10846

10846

بهينه سازي عمليات ترمومكانيكي و حرارتي كوئنچ مستقيم و تمپر فولاد 4140 با استفاده از شبيه سازي رياضي و فيزيكي

دكتري

مواد

اسفند ماه 1389

اسفند ماه 1389

دكتر رضا قاسم زاده

دكتر سيّد حسين سيدين - دكتر محمدرضا ابوطالبي

فرايند كوئنچ مستقيم از جمله تكنيك¬هاي جديد عمليات حرارتي فولادها به ويژه فولادهاي آلياژي است. در اين روش محصولات توليدي بلافاصله بعد از نورد گرم در محيط مناسبي كوئنچ مي¬شوند. در فرايند كوئنچ مستقيم ريز ساختار بدست آمده به شدت وابسته به متغيرهايي از قبيل ميزان و نرخ تغيير شكل و توزيع دما در نمونه تحت نورد مي¬باشد كه به نوبه خود بر پديده هاي تبلور مجدد ديناميكي، استاتيكي، متاديناميكي و ساير تغيير حالت هاي فازي تاثير مي-گذارد. از متغيرهاي تاثير گذار ديگر مي توان به شرايط سرد كردن فولاد در حمام كوئنچ مانند دماي آب، حجم محيط خنك كننده، اثر افزودنيها به محلول كوئنچ، وجود جريان، تلاطم در حمام كوئنچ و زمان نگهداري فولاد در محيط خنك كننده اشاره نمود. در اين تحقيق ابتدا با استفاده از شبيه سازي فيزيكي رفتار تغيير شكل گرم فولاد AISI 4140 بررسي شد. بدين منظور با استفاده از آزمايشهاي فشار داغ تك مرحله¬اي و دومرحله¬اي براي پيش بيني رفتار سيلان فولاد مذكور در دماهاي بالا و با استفاده از مدلهاي توسعه يافته، سينتيك تبلور مجدد و رشد دانه آستنيت براي تغيير شكل گرم اين فولاد در دماهاي گوناگون و نرخ كرنش هاي مختلف، بدست آمد. با استفاده از اين نتايج، شرايط اوليه براي مرحله بعدي يعني كوئنچ مستقيم محصولات نوردي كه مهمترين آن اندازه دانه آستنيت قبل از كوئنچ مستقيم مي¬باشد، تعيين شدند. در ادامه تحقيق حاضر انتقال حرارت و جريان سيال در حمام كوئنچ و نمونه¬هاي نورد گرم شده از طريق حل عددي معادلات جريان سيال و انرژي در فرايند كوئنچ مستقيم شبيه سازي شده است. بررسي تاثير لايه بخار و جريانات اجباري همزمان با تاثير ساير پديده ها مانند اثر غلتيدن جسم در خلال كوئنچ، تشعشع و جريان آشفته در مدل حاضر در نظر گرفته شده كه مي¬تواند نحوه دقيق سرد شدن، روند انتقال حرارت و جريان سيال در خلال كوئنچ مستقيم را ارائه نمايد. در مرحله آخر تحقيق، با استفاده از توزيع دماي بدست آمده در خلال كوئنچ و منحني¬هاي سرد شدن، مدلهاي تغيير حالت نفوذي و غير نفوذي، مقدار و نوع فازهاي بوجود آمده پيش بيني شده است. اعتبار همه نتايج شبيه¬سازي شده در مراحل مختلف با استفاده از آزمايش¬هاي انجام شده صورت گرفته است. نهايتا مطالعات پارامتري با استفاده از مدل تائيد شده به منظور بررسي شرايط مناسب فرايند كوئنچ مستقيم انجام گرديده است.