هدف از این تحقیق طراحی و ساخت دستگاه تولید کرنش دینامیکی به روش بارگزاری پیچشی و بررسی رفتار مواد در این شرایط می باشد. دستگاه طراحی شده از نوع torsional kolsky bar (torsional split hopkinson bar) می باشد. ابتدا قطعات مختلف دستگاه طراحی و تحلیل استاتیکی و دینامیکی شدند. مهمترین و حساس ترین قطعه ی دستگاه نگهدارنده می باشد که تحلیل دقیق استاتیکی و دینامیکی به منظور مشخص نمودن نیروی مورد نیاز برای نگهداشتن گشتاور ذخیره شده، نیروی وارده به پین شیاردار و نقطه ی شکست پین بر روی آن انجام شد. مرحله ی بعد خرید و ساخت قطعات مورد نیاز بود. قطعات خریداری شده عبارتند از موتور و گیربکس، یاتاقان های تفلنی، تیر آهن برای پایه و سکوی دستگاه، کرنش سنج، کارت داده برداری (daq)، سیستم هیدرولیک برای نگهدارنده ها. قطعات ساخته شده عبارتند از میله های انتقال بار، نگهدارنده ها، پایه های یاتاقان، پین های شیاردار و سیستم کنترل دستگاه. پایه های دستگاه با استفاده از بیس پلیت به زمین متصل شده و تیر آهن سکو ابتدا سوراخکاری سپس بر روی پایه ها قرار گرفته و جوش شد. قطعات بر روی سکو در محل خود نصب شدند. میله ها تنظیم شده و پایه ی یاتاقانها سر جای خود محکم شدند. سه عدد برنامه ی کامپیوتری به منظور محاسبه ی نیروی نگهدارنده، کنترل دستگاه و تحلیل داده های حاصله از کرنش سنج ها نوشته شد. تحلیل اجزای محدود به منظور بررسی اشاعه ی موج تنش پیچشی در طول میله های بارگزاری بر روی مدل طراحی شده ی دستگاه انجام شد.

هدف از این تحقیق طراحی و ساخت دستگاه تولید کرنش دینامیکی به روش بارگذاری پیچشی و بررسی رفتار مواد در این شرایط می باشد. دستگاه طراحی شده از نوع torsional kolsky bar (torsional split hopkinson bar) می باشد. ابتدا قطعات مختلف دستگاه طراحی و تحلیل استاتیکی و دینامیکی شدند. مهمترین و حساس ترین قطعه ی دستگاه نگهدارنده می باشد که تحلیل دقیق استاتیکی و دینامیکی به منظور مشخص نمودن نیروی مورد نیاز برای نگهداشتن گشتاور ذخیره شده، نیروی وارده به پین شیاردار و نقطه ی شکست پین بر روی آن انجام شد. مرحله ی بعد خرید و ساخت قطعات مورد نیاز بود. قطعات خریداری شده عبارتند از موتور و گیربکس، یاتاقان های تفلنی، تیر آهن برای پایه و سکوی دستگاه، کرنش سنج، کارت داده برداری (daq)، سیستم هیدرولیک برای نگهدارنده ها. قطعات ساخته شده عبارتند از میله های انتقال بار، نگهدارنده ها، پایه های یاتاقان، پین های شیاردار و سیستم کنترل دستگاه. پایه های دستگاه با استفاده از بیس پلیت به زمین متصل شده و تیر آهن سکو ابتدا سوراخکاری سپس بر روی پایه ها قرار گرفته و جوش شد. قطعات بر روی سکو در محل خود نصب شدند. میله ها تنظیم شده و پایه ی یاتاقانها سر جای خود محکم شدند. سه عدد برنامه ی کامپیوتری به منظور محاسبه ی نیروی نگهدارنده، کنترل دستگاه و تحلیل داده های حاصله از کرنش سنج ها نوشته شد. تحلیل اجزای محدود به منظور بررسی اشاعه ی موج تنش پیچشی در طول میله های بارگذاری بر روی مدل طراحی شده ی دستگاه انجام شد.

سوپرآلیاژ اینکونل 718 کارشده بدلیل خواص مکانیکی مناسب بطور گسترده در صنایع هوا-فضا، نفت و پتروشیمی استفاده می شود. بدلیل کارپذیری پایین شمش های ریختگی اینکونل 718، نمی توان فرآیندهای شکل دهی را مستقیماً بر روی این گونه شمش ها انجام داد. در ایران مطالعات اندکی در زمینه تبدیل شمش ریختگی اینکونل 718 به شمش کارشده انجام شده است. بنابراین، تعیین سیکل همگن سازی و ترمومکانیکی مناسب برای تبدیل ساختار ریختگی به ساختار کارشده به عنوان هدف اصلی تحقیق حاضر می باشد. لذا با اعمال سیکل همگن سازی و فرآیندهای متفاوت آهنگری داغ برشمش های ریختگی اینکونل 718، چگونگی تبدیل ساختار دندریتی ریختگی به ساختار همگن و کار شده مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات ریزساختاری حاصل توسط میکروسکوپ نوری و مطالعه فازهای مختلف با بکارگیری میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آنالیز پراش اشعه ی ایکس(xrd) صورت پذیرفت. در نهایت، مشخص گردید که با اعمال سیکل همگن سازی و فرآیند ترمومکانیکی مناسب می توان به دانه بندی با اندازه دانه astm 2-3دست یافت.

در این پژوهش، از فرایند نورد تجمعی پیوندی (arb) به عنوان یک روش پیشنهادی برای ساخت کامپوزیت زمینه فلزی cp ti–sic استفاده گردید. هدف از این پژوهش، ارزیابی خواص مکانیکی و ریزساختاری کامپوزیت cp ti–sic تولید شده به وسیله فرایند arb بود. به همین منظور، کامپوزیت های با درصد حجمی ذرات 5/1%، 3% و 5% تولید و با تیتانیم arb شده بدون حضور ذرات مقایسه شد. بررسی های میکروساختاری به وسیله میکروسکوپ های نوری و الکترونی و آنالیز الگوی پراش پرتو ایکس، بررسی بافت نمونه ها و همچنین بررسی های خواص مکانیکی در مراحل مختلف فرایند انجام شد. بررسی های میکروسکوپی، نشان دهنده کاهش تخلخل و همچنین تحلیل های کمّی به وسیله روش نزدیک ترین همسایه، بیان گر بهبود توزیع ذرات تقویت کننده با افزایش تعداد سیکل های فرایند بود. آنالیز الگوی پراش پرتو ایکس، قابلیت خوبی برای بررسی متغیرهای میکروساختاری ماده arb شده نشان داد. به طوری که تغییرات اندازه کریستال های محاسبه شده با این روش و ناهمسان گردی اندازه آنها تطابق خوبی با مشاهدات انجام شده به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری و اندازه گیری های بافت نشان داد. ریز و هم محور شدن ساختار دانه ها با افزایش تعداد سیکل arb به وسیله دو روش پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخص شد. افزایش استحکام کامپوزیت تولید شده توسط فرایند arb، بیشتر از نمونه بدون ذرات تقویت کننده تولید شده با این فرایند بود. کامپوزیت سازی توسط روش arb منجر به افزایش بیش از 3 برابری در استحکام تسلیم گردید. با این وجود ازدیاد طول ماده به کمتر از 7 درصد رسید. بررسی سطوح شکست نمونه های arb شده، بیان گر تغییر مکانیزم شکست از نرم با حفره های برشی به نرم با حفره های هم محور با افزایش تعداد سیکل برای هر دو نمونه کامپوزیتی و بدون ذرات تقویت کننده بود. این پدیده به افزایش شدید استحکام و همچنین افزایش عیوب داخل ماده arb شده نسبت داده شد. آنیل نمونه های arb شده به منظور حصول ترکیب استحکام و چقرمگی بالا انجام شد. به دلیل متغیرهای زیاد فرایند مانند درصد ذرات، دما و زمان آنیل، طراحی آزمایش با استفاده از روش تاگوچی انجام گرفت. نمونه arb شده کامپوزیتی ti–1.5%sic که در دمای °c500 به مدت 5 دقیقه آنیل شده بود به عنوان نمونه با شرایط بهینه شناخته شد. استحکام و چقرمگی در شرایط بهینه، به ترتیب mpa 624 و j/m2 124 به دست آمد که در مقایسه با ماده اولیه (استحکام تسلیم mpa 275 و چقرمگی j/m2 132) افزایش 3/2 برابری در استحکام تسلیم و حفظ 94% از چقرمگی را نشان داد. ازدیاد طول یکنواخت بسیار زیاد (17%~) ماده تولید شده در شرایط بهینه ناشی از افزایش نرخ کارسختی و نرخ کارسختی نرماله شده در مقایسه با تیتانیم اولیه و مرتبط با ساختار کاملاً تبلورمجدد یافته و بسیار ریزدانه (میانگین اندازه دانه ?m 4/1) تیتانیم arb و آنیل شده و همچنین حضور ذرات تقویت کننده دانسته شد. بررسی قابلیت تغییرشکل ورق تیتانیم کامپوزیتی تولید شده به وسیله arb و آنیل بعدی در فرایند کشش و کشش عمیق و مقایسه آن با تیتانیم اولیه نشان داد که ورق arb و آنیل شده قابلیت بیشتری برای تغییرشکل بدون نازک شدن دیواره دارد، در حالی که احتمال ایجاد عیب گوش واره ای شدن در آن نیز بیشتر است.

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.