دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه فنی و مهندسی گلپایگان
چکیده
فرآیند نورد سطحی بههمراه ارتعاشات فراصوت (UASR)، یکی از برجستهترین روشهای تغییرشکل پلاستیک شدید و ایجاد ساختار ریزدانه میباشد. هدف از این مقاله این است که تأثیر ارتعاشات فراصوت در فرآیند نورد سطحی، بهطور تجربی مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا، هورن موردنظر جهت ارتعاش مود طولی طراحی و ساخته شد که در آن هورن (ابزار) میتواند با اعمال فشار استاتیک و همچنین ضربات دینامیکی، در خواص مکانیکی سطح فلز، تغییر ایجاد کند. آزمون تجربی برای سه نمونه CK15، CK45 و CK60 (کم کربن، متوسط کربن و پرکربن) با حضور و بدون حضور ارتعاشات فراصوت انجام گردید. میکرو سختی سطحی نمونهها بعد از انجام فرآیند UASR، نسبت به حالت معمولی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد هرچه فشار استاتیک بالاتر باشد، میکرو سختی سطحی نمونهها افزایش بیشتری مییابد، ضمن اینکه اعمال ارتعاشات فراصوت در فرآیند UASR نیز میتواند میکرو سختی سطحی را با افزایش قابل توجهی مواجه نماید. از طرفی مشاهدات تجربی نشان داد که اثرگذاری ارتعاشات فراصوت بر فرآیند نورد سطحی، در نمونههای پرکربن بیشتر است. سپس طی مقایسهای نسبی، عمر خستگی برای سهجنس ذکرشده، با دامنههای ارتعاشی مختلف بررسی شد که بهبود عمر نسبی خستگی در فرآیند UASR خصوصا در دامنههای ارتعاشی بالاتر نشان داده شده است.
Valiev, R.Z. and Langdon, T.G. “Principles of Equal-Channel Angular Pressing as a Processing Tool for Grain Refinement”, Progress in Materials Science, Vol. 51, No. 7, pp. 881-981, 2006.##
Cabibbo, M., Scalabroni, C., and Evangelista, E. “Effects of Severe plastic Deformation Induced by Equal Channel Angular Pressing in the AA1200, AA5754, AA6082 and AA6106 Modified with ZR and ZR+ SC”, Metallurgical Science and Technology, Vol. 24, No. 12, pp. 166-171, 2013.##
Kozlov, R.E., Ivanov, Y.F., Lian, J., Nazarov, A., and Baudelet, B. “Deformation Behaviour of Ultra-Fine-Grained Copper”, Acta Metallurgica et Materialia, Vol. 42, No. 7, pp. 2467-2475, 1994.##
Wang, Z., Tao, N., Li. S., Wang, W., Liu, G., and Lu, J. “Effect of Surface Nanocrystallization on Friction and Wear Properties in Low Carbon Steel”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 352, No's. 1-2, pp.144-149, 2003.##
Roland, T., Retraint, D., Lu, K., and Lu, J. “Fatigue Life Improvement through Surface Nanostructuring of Stainless Steel by Means of Surface Mechanical Attrition Treatment”, Scripta Materialia, Vol. 54, No 11, pp.1949-1954, 2006.##
Raja, K., Namjoshi, S., and Misra, M. “Improved Corrosion Resistance of Ni–22Cr–13Mo–4W Alloy by Surface Nanocrystallization”, Materials Letters, Vol. 59, No. 5, pp. 570-574, 2005.##
Valiev, R.Z. “Structure and Mechanical Properties of Ultra-Fine-Grained Metals”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 234, No. 97, pp. 59-66, 1997.##
Lee, J.C., Seok, H.-K., and Suh, J.-Y. “Microstructural Evolutions of the Al Strip Prepared by Cold Rolling and Continuous Equal Channel Angular Pressing”, Acta Materialia, Vol. 50, No. 16, pp. 4005-4019, 2002.##
Varyukhin, V., Beygelzimer, Y., Synkov, S., and Orlov, D. “Application of Twist Extrusion”, Materials Science Forum, Vol. 503, pp. 335-340, 2006.##
Suh, C.-M., Song, G.-H., Suh, M-.S., and Pyoun, Y.-S. “Fatigue and Mechanical Characteristics of Nano-Structured Tool Steel by Ultrasonic Cold Forging Technology”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 443, No 1-2, pp. 101-106, 2007.##
Villegas, J.C., Dai, K., Shaw, L.L., and Liaw, P.K. “Nanocrystallization of a Ni CKel Alloy Subjected to Surface Severe Plastic Deformation”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 410, pp. 257-260, 2005.##
Valiev, R., Mulyukov, R., Ovchinnikov, V., and Shabashov, V. “ Mössbauer Analysis of Submicrometer Grained Iron”, Scripta Metallurgica et Materialia, Vol. 25, No. 12, pp. 2717-2722, 1991.##
Valiev, R.Z., Krasilnikov, N., and Tsenev, N. “Plastic Deformation of Alloys with Submicron-Grained Structure”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 137, pp. 35-40, 1991.##
Salishchev, G.A., Imayev, R.M., Imayev, V., and Gabdullin, N. “Dynamic Recrystallization in TiAl and Ti3Al Intermetallic Compounds”, Materials Science Forum, Vol. 113, pp. 613-618, 1993.##
Ting, W., Dongpo, W., Gang, L., Baoming, G., and Ningxia, S. “Investigations on the Nanocrystallization of 40Cr using Ultrasonic Surface Rolling Processing”, Applied Surface Science, Vol. 255, No. 5, pp.1824-1829, 2008.##
Blaha, F., and Langene CKer, B. “Tensile Deformation of Zinc Crystal Under Ultrasonic Vibration”, Naturwissenschaften, Vol. 42, 1955.##
Fridman, H.D., and Levesque, P. “Reduction of Static Friction by Sonic Vibrations”, Journal of Applied Physics, Vol. 30, pp. 1572-1575, 1959.##
Winsper, C., and Sansome, D. “Study of the Mechanics of Wire Drawing with a Superimposed Ultrasonic Stress”, Proc 10th MTDR Conf, Advan in Mach Tool Des and Res, Manchester, England, pp. 553-565, 1969.##
Pohlman, R., and Lehfeldt, E., “Influence of Ultrasonic Vibration on Metallic Friction”, Ultrasonics, Vol. 4, pp. 178-185, 1966.##
Bai, Y., and Yang, M. “Influence of Ultrasonic Vibration on Metal Foils Surface Finishing with Micro-Forging”, Procedia Engineering, Vol. 81, pp. 1475-1480, 2014.##
Cheers, C.F. “Design and Optimisation of an Ultrasonic Die System for Forming Metal Cans”, Loughborough University, 1995.##
Kumar, V., and Hutchings, I. “Reduction of the Sliding Friction of Metals by the Application of Longitudinal or Transverse Ultrasonic Vibration”, Tribology International, Vol. 37, pp. 833-840, 2004.##
Izumi, O., Oyama, K., and Suzuki, Y. “Effects of Superimposed Ultrasonic Vibration on Compressive Deformation of Metals”, Transactions of the Japan Institute of Metals, Vol. 7, pp. 162-167, 1966.##
Hayashi, M., Jin, M., Thipprakmas, S., Murakawa, M., Hung, J.-C., and Tsai, Y.-C. “Simulation of Ultrasonic-Vibration Drawing using the Finite Element Method (FEM)”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 140, pp. 30-35, 2003.##
Cao, X., Pyoun, Y., and Murakami, R. “Fatigue Properties of a S45C Steel Subjected to Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification”, Applied Surface Science, Vol. 256, pp. 6297-6303, 2010.##
Cherif, A., Pyoun, Y., and Scholtes, B. “Effects of Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification (UNSM) on Residual Stress State and Fatigue Strength of AISI 304”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 19, pp. 282-286, 2010.##
Vander Voort, G.F. “ASM Handbook Vol. 9”, Asm International Materials Park, Ohio, 2004.##