بررسی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی تاثیر دما در فرآیند تیگزوفورجینگ، مطالعه موردی: تولید درپوش گیربکس حلزونی مدل 62

نویسندگان

باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خمینی شهر

چکیده

برای تولید قطعاتی که دارای خواصی مناسب و در نزدیک­ترین حالت تولید به­شکل نهایی باشند می­توان از انواع فرآیند­های شکل­دهی نیمه­جامد استفاده نمود. تیگزوفورجینگ به مجموعه­ای از فرآیندهای نیمه­جامد گفته می­­شود که در آن عملیات شکل­دهی برای موادی با کسر جامد کمتر از 55% صورت بگیرد. هدف از این مقاله بررسی تاثیر دما (یعنی دمای قالب و قطعه خام) برای تولید قطعه­ای نسبتاً پیچیده است. خروجی­های مورد بررسی نیز ریزساختار و مشخصات مکانیکی قطعه تولیدی در نظر گرفته شده است. برای این منظور یک­سری آزمایشات عملی صورت گرفته است. همچنین داده­های حاصل در این آزمایشات با مقادیر استخراجی از شبیه­سازی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که با افزایش دمای قالب، ریزساختار درشت­تر می­شود. همچنین در این حالت ساختار غیر همگنی به­وجود می­آید. نتیجه این اتفاق کاهش سختی به مقدار 5/12% است. البته نیروی شکل­دهی نیز کاهش یافته که مقدار 6/20% گزارش شده است. همچنین رشد دانه­ها با افزایش دمای قطعه و مدت زمان نگه­داری نشان داده شده است. می­توان گفت برای مدت زمان نگه­داری min5 دقیقه، چنانچه دما از ºC570 به ºC600 افزایش یابد، مقدار اندازه دانه 3/5% افزایش می­یابد. یا برای دمای ºC570 افزایش زمان نگه­داری از min5 به min30 موجب افزایش 9/73% در اندازه دانه می­گردد. در ادامه برای بهبود سختی نمونه­ها از عملیات T6 استفاده شده است. با استفاده از این عملیات، میزان سختی 3/17% افزایش یافت. دلیل این امر   شکسته­شدن فاز یوتکتیک و تبدیل آن به ساختار همگن و کروی است.

کلیدواژه‌ها


1. Chou, H.N., Govender, G., and Ivanchev, L. “Opportunities and Challenges for Use of SSM Forming in the Aerospace Industry”, TTP, So. St. Ph., Vol. 116-117, pp. 92-95, 2006.##

2. Nourouzi, S., Bakhshi-juybari, M., Kolahdooz, A., and Hosseinipour, S.J., “Effect of Temperature on the Microstructure of Semi-Solid Casting in Cooling Slope Method, Aer. Mech. J., Vol. 9, No. 3., pp. 55-65, 2013. (In Persian)##

3. Flemings, M.C. “Behavior of Metal Alloys in the Semisolid State”, Metall. Mater. Trans. A., Vol. 22, pp. 957–81, 1991.##

4. Haga, T. and Kapranos, P. “Billetless Simple Thixoforming Process”, J. Mat. Proc. Tech., Vol. 130-131, pp. 581-586, 2002.##

5. Atkinson, H.V. “Modelling the Semisolid Processing of Metallic Alloys”, Prog. in Mat. Sci., Vol. 50, pp. 341–412, 2005.##

6. Kang, C.G., Cho, J.S., and Kim, K.H. “The Effect of Strain Rate on Macroscopic Behavior in the Compression Forming of Semi-Solid Aluminum Alloy”, J. Mat. Proc. Tech., Vol. 88, pp. 159–168, 1999.##

7. Fan, Z. “Semisolid Metal Processing”, Int. Mat. Re., Vol. 47, pp. 49-85, 2002.##

8. Moschini, R. “Production of Automotive Components by Pressure Die-Casting in the Semi-Liquid State”, Proc. Int. Conf. Aluminium Alloys: New Process Technologies, Italy, 1993.##

9. Kenney, M.P., Courtois, J.A., Evans, R.D., Farrior, G.M., Kyonka, C.P., Koch, A.A., and Young, K.P. “Semisolid Metal Casting and Forging”, 9th ed., ASM Int., Metals Park, Ohio, USA, 1988.##

10. Pouyafar, V., Sadough, S.A., Hosseini, F., and Rahmani, M.R. “Design of Experiments for Determination of Influence of Different Parameters on Mechanical Properties of Semi-Solid Extruded Parts”, T. Nonferr. Metal. Soc., Vol. 20, pp. 794-797, 2010.##

11. Fadavi Boostani, A. and Tahamtan, S. “Microstructure and Mechanical Properties of A356 Thixoformed Alloys in Comparison with Gravity Cast ones Using New Criterion”, T. Nonferr. Metal. Soc., Vol. 20, pp. 1608-1614, 2010.##

12. Fadavi Boostani, A. and Tahamtan, S. “Effect of a Novel Thixoforming Process on the Microstructure and Fracture Behavior of A356 Aluminum Alloy”, Mater. Design, Vol. 31, pp. 3769–3776, 2010.##

13. Tahamtan, S. and Fadavi Boostani, A. “Microstructural Characteristics of Thixoforged A356 Alloy in Mushy State, T. Nonferr. Metal. Soc., Vol. 20, pp 781-787, 2010.##

14. Nourouzi, S., Kolahdooz, A., and Botkan, M. “Behavior of A356 Alloy in Semi-Solid State Produced by Mechanical Stirring”, Ad. Mat. Res., Vol. 402, pp. 331-336, 2012.##

15. Kazemi, A., Nourouzi, S., Kolahdooz, A., and Gorji, A. “Experimental Investigation of Thixoforging Process on Microstructure and Mechanical Properties of the Centrifugal Pump Flange”, J. Mech. Sci. Tech., Vol. 29, No. 7, pp. 2957-2965, 2015.##

16. Kolahdooz, A., Nourouzi, S., Bakhshi-juybari, M., and Hosseinipour, S.J. “Experimental Study and FEM Simulation of the Effect of Significant Parameters in the Thixoforging of the Gearbox Cap”, J. Sol. Mech. Eng., Vol. 5, No. 1, pp. 47-56, 2012. (In Persian)##

17. Hasford, W.F. and Caddell, R.M. “Metal Forming (Mechanics and Metallurgy)”, Sec. Ed., Prentice Hall, Cambridge Uni. Press, UK, 1993.##

18. Besharati, M.K., Davami, K., and Shaygan, M. “An Investigation of Eemperature Effect on Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum (A360) Processed by Thixoforging”, Int. J. Math. & Com. Simul., Vol. 2, pp. 152-157, 2008.##

19. Raki, N., and Kolahdooz, A., “An Investigation on the Parameters of the Cooling Slope Method on the Microstructure and the Hardness of Al-A380 Alloy”, Fou. Res. J., In Press, Accepted Manuscript, Available Online from 28 April 2018. DOI: 10.22034/FRJ.2018.106034.1009 (In Persian)##

20. Jung, H.K. and Kang, C.G. “Induction Heating Process of an Al–Si Aluminum Alloy for Semi-Solid Die Casting and its Resulting Microstructure”, J. Mat. Proc. Tech.,Vol. 120, pp. 355–364, 2002.##

21. Martin, C., Kumar, P., and Brown, S.B. “Shear Rate Thickening Flow Behavior of Semi-Solid Slurries”, Metall. Trans. A., Vol. 24, pp. 1107-1116, 1993.##

22. Ilegbusi, O.J. and Brown, S. “Mold Filling of Semisolid Metal Slurries”, J. Mater. Eng. Perform., Vol. 4, pp. 486-493, 1995.##

23. Cho, W.G. and Kang, C.G. “Mechanical Properties and their Microstructure Evaluation in the Thixoforming Process of Semi-Solid Aluminum Alloys”, J. Mat. Proc. Tech., Vol. 105, pp. 269–277, 2000.##

24. Kolahdooz, A., Nourouzi, S., Bakhshi-juybari, M., and Hosseinipour, S.J. “Experimental Investigation of the Effect of Temperature in Semisolid Casting using Cooling Slope Method, Proc”, Int. Mech. Eng.; Part E, J. Proc. Mech. Eng., Vol. 230, No. 4, pp. 316-325, 2016.##

25. Nourouzi, S., Bakhshi-juybari, M., Kolahdooz, A., and Hosseinipour, S.J., “Effect of Temperature on the Microstructure of Semi-Solid Casting in Cooling Slope Method, Aer. Mech. J., Vol. 9, No. 3, pp. 55-65, 2013. (In Persian)##

26. Kim, I.J. and Kim, D.H. “Semi-solid State Forming in Hypereutectic Al-Si Alloy”, J. Korean Foun. Soc., Vol. 17, pp. 311-318, 1997.##

27. Kurz, W. and Fisher, D.J. “Fundamentals of Solidification”, Tran. Tech. Pub., Switzerland, pp. 34-43, 1984.##

28. Dewhirst, B.A. “Optimization of the Heat Treatment of Semi-Solid Processed A356 Aluminum Alloy”, Master’s Thesis, Worcester Polytechnic Institute, 2005.##

29. Pearce, J.T.H. and Chairuangsri, T. “Age Hardening and Precipitation Behavior of an Experimental Cast Al-Mg-Si Alloy Treated by T6 and T6I6 Heat Treatments”, Chiang Mai J. Sci., Vol. 37, pp. 269-281, 2010.##

30. Rosso, M. “Thixocasting and Rheocasting Technologies, Improvements Going on”, J. Ach. Mat. & Manu. Eng., Vol. 54, pp. 110-119, 2012.##