ارزیابی عملیات دوگانه نیتروژن دهی پلاسمایی وپوشش tin-tialn یا tin-tialn-craln برعملکردقالب آهنگری آلیاژ برنج

عملیات دوگانه مهندسی سطح (نیتروژن دهی پلاسمایی _ رسوب فیزیکی بخار) نسل نوینی را تشکیل می دهند که کارایی آنها از دو دیدگاه در فرایندهای آهنگری مطرح است. دیدگاه اول استفاده از این پوشش ها با هدف افزایش عمر قالب های آهنگری است و دیدگاه دوم مربوط به قابلیت جایگزینی این پوشش ها با روانکار است تا از اثرات مخرب زیست محیطی روانکارها جلوگیری شود. هدف از این پژوهش بررسی کارایی نسل نوین پوشش های با عملیات دوگانه بر افزایش عمر قالب های آهنگری آلیاژ برنج دوفازی و مطالعه پایه ای در زمینه قابلیت روانکاری پوشش در فرایند شکل دهی سبز این آلیاژ است. در این راستا، بعد از اعمال پوشش ها جهت مشخصه یابی آنها از ریزسختی سنجی، نانوسختی سنجی، پراش پرتو ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده شد. به منظور بررسی کارایی پوشش ها بر افزایش عمر قالب، آزمون سایش در دمای اتاق،oc250 و oc 700 روی پین های فولاد h13 کوئنچ و تمپر شده، فولاد h13 نیتروژن دهی پلاسمایی شده، فولاد h13 با عملیات دوگانه نیتروژن دهی پلاسمایی و پوشش tin-tialn یا پوشش tin-tialn-craln در تماس با دیسک آلیاژ برنج دوفازی انجام گرفت. آزمون عملکرد در شرایط واقعی تولید با اعمال پوشش pn+tin-tialn روی قالب های صنعتی و مقایسه آن با قالب های بدون پوشش انجام پذیرفت. در ادامه به منظور بررسی اثر اعمال پوشش در شکل دهی سبز آلیاژ برنج دوفازی، فک هایی با قابلیت تغییر در سطح آنها طراحی گردید. آزمون های فشارغیرهم دما با شرایط سطحی فولاد h13 بدون پوشش، با عملیات دوگانه tin-tialn و tin-tialn-craln در سه نرخ کرنشs-1 01/0، s-113/0 و s-1 3/0 انجام شد. با استفاده از آنالیز المان محدود ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در شرایط فشار محدود و در حین تغییرشکل تعیین گردید. فاکتور اصطکاک سطوح تماس با تغییر در نرخ کرنش از روش آزمون فشار بشکه ای شدن محاسبه شد. جهت تطابق نتایج فاکتور اصطکاک حاصل از روش فشار بشکه ای شدن و روش المان محدود تغییرات زبری سطوح تماس (ra و rsm) در مدل المان محدود اعمال گردید. از سوی دیگر، اعتبار سنجی مدل المان محدود اصلاح شده با اعمال زبری سطوح با مقایسه ی نتایجتنش-کرنش حقیقی حاصل از تغییرشکل نمونه ها و مدل شبیه سازی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که پین با پوشش pn+tin-tialn لایه انتقالی کمتر و مقاومت سایش بالاتر نسبت به بقیه پین ها به ترتیب در دماهای oc250 و oc 700 از خود نشان داده است. نتایج آزمون عملکرد نیز نشانگر افزایش عمر قالب به میزان 200% با اعمال پوشش pn+tin-tialn نسبت به قالب بدون پوشش است. در آزمون فشار با اعمال فشار محدود، اعمال پوشش pn+tin-tialn روی فک باعث کاهش 23% و اعمال پوششpn+tin-tialn-craln باعث کاهش 63% در ضریب انتقال حرارت نسبت به شرایط سطحی بدون پوشش گردید. تغییر قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در آزمون فشار در شرایط فشار محدود نسبت به شرایط تغییرشکل نمونه مشاهده شد. نتایج نشانگر آن است که با افزایش نرخ کرنش از s-1 01/0 تاs-1 3/0 ضریب انتقال حرارت بین 19% تا 28% افزایش داشته است. فاکتور اصطکاک سطوح تماس فک و نمونه نشانگر کاهش در فاکتور اصطکاک به-میزان 36% با اعمال پوشش pn+tin-tialn و 30% با اعمال پوشش pn+tin-tialn-craln در نرخ کرنش s-1 01/0 است. بررسی ها نشان داد که تأثیر پارامتر زبری در شرایط فشار محدود و اصلاح مدل المان محدود به صورت نسبت r_a/r_sm قابل اعمال است.