فرآيند افزايش و كاهش تناوبي قطر (CFS) به عنوان روش نوين تغيير شكل پلاستيك شديد در توليد لوله هاي ريزدانه با ضخامت كم

Cyclic flaring and sinking (CFS) as a new severe plastic deformation method for thin-walled cylindrical tubes

در اين پژوهش روش جديدي تحت عنوان “ افزايش و كاهش تناوبي قطر” براي توليد لوله‌هاي ريزدانه شده با ضخامت كم معرفي شده ‌است. شبيه سازي اجزا محدود اين روش‌، كم بودن نيروي تغيير شكل مورد نياز و همگني كرنش اعمالي را نشان مي‌دهد. اين روش از دو نيم سيكل تشكيل شده است. در نيم‌سيكل اول لوله بر روي ماندرل افزايش قطر، فشار داده مي‌شود كه بدين ترتيب در نواحي برشي، تنش عمودي كششي همراه با برش ايجاد و قطر لوله افزايش مييابد. در نيم سيكل بعدي لوله درون قالب كاهش قطر به صورتي كه در همان نواحي برشي تنش فشاري همراه با برش ايجاد شود، رانده مي‌شود تا قطر لوله به مقدار اوليه برسد. اين فرآيند مي‌تواند به صورت متناوب بر روي لوله اجرا شود تا به كرنش اعمالي بيشتر و به تبع آن اندازه دانه ريزتر و در نهايت خواص مكانيكي بهتر دست يافت. لوله از جنس آلومينيوم 1050 تحت اين روش قرار گرفت كه نتايج حاصله نشان مي‌دهد مقدار حد تسليم و استحكام كششي از حالت اوليه 50 مگاپاسكال و 115 مگاپاسكال به ترتيب به مقادير 165 مگاپاسكال و 173 مگاپاسكال افزايش يافته است. مقدار درصد تغيير طول نهايي پس از انجام سه پاس، از 42% به 14% كاهش يافته است. از طرفي ديگر سختي لوله پس از انجام ده پاس، از مقدار23 ويكرز به 38 ويكرز افزايش يافته است.

In this research, a novel severe plastic deformation (SPD) method entitled cyclic flaring and sinking (CFS) is presented for producing the ultrafine-grained (UFG) thin-walled cylindrical tubes. Finite element (FE) results showed that CFS process has good strain homogeneity and requires a low load. CFS process includes two different flaring and sinking half-cycles. At flaring half cycle, the flaring punch with two stepped regions is pressed into the tube. Shear and normal tensile strains are applied as a result of the existence of shear zones and increase in the tube diameter. In the second half cycle, the tube is then pressed to a sinking die that applies the same shear strains and normal compression strain so that the initial diameter of the tube is achieved and high plastic strain is applied. This process can be run periodically on the tube to exert more strain and consequently finer grain size and ultimately achieve better mechanical properties. The results indicated that the yield and ultimate strengths of the CFS processed Al (1050) tube were significantly increased to 165 MPa, and 173 MPa, respectively from the initial values of 50 MPa, and 115 MPa. The elongation to failure was decreased to about 14% after three cycles from the initial value of 42%. In addition, the hardness increases to ~38 Hv after ten cycles of CFS from ~23 Hv.