimoto, H., Takuda, H. “Work-hardening and Twinning Behaviors in a Commercially Pure Titanium Sheet Under Various Loading Paths”, Materials Science and Engineering.: A, Vol. 620, pp. 390-398, 2015.
  10. He, D.H., Li, D.S., Li, X.Q., Jin, C.H. “Optimization on Springback Reduction in Cold Stretch Forming of Titanium-Alloy Aircraft Skin”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 20, No. 12, pp. 2350-2357, 2010.
  11. Geil, G.W., Carwile, N.L. “Effect of Low Temperatures on the Mechanical Properties of a Commercially Pure Titanium”, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 54, No. 2, pp. 91-99, 1955.
  12. Mei, Z., He, Y., Jing, G., Wang, X. “Review on Hot Spinning For Difficult-to-Deform Light-Weight Metals”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 25, No. 6, pp. 1732-1743, 2015.
  13. Yang, H., Gao, P., Fan, X., Li, H., Sun, Z., Li, H., Guo, L., Zhan M., Liu, Y. “Some Advances in Plastic Forming Technologies of Titanium Alloys”, Procedia Engineering, Vol. 81, pp. 44-53, 2014.
  14. Nieh, T.G., Wadsworth, J., Sherby, O.D. “Superplasticity in Metals and Ceramics”, Cambridge University Press, California, 2005.
  15. Davis, B., Hryn, J. “Innovative Forming and Fabrication Technologies: New Opportunities”, Argonne National Laboratory (ANL), No. ANL07/031, 2008.
  16. Khraisheh, M.K., Abu-Farha, F.K., “Microstructure-Based Modeling of Anisotropic Superplastic Deformation”, Technical Papers-Society of Manufacturing Engineers, 2003.
  17. Sieniawski, J., Motyka, M. “Superplasticity in Titanium Alloys”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 24, No. 1, pp. 123-130, 2007.
  18. http://learnersbook.com/m/imagearticles/view/Hydro-Drive#.WIoxAlN97Dd, March 2017.
  19. Koç, M. “Hydroforming for Advanced Manufacturing”, Elsevier, Washington, 2008.
  20. Aue-u-lan, Y. “Hydroforming of Tubular Materials at Various Temperatures”, Thesis, The Ohio State University, 2007.
  21. He, Z.B., Teng, B.G., Che, C.Y., Wang, Z.B., Zheng, K.L., Yuan, S.J. “Mechanical Properties and Formability of TA2 Extruded Tube for Hot Metal Gas Forming at Elevated Temperature”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 22, pp. s479-s484, 2012.
  22. Zhu-bin, H., Xiao-bo, F., Fei, S., Kai-lun, Z., Zhi-biao, W., Shi-jian, Y. “Formability and Microstructure of AA6061 Al Alloy Tube for Hot Metal Gas Forming at Elevated Temperature-TNMSC”, The Chinese Journal of Nonferrous Metals, Vol. 22, No. 2, pp. s364-s369, 2012.
  23. Nemat-Nasser, S., Guo, W., Cheng, J. “Mechanical Properties and Deformation Mechanisms of a Commercially Pure Titanium”, Acta materialia, Vol. 47, No. 13, pp. 3705-3720, 1999.
  24. Boyer, H.E. “Atlas of Stress-Strain Curves”, ASM International, Ohio, 1987.
  25. Nasrollahzade, M., Moslemi Naeini, H., Hashemi, S.J., Abbaszadeh, B., Shahbazi Karami, J. “Experimental Investigation of Aluminum Tubes Hot Gas Forming and Production of Square Cross-Section Specimens”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 435-442, 2016.
  26. Habibi, M., Hashemi, R., Sadeghi, E., Fazaeli, A., Ghazanfari, A., Lashini H. “Enhancing the Mechanical Properties and Formability of Low Carbon Steel with Dual-Phase Microstructure”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 25, pp. 382–389, 2016.
  27. Shrivastava, S. “Medical Device Materials”, Asm International, Ohio, 2004.
  28. Hosford, W.F., Caddell, R.M. “Metal Forming: Mechanics and Metallurgy”, Cambridge University Press, United Kingdom, 2011.
  29. Luo, J,. Li, M., Yu, W., Li, H. “The Variation of Strain Rate Sensitivity Exponent and Strain Hardening Exponent in Isothermal Compression of Ti–6Al–4V Alloy”, Materials & Design, Vol. 31, No. 2, pp. 741-748, 2010.
  30. Habibi, Mostafa, Ramin Hashemi, Ahmad Ghazanfari, Reza Naghdabadi, Ahmad Assempour. “Forming limit diagrams by including the M–K model in finite element simulation considering the effect of bending” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications 2016.
  31. Chandler, H. “Heat Treater's Guide: Practices and Procedures for Nonferrous Alloys”, ASM international, Ohio, 1996.
  32. Dieter, G.E. “Mechanical Metallurgy”, McGraw-Hill, New York, 1961.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 مرداد 1396
  • تاریخ بازنگری: 07 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 28 شهریور 1397
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار