پایان‌نامه تحصیلی جهت اخذ مدرک کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی مواد_شناسایی، انتخاب و روش ساخت مواد مهندسی

دانشکده مکانیک

بررسی فرم پذیری فولادهای کم کربن تجاری و تاثیر آن بر شکل پذیری قطعه تودری پژو

 

 

چکیده

ورق های فولادی به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله صنعت خودرو سازی کاربرد دارند. علت استفاده وسیع از این ورق ها به استحکام بالا، قابلیت جوش آسان و همچنین در دسترس بودن با قیمت مناسب بر می گردد. اما علت اصلی و مهم استفاده گسترده این ورق ها، قابلیت تغییر شکل به قطعات و شکل های پیچیده است. در شکل دهی ورق های فلزی بررسی حد تحمل یک فلز در مقابل کرنش های مختلف با استفاده از منحنی FLD (منحنی حد شکل پذیری) انجام می شود. در این پژوهش منحنی های FLD برای سه نوع ورق ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار رسم شد و سپس رفتار این سه ورق در قالب، برای تولید قطعه تو دری پژو ۴۰۵ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که منحنی های FLD برای هر سه ورق به یکدیگر نزدیک است و امکان تولید قطعه فوق با توجه به این منحنی ها امکانپذیر می باشد. اما با توجه به شرایط اصطکاکی که بین قالب و ورق هنگام تولید ایجاد   می شود، هنگام استفاده از ورق های بدون پوشش، قطعه دچار پارگی شد.

 

کلمات کلیدی : ورق های فولادی، ورق های IF، شکل پذیری، منحنی های حد شکل دادن، ضریب اصطکاک

 

 

فهرست مطالب

 

 

فصل اول

مقدمه ۱

 

فصل دوم

۱-۲- فولادهای کم کربن ۳

۲-۲- پوشش ها و فولاد های مخصوص ۶

۳-۲- گالوانیزه ۷

۱-۳-۲- پوشش روی ۷

۲-۳-۲- گالوانیزه گرم ۸

۴-۲- شکل پذیری ۹

۵-۲- منحنی های حد شکل پذیری (FLD) 11

1-5-2- اصول و تعریف ۱۱

۲-۵-۲- روش های تعیین دیاگرام های حد شکل دهی ۱۲

۱-۲-۵-۲- روش های تئوری ۱۳

۲-۲-۵-۲- روش های عملی ۱۵

۱-۲-۲-۵-۲- روش Marciniak 15

2-2-2-5-2- روش Nakazima 16

3-5-2- تهیه نمونه جهت آزمون FLD 17

4-5-2- گرید بندی ۱۷

۵-۵-۲- اندازه گیری کرنش جهت رسم منحنی FLD 21

6-5-2- نموار های حد شکل دادن-یافته های تجربی ۲۳

۷-۵-۲- عوامل موثر بر نمودار های حد شکل پذیری ۲۴

۱-۷-۵-۲- اثر قطر گریدهای حک شده بر سطح ورق ۲۵

۲-۷-۵-۲- اثر ضخامت ورق ۲۵

۳-۷-۵-۲- اثر توان کار سختی (n) 26

4-7-5-2- اثر ناهمسانگردی ((r 26

5-7-5-2- اثر اصطکاک ۲۶

۸-۵-۲- کاربردهای FLD 27

6-2- ظاهر سطح ۳۰

۷-۲- یکنواختی محصول ۳۲

۸-۲- نگاهی اجمالی به روند کلی فرآیند نورد سرد در مجتمع فولاد مبارکه ۳۲

۱-۸-۲- اسید شویی ۳۴

۲-۸-۲- نورد تاندم ۳۵

۳-۸-۲- بازپخت ۳۷

۴-۸-۲- اسکین پس ۳۸

۵-۸-۲- تمپر میل ۳۹

۹-۲- ریز ساختار در حالت کار سرد ۳۹

۱۰-۲- انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شکل پلاستیک ۴۰

۱۱-۲- عملیات حرارتی آنیل فلزات تغییر شکل پلاستیک یافته ۴۰

۱-۱۱-۲- بازیابی ۴۱

۱-۱-۱۱-۲- عوامل موثر بر بازیابی ۴۲

۲-۱-۱۱-۲- تغییرات ساختاری حین بازیابی ۴۲

۲-۱۱-۲- تبلور مجدد ۴۲

۱-۲-۱۱-۲- عوامل موثر بر تبلور مجدد ۴۴

۳-۱۱-۲- رشد دانه ۴۴

۱-۳-۱۱-۲- رشد نرمال دانه ۴۴

۲-۳-۱۱-۲- رشد غیر نرمال دانه ۴۵

 

فصل سوم

۱-۳- ماده اولیه ۴۶

۲-۳-  خواص  مکانیکی ۴۶

۳-۳- منحنی های حد شکل پذیری (FLD) 46

4-3- گریدبندی ورق ها و اندازه گیری در صد کرنش ها در مناطق با ریسک بالا در قطعه تودری پژو    ۴۰۵ ۴۸

۵-۳- آزمون ضریب اصطکاک ۴۹

۶-۳- اندازه گیری زبری سطح ۴۹

 

فصل چهارم

۱-۴- ترکیب شیمیایی ۵۰

۲-۴- خواص مکانیکی ۵۰

۳-۴- پارامترهای شکل پذیری (nوr) 56

4-4- منحنی های حد شکل پذیری (FLD) 60

5-4- تاثیر روانکار بر منحنی های حد شکل پذیری (FLD) 62

6-4- بررسی امکان تولید قطعه تودری با استفاده از ورق های ST14، IF بدون پوشش و IF            پوشش دار ۶۴

۷-۴- مقایسه ضرایب اصطکاک ورق ها ۷۶

۸-۴- کیفیت سطحی ۷۸

 

فصل پنجم

نتیجه گیری ۸۱

مراجع ۸۲

 

 

فهرست اشکال

 

 

 

شکل ۱-۲: منحنی های تنش-کرنش فولاد کم کربن که پیر سازی کرنشی را نشان می دهند. ۴

شکل ۲-۲: افزایش نسبت کرنش میانگین با اقزایش اندازه دانه در فولادهای کم کربن. ۵

شکل ۳-۲: معایب معمول که در فرآیند های کشش عمیق و شکل دهی کشسائی به وجود               می آیند. ۱۰

شکل ۴-۲: منحنی حد شکل دادن. ۱۲

شکل ۵-۲: مدل های تئوری استفاده شده برای محاسبه FLD. 13

شکل ۶-۲: شماتیک فرآیند Marciniak. 15

شکل ۷-۲: شماتیک فرآیند Nakazima. 16

شکل ۸-۲: آزمون ناکازیما و تعیین FLD. 16

شکل ۹-۲: شماتیک دستگاه حک الکتروشیمیایی. ۱۸

شکل ۱۰-۲: برخی از الگوهای مورد استفاده برای شابلون ها. ۱۹

شکل ۱۱-۲: شماتیک ابزار لازم جهت رسم FLD. 20

شکل ۱۲-۲: دستگاه اریکسون. ۲۰

شکل ۱۳-۲: نمونه های گریدبندی و تغییر شکل داده شده. ۲۱

شکل ۱۴-۲: محورهای اصلی و فرعی بیضی جهت تعیین کرنشهای اصلی و فرعی. ۲۲

شکل ۱۵-۲: شماتیک نوار پلاستیکی برای اندازه گیری کرنش. ۲۲

شکل ۱۶-۲: شماتیک منحنی FLD و موقعیت کرنش در مناطق مختلف ورق نسبت به منحنی FLD. 23

شکل ۱۷-۲: پارامترهای موثر بر شکل پذیری ورق ها. ۲۴

شکل ۱۸-۲: اثر ضحامت بر FLD ورق فولادی ST14. 25

شکل ۱۹-۲: ورق مسی آنیل شده در حالت شکل دهی کشسائی با ضخامت in 35/0الف- پانچ هیدرولیک ب- با استفاده از پانچ نیم کروی و روانکار فیلمی پلی اتیلن. ۲۷

شکل ۲۰-۲: نمایش حالات موجود در یک ورق در یک فضای FLD. 29

شکل ۲۱-۲: نمونه ای از اثر پوست نارنجی. ۳۱

شکل ۲۲-۲: کرنش های پیش رونده در ورق فولاد ۱۰۰۸ که تا ورای نقطه تسلیم کشیده شده است. ۳۱

شکل ۲۳-۲: نمائی شماتیک از فرآیند تولید ورق نورد سرد. ۳۴

شکل ۲۴-۲: نمائی از خط اسید شوئی. ۳۵

شکل ۲۵-۲: نمائی از (a)خط اسید شوئی و نورد تاندم (b) نورد تاندم. ۳۶

شکل ۲۶-۲: (a,b) نمائی از کوره های بازپخت جعبه ای. ۳۷

شکل ۲۷-۲: نمائی از خط اسکین پس. ۳۸

شکل ۲۸-۲: نمائی از (a) خط تمپر میل (b) کلاف خروجی از تمپر میل. ۳۹

شکل ۲۹-۲: اثر دما بر حرارت تولید شده، مقاومت الکتریکی و سختی ۴۱

آلومینیوم ۹۹۸/۹۹% با ۷۵% تغییر شکل در فشار. ۴۱

شکل ۳۰-۲: تغییرات سختی بر حسب دمای آنیل. ۴۳

شکل ۳۱-۲: کسر تبلور مجدد یافته بر حسب زمان آنیل. ۴۴

شکل ۱-۳: نمونه های آزمایش با عرض های متفاوت. ۴۷

شکل ۲-۳: الگوی مورد استفاده در این پژوهش. ۴۷

شکل ۳-۳: شماتیکی از دستگاه اریکسون. ۴۸

شکل ۴-۳: نمونه های تغییر فرم یافته. ۴۸

شکل ۵-۳: نوار شفاف پلاستیکی برای اندازه گیری میزان کرنش دایره های تغییر فرم یافته. ۴۸

شکل ۱-۴: نمودار تنش-کرنش ورق ST14. 51

شکل ۲-۴: نمودار تنش-کرنش ورق IF بدون پوشش. ۵۱

شکل ۳-۴: نمودار تنش-کرنش ورق IF پوشش دار. ۵۲

شکل ۴-۴: مقایسه میانگین استحکام تسلیم ورق ها. ۵۴

شکل ۵-۴: مقایسه میانگین استحکام کششی ورق ها. ۵۴

شکل ۶-۴: مقایسه میانگین در صد تغییر طول ورق ها. ۵۵

شکل ۷-۴: مقایسه میانگین توان کار سختی ورق ها. ۵۸

شکل ۸-۴: مقایسه ان ایزوتروپی نرمال ورق ها. ۵۹

شکل ۹-۴: مقایسه پارامتر  ورق ها. ۵۹

شکل ۱۰-۴: مقایسه میزان گوش دار شدن ورق ها. ۶۰

شکل ۱۱-۴: منحنی های حد شکل پذیری برای ورق های ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار. ۶۱

شکل ۱۲-۴: منحنی FLD برای ورق ST14 با حضور روانکار. ۶۳

شکل ۱۳-۴: منحنی های FLD برای ورق ST14 با حضور روانکار و بدون حضور روانکار. ۶۳

شکل ۱۴-۴: نواحی که در آنها احتمال پارگی یا خط پاره بالا در قطعه تودری بالا می باشد. ۶۴

شکل ۱۵-۴: ورق IF پوشش دار قبل از حک الکتروشیمیایی. ۶۵

شکل ۱۶-۴: قسمتی از ورق ST14 گرید بندی شده. ۶۵

شکل ۱۷-۴: تودری تولید شده با استفاده از ورق IF پوشش دار. ۶۶

شکل ۱۸-۴: تصویر ناحیه ۱ ورق ST14. 67

شکل ۱۹-۴: تصویر ناحیه ۲ ورق ST14. 67

شکل ۲۰-۴: تصویر ناحیه ۳ ورق ST14. 68

شکل ۲۱-۴: تصویر ناحیه ۴ ورق ST14. 68

شکل ۲۲-۴: تصویر ناحیه ۵ ورق ST14. 69

شکل ۲۳-۴: تصویر ناحیه ۱ ورق IF بدون پوشش. ۶۹

شکل ۲۴-۴: تصویر ناحیه ۲ ورق IF بدون پوشش. ۷۰

شکل ۲۵-۴: تصویر ناحیه ۳ ورق IF بدون پوشش. ۷۰

شکل ۲۶-۴: تصویر ناحیه ۴ ورق IF بدون پوشش. ۷۱

شکل ۲۷-۴: تصویر ناحیه ۵ ورق IF بدون پوشش. ۷۱

شکل ۲۸-۴: منحنی های FLD و کرنش های به وجود آمده در ناحیه ۱٫ ۷۳

شکل ۲۹-۴: منحنی های FLD و کرنش های به وجود آمده در ناحیه ۲٫ ۷۳

شکل ۳۰-۴: منحنی های FLD و کرنش های به وجود آمده در ناحیه ۳٫ ۷۴

شکل ۳۱-۴: منحنی های FLD و کرنش های به وجود آمده در ناحیه ۴٫ ۷۴

شکل ۳۲-۴: منحنی های FLD و کرنش های به وجود آمده در ناحیه ۵٫ ۷۵

شکل ۳۳-۴: نمودار نیروی افقی-زمان برای ورق ST14. 76

شکل ۳۴-۴: نمودار نیروی افقی-زمان برای ورق IF بدون پوشش. ۷۶

شکل ۳۵-۴: نمودار نیروی افقی-زمان برای ورق IF پوشش دار. ۷۶

شکل ۳۶-۴: ضریب اصطکاک ورق ST14. 77

شکل ۳۷-۴: ضریب اصطکاک ورق IF بدون پوشش. ۷۷

شکل ۳۸-۴: ضریب اصطکاک ورق IF پوشش دار. ۷۷

شکل ۳۹-۴: منحنی Waviness و زبری ورق ST14. 78

شکل ۴۰-۴: منحنی Waviness و زبری ورق IF بدون پوشش. ۷۸

شکل ۴۱-۴: منحنی Waviness و زبری ورق IF پوشش دار. ۷۹

 

 

فهرست جداول

 

 

 

جدول ۱-۲: مشخصات و شرایط کاری خط اسید شوئی. ۳۵

جدول ۲-۲: مشخصات و شرایط کاری خط نورد تاندم. ۳۶

جدول ۳-۲: مشخصات و شرایط کاری کوره بازپخت. ۳۷

جدول ۴-۲: مشخصات و شرایط کاری نورد بازگشت. ۳۹

جدول ۱-۴: ترکیب شیمیایی ورق های مورد مطالعه بر اساس در صد وزنی ۵۰

جدول ۲-۴: خواص مکانیکی ورق ST14 52

جدول ۳-۴: خواص مکانیکی ورق IF بدون پوشش ۵۳

جدول ۴-۴: خواص مکانیکی ورق IF پوشش دار ۵۳

جدول ۵-۴: مقادیر سختی ۵۳

جدول ۶-۴: پارامترهای شکل پذیری برای ورق ST14 55

جدول ۷-۴: پارامترهای شکل پذیری برای ورق IF بدون پوشش ۵۶

جدول ۸-۴: پارامترهای شکل پذیری برای ورق IF پوشش دار ۵۶

جدول ۹-۴: میانگین پارامترهای شکل پذیری برای ورق ها ۵۷

جدول ۱۰-۴: عواملی که روی شکل پذیری موثرند ۵۹

جدول ۱۱-۴: مقدار توان کار سختی ورق ها از دو روش ۶۰

جدول ۱۲-۴: کرنش های به وجود آمده پس از تغییر شکل ۶۱

جدول ۱۳-۴: کرنش های به وجود آمده پس از تغییر شکل ۶۲

جدول ۱۴-۴: میزان کرنش در نواحی ۱، ۲، ۴ و ۵ ۷۲

جدول ۱۵-۴: میزان کرنش در ناحیه ۳ ۷۲

جدول ۱۶-۴: پارامترهای زبری ورق ها ۷۹

 

مقدمه

شکل دهی ورق های فلزی بخش گسترده ای از تغییر شکل فلزات می باشد که از دیرباز مورد توجه صنعتگران و محققین بوده است و با گذشت زمان در تکامل فرآیند شکل دهی ورق های فلزی پیشرفت های وسیعی صورت گرفته است. ایده تغییر شکل ورق های فلزی تقریبا یک قرن پیش با شکل دهی و ساخت ظروف آشپزخانه و ساخت اشیاء هنری براساس آزمایش ها و روش های تجربی صنعتگران شکل گرفت و با پیشرفت های علمی ناشی از تحقیقات محققان و صنعتگران، روش های تجربی پایه علمی به خود گرفت و امروز به صورت یک فرآیند پیچیده و با اهمیت صنعتی در آمده است به نحوی که توان ساخت قطعات با روش شکل دهی ورق های فلزی یکی از مهمترین ارکان اقتصادی یک کشور به خصوص در صنایع خودرو تلقی می گردد.

 

12000 تومان – خرید