تعیین ضخامت بهینه پوشش wc-co پاشش شده به روش hvof بر روی زیر لایه فولادی به کمک شبیه سازی کامپیوتری

هدف از تحقیق حاضر که برای اولین بار انجام شده است تعیین ضخامت بهینه پوشش wc-co پاشش شده به روش hvof بر روی سطح غلتک پینچ‎رول فولادی به کمک روش اجزاء محدود بود. غلتک پینچ‎رول‎ مدنظر در این تحقیق در انتهای خط نورد گرم مجتمع فولاد مبارکه در قسمت کویل‎پیچی قرار دارد. وظیفه پینچ‎رول ورق‎گیری و هدایت ورق به طرف کویلرها می باشد. پینچ‎رول شامل دو غلتک می‎باشد که غلتک بالایی متحرک و غلتک پایینی ثابت و سطح آن به موازات مسیر ورق است. محیط کاری این قطعات اسیدی است و در دما و رطوبت محیط کار می‎کنند. در اثر برخورد و حرکت ورق ها بر روی سطح این غلتک ها، شاهد تخریب سطحی و سایش آنها هستیم. به علت تغییرشکل‎های ریز در سطح غلتک پینچ‎رول، لازم بود سطح غلتک به صورت میکرونی مش‎بندی شود که حجم محاسبات و مدلسازی را پیچیده و مشکل می‎نماید. لذا ابتدا مدل اجزاء محدود مربوطه بهینه‎سازی گردید. پس از بررسی تکنیک‎های مختلف، در نهایت مدل به صورت دوبعدی در نظر گرفته شد که در آن ورق و غلتک پینچ‎رول به صورت تغییرشکل‎پذیر با مش‎ریزی میکرونی در سطح آن طراحی گردیدند. همچنین برای بهینه‎سازی و کاهش زمان و هزینه حل، فقط قطاعی 60 درجه از پینچ‎رول با استفاده از ضریب جرمی 100 برای آن در نظر گرفته شد. سپس شرایط بحرانی عملکرد پینچ‎رول تعیین گردید. نتایج نشان داد وضعیت کاری پینچ‎رول در لحظه ضربه و برخورد اولیه ورق به آن سخت‎تر از غلتش بعدی ورق بر روی سطح این غلتک است. همچنین ورق‎های سخت و نازک به علت سرعت بالاتری که در لحظه برخورد به پینچ‎رول دارند، وضعیت بحرانی‎تری را برای آن ایجاد می‎کنند. آسیب‎های سطحی ایجاد شده بر روی غلتک پینچ‎رول در حالت واقعی، به خوبی توسط مدل اجزاء محدود نشان داده شد. در نهایت با دوجنسی تعریف کردن غلتک در مدل اجزاء محدود، پوشش بر آن اعمال گردید و توزیع تنش و تغییرشکل‎های ایجاد شده در آن بدست آمد. پوشش مورد استفاده کاربید تنگستن کبالت بود که به روش hvof بر سطح پینچ‎رول اعمال گردید. در این حالت استحکام تسلیم پوشش (mpa)1500 و تخلخل آن کمتر از یک درصد بود. این سرمت مقاومت به سایش فوق العاده بالایی دارد و برای بسیاری از کاربردها از قبیل ماشینکاری مورد استفاده قرار می‎گیرد. اتصال بین پوشش و زیرلایه در روش‎های پاشش حرارتی عمدتاً توسط قفل‎های مکانیکی صورت می‎گیرد که استحکام نسبتاً پایینی دارد (در روش hvof حداکثر می‎تواند به (mpa) 100 برسد). قرارگیری ماکزیمم تنش برشی در این مرز و بیشتر بودن آن نسبت به استحکام چسبندگی موجب کنده‎شدن پوشش از سطح زیرلایه می‎گردد. تحلیل‎ها نشان داد اگرچه وجود پوشش تا حد زیادی خواص سطحی را بهبود می‎بخشد، اما تحت ضربه اولیه ورق به غلتک هم خود پوشش دچار تغییرشکل و شکست می‎شود و هم میزان تنش برشی ایجاد شده در مرز مشترک بسیار بیشتر از استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه است. در بین حالات مختلف بررسی شده، بهترین ضخامت برای پوشش حدود 600 میکرون بود که توزیع تنش برشی کمتری را هم در سطح پوشش و هم در مرز پوشش با زیرلایه به همراه داشت.