تحلیل تجربی فرآیند نورد سطحی به‌همراه ارتعاشات فراصوت

نویسندگان

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.

کلیدواژه‌ها


  1. 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.##
  2. 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.##
  3. 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.##
  4. 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.##
  5. 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.##
  6. 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.##
  7. 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.##
  8. 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.##
  9. Varyukhin, V., Beygelzimer, Y., Synkov, S., and Orlov, D. “Application of Twist Extrusion”, Materials Science Forum, Vol. 503, pp. 335-340, 2006.##
  10. 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.##
  11. 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.##
  12. 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.##
  13. 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.##
  14. 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.##
  15. 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.##
  16. Blaha, F., and Langene CKer, B. “Tensile Deformation of Zinc Crystal Under Ultrasonic Vibration”, Naturwissenschaften, Vol. 42, 1955.##
  17. Fridman, H.D., and Levesque, P. “Reduction of Static Friction by Sonic Vibrations”, Journal of Applied Physics, Vol. 30, pp. 1572-1575, 1959.##
  18. 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.##
  19. Pohlman, R., and Lehfeldt, E., “Influence of Ultrasonic Vibration on Metallic Friction”, Ultrasonics, Vol. 4, pp. 178-185, 1966.##
  20. 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.##
  21. Cheers, C.F. “Design and Optimisation of an Ultrasonic Die System for Forming Metal Cans”, Loughborough University, 1995.##
  22. 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.##
  23. 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.##
  24. 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.##
  25. 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.##
  26. 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.##
  27. Vander Voort, G.F. “ASM Handbook Vol. 9”, Asm International Materials Park, Ohio, 2004.##