عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی و بررسی تجربی تاثیر تغییرات دما ، اصطکاک و پیش فرم بر صحت ابعادی در فرآیند فورج همدمای پره از جنس Ti-۶A۱-۴V
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2964;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69101
- تاریخ دفاع
- ۰۹ اردیبهشت ۱۳۹۴
- دانشجو
- سید جاوید میراحمدی
- استاد راهنما
- محسن حامدی
- چکیده
- با توجه به کاربرد گسترده آلیاژ Ti-6Al-4V و فقدان دانش منتشر‌شده کافی در زمینه فورج همدمای این آلیاژ، موضوع رساله حاضر مطالعه رفتار آلیاژ مذکور به همراه طراحی و اجرای فرآیند فورج همدمای پره کمپرسور از جنس Ti-6Al-4V به منظور بررسی خواص مکانیکی، متالورژیکی و ابعادی قطعه نهایی است. برای این منظور ابتدا با استفاده از آزمون‌های فشار گرم، فشار حلقه، فشار گوِه، فشار نمونه‌های دومخروطی و لبه‌دار، و نهایتاً آزمون فورج جانبی به ترتیب تنش سیلان، عامل اصطکاک، ریزساختار و درصد فاز ?P، مقدار تغییرشکل مجاز پیش از شکل‌گیری عیوب و امکان شکل‌گیری نوار برشی تعیین شد. با استفاده از اطلاعات بدست‌آمده، فرآیند و ابزار لازم برای شکل‌دهی دو پیش‌فرم با سطح مقطع بیضی و دایره طراحی و ساخته شد و پیش‌فرم‌های موردنظر شکل‌داده شدند. سپس با طراحی ابزار، تجهیزات و فرآیند فورج همدما، در دماها و سرعت‌های مختلف آزمایش‌های فرآیند فورج همدما انجام شد. پس از آن پره‌های فورج شده مورد آزمون کشش دمای محیط، متالوگرافی در مقاطع طولی و عرضی ریشه و ایرفویل و اندازه‌گیری مختصات مقاطع مختلف ایرفویل قرار گرفتند. نتایج آزمون فشار حلقه نشان داد که دما و سرعت تغییرشکل تأثیر قابل‌توجهی بر عامل اصطکاک روان‌کار مورد استفاده دارد و با کاهش سرعت تغییرشکل و افزایش دما مقدار عامل اصطکاک افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. با استفاده از نتایج آزمون فشار گوِه مشخص شد که با کنترل سرعت و دمای شکل‌دهی می‌توان توزیع افزایش دمای آدیاباتیک و به‌تبع آن یکنواختی ریزساختار را در قطعات کنترل نمود. با کاهش دمای شکل‌دهی و سرعت تغییرشکل، توزیع درصد فاز ?P در کرنش‌های مختلف یکنواخت‌تر می‌شود. مطالعات کارپذیری با استفاده از آزمون‌های فشار نمونه‌های دومخروطی و لبه‌دار نشان داد که با استفاده از ریزساختار هم‌محور، تغییرشکل‌های بزرگ در دماها و سرعت‌های مختلف قابل دست‌یابی است؛ اما ریزساختار اولیه لایه‌ای میزان تغییرشکل عاری از عیب را شدیداً محدود می‌کند. بررسی متالوگرافی پره‌های فورج‌شده نشان داد که مورفولوژی هم‌محور ریزساختار هم در راستای طولی و هم در راستای عرضی ریشه و ایرفویل حفظ شده است. در دماهای بالاتر و سرعت تغییرشکل بیشتر، مقدار فاز ?P در نزدیکی لبه فرار و حمله کمتر از قسمت‌های مرکزی ایرفویل بود؛ در‌‌صورتی‌که در دمای پایین‌تر و سرعت کمتر، ریزساختار یکنواخت در قسمت‌های مختلف ایرفویل حاصل شد. بررسی ابعادی ایرفویل پره‌های فورج‌شده مؤید آن است که مدول الاستیک قالب، تنش سیلان قطعه، عامل اصطکاک و مقدار افزایش دمای آدیاباتیک بر تغییرشکل الاستیک قالب و به تبع آن خطای ضخامت ایرفویل تاثیرگذار هستند. تمامی عوامل یاد‌شده تابعی از دما هستند و سرعت تغییرشکل بر تنش سیلان قطعه، عامل اصطکاک و افزایش دمای آدیاباتیک مؤثر است. درمجموع با کنترل سرعت و دمای تغییرشکل می‌توان به تلرانس‌های ابعادی و هندسی موردنیاز برای ساخت دقیق ایرفویل دست یافت و هزینه مواد اولیه و ماشین‌کاری پره را کاهش داد.
- Abstract
- Due to the extensive applications and the lack of sufficient literature in the area of Ti-6Al-4V isothermal blade forging, the current thesis is focused on the study of the behavior of Ti-6Al-4V alloy as well as the design and implementation of isothermal forging process on Ti-6Al-4V compressor blade to investigate its mechanical, metallurgical and dimensional properties. In this regard, hot compression tests, hot ring compression tests, wedge tests, compression of double-cone and flanged specimens, and side-pressing tests were performed to determine the flow stress, friction factor, microstructure and primary alpha volume fraction, deformation limit before the formation of defects and the formation possibility of shear band, respectively. Using the obtained data, the metal forming process as well as required tools to form the preforms (circular and elliptical cross-section) were designed and manufactured. After design of the tools, equipments and isothermal forging process, isothermal forging tests were conducted at various temperatures and strain rate by using circular and elliptical preforms. The forged blades were evaluated by tensile testing, metallographic assessments at root and airfoil sections (longitudinal and transverse) as well as coordinate measurement of airfoil sections. The results show that temperature and deformation rate have significant effect on friction factor; by decreasing the deformation rate and/or increasing the temperature, friction factor increases considerably. The results of wedge tests demonstrate that by decreasing deformation rate and temperature, a more uniform microstructure can be obtained. The results of workability tests indicate that by having initial equiaxed microstructure, large deformations can be obtained at a wide temperature and speed window; but at lower temperature and higher speeds, initial lamellar microstructure limits the deformation extent considerably. Metallographic assessments of the forged blades show that if the preforms have equiaxed microstructure, the morphology of the grains remains equiaxed at both airfoil and root sections. At higher temperatures and speeds, because of further deformation, the volume fraction of ?P in the near of leading and trailing edges are more compared to the center of airfoil; while at lower temperatures and speeds, a uniform microstructure obtained in different parts of the airfoil. Dimensional study of the airfoil confirms that form elastic modulus, flow stress, friction factor and adiabatic temperature rise have affect on the elastic deformation of the dies and consequently airfoil thickness error. All the above factors change with temperature and deformation rate has affect on flow stress, friction factor and adiabatic temperature rise. As a result, by controlling the deformation rate and temperature, dimensional and geometrical tolerances required for precision airfoil forging can be achieved and consequently the cost of raw materials as well as machining will be reduced.
