تحلیل برگشت فنری در خمکاری ورق‌های فولادی

پدیده برگشت فنری یکی از چالش‌های مهم در فرآیند خمکاری ورق‌های فولادی محسوب می‌شود که مستقیماً بر دقت ابعادی قطعه نهایی تأثیر می‌گذارد.

این پدیده زمانی رخ می‌دهد که پس از اعمال نیرو و انجام تغییر شکل، بخشی از تغییرات الاستیک ماده آزاد شده و موجب بازگشت جزئی ورق به حالت اولیه گردد.

عوامل متعددی بر میزان برگشت فنری تأثیرگذار هستند که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نوع فولاد، ضخامت ورق، شعاع خمکاری، روش خمکاری، تنش‌های پسماند و اثر باوشینگر اشاره نمود.

فولادهایی با مدول یانگ بالا و استحکام کششی زیاد مانند AISI 1095 و AISI 301 معمولاً برگشت فنری بیشتری نشان می‌دهند. همچنین، ورق‌های نازک‌تر به دلیل نسبت بالای شعاع خم به ضخامت، مستعد برگشت فنری شدیدتری هستند.

انتخاب روش خمکاری نیز نقش تعیین‌کننده‌ای دارد؛ به‌طوری‌که خمکاری سرد موجب افزایش برگشت فنری، و خمکاری گرم یا القایی موجب کاهش آن می‌گردد. اثر باوشینگر و تنش‌های پسماند نیز رفتار ماده را پیچیده‌تر کرده و پیش‌بینی دقیق زاویه نهایی خم را دشوارتر می‌سازد.

در این مقاله، با ارائه جداول مقایسه‌ای، مثال‌های عددی، و معرفی گریدهای فولادی مناسب، راهکارهایی برای کنترل و کاهش برگشت فنری پیشنهاد شده است.

هدف آن است که طراحان صنعتی، مهندسان مکانیک و متخصصان تولید بتوانند با شناخت دقیق این پدیده، فرآیند خمکاری را بهینه‌سازی نموده و دقت ابعادی قطعات را افزایش دهند.

این تحلیل می‌تواند در صنایع خودروسازی، سازه‌های فلزی، تجهیزات صنعتی و تولید قطعات دقیق مورد استفاده قرار گیرد.

فولاد 1020 یکی از پرکاربردترین فولادهای کم‌کربن است که به دلیل ترکیب شیمیایی ساده، خواص مکانیکی مناسب و قیمت اقتصادی،

در صنایع مختلف جایگاه ویژه‌ای دارد. این فولاد تحت استاندارد AISI تعریف شده و عمدتاً شامل آهن، کربن، و مقدار کمی منگنز است. خواص مکانیکی آن شامل استحکام کششی متوسط، سختی قابل قبول و چقرمگی بالا بوده و برای کاربردهای عمومی بسیار مناسب است.

قابلیت ماشین‌کاری و جوش‌پذیری بالای فولاد 1020 آن را برای تولید قطعات صنعتی، خودرویی و ساختمانی مطلوب ساخته است.

همچنین، این فولاد قابلیت انجام عملیات حرارتی مانند نرمال‌سازی و کربن‌دهی سطحی را دارد که موجب بهبود خواص سطحی آن می‌شود.

در مقایسه با گریدهای مشابه مانند 1018 و 1045، فولاد 1020 تعادلی میان سختی، شکل‌پذیری و هزینه ارائه می‌دهد.
در صنایع نوین مانند رباتیک، انرژی‌های تجدیدپذیر و چاپ سه‌بعدی فلزی نیز از فولاد 1020 استفاده می‌شود.

این فولاد در قالب مقاطع مختلفی مانند میلگرد، ورق، لوله و پروفیل تولید شده و در هر بخش از صنعت کاربرد خاصی دارد.

بازار جهانی فولاد 1020 تحت تأثیر عوامل اقتصادی، زیست‌محیطی و فناوری‌های نوین در حال تحول است.

با توجه به روندهای آینده، انتظار می‌رود این فولاد همچنان نقش کلیدی در توسعه صنعتی ایفا کند.

فولاد 1181-میلگرد 1181-گرد 1181-فولاد ck35-میلگرد ck35-گرد ck35-فولاد کربنی-نام های دیگر: ۱۵۵۰- W6W – R3 – V935 – S1181 – C35 – S35C – ۱۰۳۵ – ۰۶۰A3

۳۵فولاد ck35 یا همان 1181 فولاد با خلوص بالا برای ساخت و اجزاء تحت تنش اندکی بالاتر از خودروها.مهندسی مکانیک،

ساخت موتور، خودرو، قطعات ماشین سازی، محور قطار و ساخت پیچ و مهره ها. مقاوم در دمای بالا برده شده تا حداکثر 400 درجه سانتی گراد به کار می رود.

خصوصیت: فولاد غیر آلیاژی با قابلیت عملیات حرارتی دارای سختی پذیری متوسط و شکل پذیری عالی و همچنین ماشین کاری خیلی خوب-کاربرد: قابل استفاده در اجزاء سازه ای در صنایع ماشین سازی، قابل استفاده در قطعات موتور – فولاد کربنی، نوعی فولاد است که حداکثر درصد وزنی کربن ان 2.1% است.

طبق تعریف مؤسسه آهن و فولاد آمریکا، AISI، زمانی به فولاد را فولاد کربنی می گویند.با افزایش درصد کربن در فولادها، امکان سختکاری و افزایش استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش می یابد.

ولی از طرفی این کار باعث کاهش شکل پذیری آن می شود. جدای از عملیات حرارتی، افزایش درصد کربن باعث کاهش خاصیت جوشکاری فولادها می شود.

در فولادهای کربنی هر چه درصد کربن افزایش یابد، دمای ذوب فولاد کاهش می یابد.

گوگرد زدایی از فولاد ساده ی کربنی با استفاده از سرباره های مصنوعی-فروش فولاد کربنی
فرایند سرباره ی مصنوعی موجب کاهش درصد گوگرد و فسفر حل شده در فولاد. بهبود فرایند آخال زدایی، محافظت از فلز در برابر محیط و جلوگیری از افت دمای فلز در پاتیل می شود. در پژوهش حاضر، تأثیر افزودن Na2O و SrO به سرباره ی CaO-Al2O3-SiO2 بر فرایند گوگردزدایی بررسی می گردد. به این منظور، سرباره ها در دمای 1400 درجه سانتی گراد پیش ذوب شدند. و فرایند گوگرد زدایی در کوره ی القایی فرکانس بالا انجام شد.
نتایج نشان دادند که مدت زمان بهینه برای انجام فرایند گوگردزدایی 15 دقیقه است. و بازده فرایند گوگردزدایی برای دستگاه سه جزیی 33 درصد. و برای دستگاه چهار جزیی با حزء چهارم SrO و Na2O، به ترتیب 34 و 7 می باشد. افزون بر این، بازده گوگردزدایی به وسیله ی سرباره CaO-Al2O3-SiO2-SrO. با استفاده از بوته ی درپوش دار تا 77 درصد افزایش یافت.

مقدمه
به منظور تولید فولادهایی با کاربردهای خاص در صنایعی مانند خطوط انتقال گاز. ابزارسازی و نیروگاه های هسته ای که خواص مکانیکی مناسب تری از آن ها انتظار می رود. از فرایند متالورژی پاتیلی کمک گیری می شود. در این فرایند، کیفیت فولاد با استفاده از روش های مختلفی از جمله گاز زدایی فلز در خلاء. دمش گازهای خنثی، دمش پودرهای فلزی به مذاب فولاد و به کارگیری سرباره ی مصنوعی، افزایش می یابد [1]. از میان این روش ها، فرایند سرباره ی مصنوعی ساده ترین و در عین حال، ارزان ترین روش در متالورژی پاتیلی است.

که موجب کاهش میزان گوگرد حل شده در فولاد، بهبود فرایند آخال زدایی. محافظت از فلز در برابر محیط (نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن) و جلوگیری از افت دمای فلز در پاتیل می شود [2]. همانطور که نمودار فازی Fe-S در شکل (1) مشاهده می شود. گوگرد در آهن مذاب به طور کامل حل می شود. اما در آهن جامد انحلال جزئی دارد و در آن ترکیب های سولفیدی تشکیل می دهد. با انجماد فولاد، سولفیدهای آهن در مرز دانه ها رسوب می کنند. و در دمای 988 درجه سانتی گراد، با آهن تشکیل مخلوط یوتکتیک می دهند.

فولاد مخزنی-ورق مخزنی-اصول ساخت مخازن تحت فشار-روش ساخت مخازن تحت فشار-مخزن تحت فشار استاندارد ASTM SEC VIII به مخازنی گفته می شود. که فشار طراحی داخل آن بیش از 15psi (و کمتر از 3000psi) باشد. این مخازن فلزی معمولاً استوانه ای یا کروی. برای نگهداری و یا انجام فرآیندهای شیمیایی مایعات و یا گازها می باشند. که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری های مختلف فشار. (فشار داخل، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می باشند.ساخت مخازن تحت فشار به روش فورجینگ قابل اجرا برای مخازنی خواهد بود. که در آنها جوش های طولی وجود ندارد. همچنین این روش قابل اجرا در فولادهای کم کربن، فولادهای کم آلیاژ است.بسیاری از منابع تحت فشار از آهن تشکیل شده اند که ورق های آهنی به صورت رول در آمده. و به عدسی ها و به همدیگر جوش داده می شوند. اما این جوش ممکن است بر بسیاری از خواص آهن رول شده تأثیر منفی بگذارد. مگر این که توجه هایی قبل از جوشکاری صورت بگیرد.

اثر فرآیند مار تمپرینگ پله ای و ناهمسانگردی بر میزان تابیدگی و اعوجاج فولاد ابزار گرم کار نورد سرد شده .در این تحقیق نقش ناهمسانگردی ساختاری ناشی از نورد سرد بر میزان تابیدگی و اعوجاج یک فولاد ابزار گرم کار. مورد استفاده در قالب سازی قبل و بعد از عملیات حرارتی سخت کاری مورد مطالعه واقع شد. برای عملیات سخت کاری از فرآیند مارتمپرینگ پله ای استفاده شد. میزان تاپیدگی در سه وضعیت شامل پس از ماشین کاری. پس از تنش گیری و پس از مارتمپرینگ از طریق فاکتور تختی مورد سنجش واقع شد. به منظور بررسی تأثیر ناهمسانگردی بر میزان اعوجاج فولاد، نسبت به جهت نورد نمونه هایی در سه وضعیت هندسی تهیه شدند. از آنجا که تابیدگی و اعوجاج در حین عملیات حرارتی همیشه به عنوان یک مشکل جدی وجود داشته است. لذا نیاز است با شناخت و بررسی عوامل مرتبط با این مشکل بتوان به ارائه راهکارهایی مناسب برای به حداقل رسانیدن تابیدگی. در حین عملیات حرارتی قطعات دست یافت. شیب حرارتی ایجاد شده در قطعات در حین عملیات حرارتی به واسطه انتقال حرارت متفاوت در نقاط مختلف قطعه از اصلی ترین دلایل اعوجاج قطعات فولادی محسوب می شود [1-3]. از این رو، استفاده از سیکل های حرارتی که این شیب را به حداقل برساند. می تواند راهکاری مفید در جهت کاهش و حذف این مشکل باشد. انجام فرآیند مارتمپرینگ فولاد در صورت امکان یکی از روش های عملیات در راستای این امر می تواند باشد [4].ترکیب شیمیایی فولاد در کیفیت ساختاری آن که تحت تأثیر روش تولید آن می باشد قابلیت انتقال حرارت و در نتیجه میزان تابیدگی در حین عملیات حرارتی آن مؤثر است [5-7]. فولادهای ریختگی به علت وجود مشکلات ریخته گری در ساختارشان در مقایسه با فولادهای نورد شده از استعداد بیشتری برای بروز تابیدگی در حین عملیات حرارتی برخوردارند [8-9]. از این رو، در کارکردهایی که برای رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب نیاز به عملیات حرارتی سخت کاری است و نیز با رویکرد کاهش اعوجاج و تابیدگی در قطعات صنعتی از فولادهای نورد شده استفاده می گردد [10].

بررسی نورد پوسته ای بر خواص شکل پذیری ورق های فولاد ساده کربنی-فولاد کربنی.در این پژوهش به بررسی تأثیر شرایط نورد پوسته ای بر میانگین ضریب کارسختی (N-). و نسبت ناهمسانگردی قائم (r-)که منجر به کشش عمیق پذیری محصولات مورد استفاده در صنایع اتومبیل سازی می گردد، مورد بررسی قرار گرفت. این دو پارامتر از شاخص های ارزیابی شکل پذیری می باشند. بر همین اساس سه سری نمونه فولاد ساده کربنی متفاوت، انتخاب شد. سری اول نمونه های قبل و بعد از نورد پوسته ای می باشند. سری دوم نمونه هایی هستند که با درصد متفاوت نورد آزمایشگاهی مهیا گردیدند. و سری سوم نمونه هایی با شرایط یکسان تولیدی و با مقدار متفاوت درصد کشیدگی نورد پوسته ای می باشند. سپس تأثیر شرایط متفاوت تولیدی هر یک از این سه سری بر خواص شکل پذیری نمونه ها بررسی گردید. نتایج نشان داد نورد سرد زیر 4/8% و درصد کشیدگی در نورد پوسته ای بر r- بی تأثیر می باشد. با افزایش کارسرد، درصد کشیدگی در نورد پوسته ای به شدت کاهش می یابد. میزان این کاهش مستقل از درصد کشیدگی در نورد پوسته ای و به ریزساختار و شرایط قبل از نورد پوسته ای بر می گردد.تنش-کرنش نمونه ها انجام می گیرد. که توسط آن دو پارامتر مهم ضریب کارسختی و ناهمسانگردی قائم که به ترتیب نشان دهنده مقاومت ماده به گلویی شدن. و مقاومت به نازک شدن می باشند، قابل محاسبه است. از این دو پارامتر برای میزان اتساع پذیری و کشش عمیق پذیری استفاده می شود. برای دستیابی به شکل پذیری مناسب باید این دو پارامتر دارای مقادیر بالایی باشند. بر خلاف استحکام تسلیم که پایین بودن آن حاکی از خواص مناسب برای شکل پذیری است.