Σαυτόχρονα: Αυξάνει θ αντοχι και δθμιουργείται επικυμθτι διατομι. Επιτυγχάνονται: Πολφ καλι ποιότθτα επιφάνειασ. Εξαιρετικζσ διαςταςιακζσ ανοχζσ

Transcript

1 Ψυχρηλαςία Βιομθχανικζσ μζκοδοι ψυχρθλαςίασ o Ζλαςθ o Διζλαςθ o υρματοποίθςθ o φυρθλαςία o Βακφσ ελκυςμόσ Σι είναι θ ψυχρθλαςία: Πλαςτικι παραμόρφωςθ πάνω από το όριο διαρροισ. Σο αλουμίνιο ενιςχφεται και θ αντοχι του αυξάνει. Διαδοχικζσ φορτίςεισ και αποφορτίςεισ κοντά ςτο UTS αυξάνουν τθν αντοχι του και το κάνουν πιο ψακυρό. Σαυτόχρονα: Αυξάνει θ αντοχι και δθμιουργείται επικυμθτι διατομι Επιτυγχάνονται: Πολφ καλι ποιότθτα επιφάνειασ Εξαιρετικζσ διαςταςιακζσ ανοχζσ Φτθνι μζκοδοσ για παραγωγι μικρϊν τεμαχίων Μειϊνονται: Ολκιμότθτα Ηλεκτρικι αγωγιμότθτα Αντοχι ςτθ διάβρωςθ Παραμζνουςεσ τάςεισ και ανιςοτροπικι ςυμπεριφορά: Επικυμθτά ι Καταςτροφικά

2 Ενδοτράχυνςη Ποςοςτό ενδοτράχυνςθσ= 100 (Α 0 -Α f )/A 0 A 0 θ αρχικι διατομι και Α f θ τελικι. Ο κανόνασ Hall- Petch. υρματοποίηςη H ςυρματοποίθςθ είναι μια διαδικαςία παραμόρφωςθσ ςτθν οποία το τεμάχιο εργαςίασ με τθ μορφι τθσ κυλινδρικισ ράβδου ι ράβδου ζλκεται μζςω μιασ μιτρασ Σο φορτίο που εφαρμόηεται είναι ςε εφελκυςμό. Ωςτόςο, το υλικό υποβάλλεται ςε ςυμπιεςτικι τάςθ εντόσ τθσ μιτρασ ζτςι παραμορφϊνεται πλαςτικά, προκειμζνου να μειωκεί θ διάμετροσ του. Η ςυρματοποίθςθ χρθςιμοποιείται για τθν παραγωγι καλωδίων, (π.χ. θλεκτρικά ςφρματα, καλϊδια, χορδζσ, θλεκτρόδια ςυγκόλλθςθσ).

3 φρμα γενικά εννοοφμε ζνα προϊόν που ζχει λιγότερο από 5 mm διάμετρο. Η ςυρματοποίθςθ γίνεται ςυνικωσ ςε πολλαπλά ςτάδια, χρθςιμοποιϊντασ 4 ζωσ 12 μιτρεσ, επειδι το μικοσ του ςφρματοσ που προκφπτει είναι πολλά μζτρα. Σο προσ κατεργαςία ςφρμα τυλίγεται ςε ειδικι ανζμθ, και οδθγείται μζςω ςτακερϊν ραοφλων ςτο καλοφπι ςυρματοποίθςθσ. Εκεί, το κατάλλθλα διαμορφωμζνο άκρο του ςφρματοσ διζρχεται από τθ μιτρα και τυλίγεται ςε ειδικι μθχανι ελκυςμοφ (τφμπανο περιελίξεωσ), θ οποία περιςτρεφόμενθ με τθ βοικεια δικοφ τθσ αξονικοφ ςυςτιματοσ και κινθτιρα επιτελεί το ςτάδιο ςυρματοποίθςθσ και οδθγεί το ςφρμα ςε επόμενθ παρόμοια φάςθ (πάςο) μείωςθσ τθσ διατομισ του ε μια ςειρά τζτοιων εγκαταςτάςεων που ζχουν αυτόνομο ςφςτθμα κίνθςθσ (λόγω μείωςθσ τθσ διατομισ ςφρματοσ) υπάρχει μεταβολι τθσ ταχφτθτασ κατεργαςίασ και κατά ςυνζπεια μεταβολι τθσ ταχφτθτασ περιςτροφισ των τυμπάνων.

4 Εναλλακτικά, για τθν αποφυγι των πολλαπλϊν εγκαταςτάςεων και αξονικϊν ςυςτθμάτων, μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ζνα ενιαίο τφμπανο περιζλιξθσ κινοφμενο από ζναν κινθτιρα και με διαφορετικζσ βακμίδεσ διαμζτρου ανά μιτρα ςυρματοποίθςθσ που εξαςφαλίηουν τισ επικυμθτζσ ταχφτθτεσ ελκυςμοφ ςτισ αντίςτοιχεσ φάςεισ κατεργαςίασ, Κατά τθ ςυρματοποίθςθ μπορεί να επιτευχκεί μζχρι και 90% μείωςθ τθσ διατομισ. Μεγάλοσ αρικμόσ διαδοχικϊν κατεργαςιϊν (πάςα) και ενδιάμεςεσ φάςεισ ανόπτθςθσ. Οι ςυνικεισ ταχφτθτεσ ςυρματοποίθςθσ είναι μζχρι 10 m/s για ςιδθροφχα υλικά και μζχρι 30 m/s για μθ ςιδθροφχα υλικά. Οι μεγαλφτερεσ ταχφτθτεσ εφαρμόηονται ςτθ ςυρματοποίθςθ μικρότερων διατομϊν. Συπικι μορφι τθσ μιτρασ ςυρματοποίθςθσ παρουςιάηεται ςτο ςχιμα. Η είςοδοσ (τμιματα 1-2) ζχει ςχιμα κωδωνοειδζσ. Η μορφι αυτι εξαςφαλίηει αφξθςθ τθσ πίεςθσ των λιπαντικϊν και διευκολφνει τθ ροι τουσ, ϊςτε το ςφρμα να ειςζλκει ςτο κφριο τμιμα τθσ μεταλλικισ μιτρασ (τμιμα 3). το κωνικό τμιμα 3 (γωνίασ 4 ο -15 ο ) γίνεται μείωςθ τθσ διατομισ (πλαςτικι παραμόρφωςθ) μζςω τθσ αςκοφμενθσ κλιπτικισ φόρτιςθσ από τα τοιχϊματα τθσ μιτρασ. Ο τριβζασ (τμιμα 4) δεν μειϊνει τθν διατομι, αλλά επιβάλει δφναμθ τριβισ αντίςταςθσ που βελτιϊνει τθν ποιότθτα επιφάνειασ και τθν διαςτατικι ακρίβεια του ςφρματοσ. Η περιοχι 5 (εκτόνωςθ τάςεων) επιτρζπει ςτο εξερχόμενο ςφρμα ελαφρά διόγκωςθ και ςυγχρόνωσ απομακρφνει τον κίνδυνο πρόκλθςθσ οποιαςδιποτε φκοράσ ςτθ μεταλλικι μιτρα από τυχόν απϊλεια ευκυγράμμιςθσ ι απότομθ διακοπι τθσ ςυρματοποίθςθσ.

5 Σο υλικό καταςκευισ τθσ μιτρασ ςυρματοποίθςθσ μπορεί να είναι χάλυβασ εργαλείων υψθλισ αντοχισ ι ςκλθρό μζταλλο (WC με ςυνδετικό Co) ι διαμάντι (όταν απαιτείται πολφ καλι διαςτατικι ακρίβεια και ποιότθτα επιφάνειασ). Παράγοντεσ τθσ ςυρματοποίθςθσ: Η γωνία α H μείωςθ διατομισ ςε κάκε πάςο H ταχφτθτα ςυρματοποίθςθσ H κερμοκραςία και H λίπανςθ επθρεάηουν τθν δφναμθ ολκισ F. ωληνοποίηςη

6 Υπολογιςμόσ δφναμησ ολκήσ ΟΜΟΙΟΓΕΝΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΗ Θεωροφμε τθν ιδανικι περίπτωςθ με απουςία τριβισ και διατμθτικισ παραμόρφωςθσ του κρυςταλλικοφ πλζγματοσ του υλικοφ Ζνα τμιμα του υλικοφ διατομισ Α ο και μικουσ l o παραμορφϊνεται με ταχφτθτα u ςε τμιμα υλικοφ διατομισ A f και μικουσ l f,. Γι αυτι τθν πλαςτικι παραμόρφωςθ ζχουμε: Ρυκμόσ εξωτερικοφ ζργου: Ρυκμόσ εςωτερικοφ ζργου: (ειδικό ζργο) x (κατεργαηόμενο όγκο ανά μονάδα χρόνου) = Ιςχφει όμωσ άρα

7 ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΗ Για τθν αντιμετϊπιςθ των προςκζτων ζργων ειςάγεται ο ςυντελεςτισ ανομοιογζνειασ c, ο οποίοσ για τισ ςυνικεισ κατεργαςίεσ ολκισ λαμβάνει τυπικζσ τιμζσ ςτθν περιοχι υνεπϊσ κα ιςχφει Τπολογιςμόσ τθσ μζγιςτθσ μείωςθσ διατομισ ςφρματοσ ανά πάςο Προκειμζνου να μθν υπάρξουν καταςτάςεισ αςτάκειασ του ςφρματοσ, κεωρείται ωσ οριακι κατάςταςθ για τον υπολογιςμό του μζγιςτου ποςοςτοφ μείωςθσ τθσ διατομισ ςφρματοσ, r mαx όταν θ εφελκυςτικι τάςθ t λάβει ωσ μζγιςτθ τιμι τθσ το μζςο όριο διαρροισ Y κατά τθν ιδεατι παραμόρφωςθ του ςφρματοσ. Οπότε από τθν εξίςωςθ κα είναι:

8 Διαμόρφωςη Διαμόρφωςθ Διαμόρφωςθ με υγρά Διαμόρφωςθ κατςαρόλασ Διαμόρφωςθ - Βακφσ ελκυςμόσ Μορφοποίθςθ τοιχωμάτων (ιδζρωμα Wall ironing)

9 φυρηλαςία Η διαμόρφωςθ μετάλλου ςε κατάλλθλο ςχιμα με πρζςςα ι ςφυρί Οι περιςςότερεσ ςφυρθλαςίεσ γίνονται εν κερμϊ Δφο μεγάλεσ κατθγορίεσ: -Ανοικτοφ καλουπιοφ -Κλειςτοφ καλουπιοφ χήμα που δείχνει τα δφο μιςά καλουπιοφ ςφυρηλαςίασ (κλειςτοφ τφπου) πριν και μετά το κλείςιμο Animation: Προςομοίωςθ κερμοκραςιϊν-δυνάμεων:

10 Animation: Forging Simulation: Σο flash εξυπθρετεί δφο ςκοποφσ -βαλβίδα αςφαλείασ για το υπερβάλλον μζταλλο -Ρυκμίηει τθ διαρροι του υλικοφ. Σο λεπτό film αυξάνει τθν αντίςταςθ ςε ροι, θ πρζςα ανεβάηει τθν αςκοφμενθ πίεςθ και γεμίηει το καλοφπι χιμα καλουπιοφ ςφαιρικό με κλίςθ 5 ο Ε=1/2(mv 2 ) +pah m=μάηα ςφυριοφ, v=ταχφτθτα ςτθν αρχι τθσ παραμόρφωςθσ, p= πίεςθ ςτον κφλινδρο Η=φψοσ πτϊςθσ ςφυριοφ Α=επιφάνεια ςφυριοφ Δείγματα ςφυριλατων εξαρτθμάτων κραμάτων αλουμινίου, μερικά από τα οποία χρθςιμοποιοφνται ςε ςοβαρζσ εφαρμογζσ ςε αυτοκίνθτα Σομι τροχοφ αεροςκάφουσ από κράμα 2014 μετά από λείανςθ και προςβολι. Φαίνεται ο προςανατολιςμόσ των κόκκων

11 Improved blast protection: The hull could provide approximately two times better blast protection than traditional hulls. vehicle. Stronger solid structure: A single-piece hull would eliminate welded seams used in today s manufacturing processes, covering the entire lower section of any combat Efficient design: Forging hulls as one unit facilitates three-dimensional shaping, allowing Alcoa to tailor the thickness where needed to maximize protection and allow for weight savings. Cost savings: The structure is expected to reduce costs over the life of the vehicle by increasing fuel efficiency through lightweighting and eliminating assembly time and complexity.

12 Υπερπλαςτικότητα Τπερπλαςτικότθτα είναι θ δυνατότθτα κάποιων πολυκρυςταλλικϊν υλικϊν να δζχονται πολφ μεγάλθ πλαςτικι διαμόρφωςθ κάτω από ειδικζσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ και φόρτιςθσ. ε μονοαξονικι φόρτιςθ επιτυγχάνονται επιμθκφνςεισ τθσ τάξθσ του 200% και μερικά υλικά μποροφν να φτάςουν και το 1000%. Οι μεγαλφτερεσ επιμθκφνςεισ που ζχουν αναφερκεί είναι μεγαλφτερεσ από 8000% Η Τπερπλαςτικότθτα απαιτεί εξαιρετικι ομοιογζνεια, ιςοτροπία, λεπτόκοκκθ δομι, θ οποία δεν επιτυγχάνεται με τθ ςυνθκιςμζνθ παραγωγι φφλλου με ζλαςθ. Μθχανιςμόσ Η ολίςκθςθ των ορίων των κόκκων είναι ο μθχανιςμόσ τθσ υπερπλαςτικισ παραμόρφωςθσ. Οι κόκκοι πρζπει να ζχουν ιςοτροπία ϊςτε να δεχκοφν διατμθτικι τάςθ και να επιτρζψουν να ςυμβεί θ υπερπλαςτικι ροι CGfD_7zx3uewZi8D2FG3iW

13 Η επιβολι τάςθσ ροισ ςε υλικά με υπερπλαςτικι ςυμπεριφορά είναι μια ευαίςκθτθ λειτουργία εξαρτϊμενθ από τον ρσθμό επιβολής τάσης, τη θερμοκρασία και το μέγεθος κόκκοσ. Αυτό όμωσ που είναι το ςθμαντικό είναι ότι θ ςυμπεριφορά των υπερπλαςτικϊν υλικϊν είναι εντελϊσ διαφορετικι από εκείνθ των ςυμβατικϊν υλικϊν Μεταλλουργικοί παράγοντεσ για τθν παραγωγι υπερπλαςτικϊν υλικϊν Πολφ μικροί κόκκοι 2μm< d <10μm Μεγάλθ αντίςταςθ ςτθν ανάπτυξθ των κόκκων Ο ρυκμόσ επιβολισ τθσ τάςθσ ζχει πολφ ςθμαντικό ρόλο Μεγάλθ αντίςταςθ ςτον ςχθματιςμό πόρων Πολλά κράματα αλουμινίου παρουςιάηουν υπερπλαςτικι ςυμπεριφορά με προςκικθ ηιρκονίου. χθμτίηεται θ φάςθ ZrAl 3 με πολφ μικρό μζγεκοσ και πλοφςια διαςπορά, θ οποία προλαμβάνει τθν αφξθςθ του μεγζκουσ του κόκκου κατά τθν ανακρυςτάλλωςθ ιςχυρά παραμορφωμζνθσ μιτρασ αλουμινίου Σεχνολογικζσ απαιτιςεισ για τθν διαμόρφωςθ υπερπλαςτικϊν υλικϊν Σ u > 0,5T s όπου Σ u θ κερμοκραςία κατεργαςίασ και T s θ κερμοκραςία τιξθσ Χαμθλόσ ρυκμόσ επιβολισ τάςθσ

14 Ανόπτηςη για ανακρυςτάλωςη Σρία ςτάδια: Ανάκτθςθ, Πυρθνοποίθςθ, Ανάπτυξθ Ο ρυκμόσ ανακρυςτάλλωςθσ αυξάνει κακϊσ αυξάνει θ κερμοκραςία (λόγω κινθτικότθτασ των ατόμων). Ελάχιςτθ κερμοκραςία πάνω από τθν οποία υπάρχει ανακρυςτάλωςθ Η κερμοκραςία πάνω από τθν οποία γίνεται θ ανακρυςτάλλωςθ επθρρεάηεται από τουσ εξισ παράγοντεσ: 1. Κραματικζσ προςκικεσ: Η κερμοκραςία ανακρυςτάλωςθσ αυξάνει κυρίωσ με τα μεταβατικά μζταλλα όπωσ Cr,Fe,Mn,V ι Zrςε μορφι διαλφματοσ ι διαςποράσ. 2. Χρόνοσ ανόπτθςθσ: Όςο μεγαλφτερθ θ κερμοκραςία ανακρυςτάλωςθσ τόςο μικρότεροσ χρόνοσ απαιτείται. Π.χ πολφ παραμορφωμζνο φφλλο κακαροφ αλουμινίου ανακρυςταλϊνεται ςτουσ 500 ο C ςε λίγα δευτερόλεπτα ςτουσ 380 ο C ςε λίγα λεπτά τουσ 280 ο C ςε λίγεσ ϊρεσ 3. Σο ποςοςτό ενδοτράχυνςθσ: Όςο περιςςότερθ ψυχρθλαςία ζχει υποςτεί το κράμα τόςο χαμθλότερθ είναι θ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ. Για κακαρό αλουμίνιο και για τα κατωτζρω ποςοςτά ενδοτράχυνςθσ θ κερμοκραςία είναι θ ακόλουκθ για χρόνο 2ϊρεσ Ποςοςτό ενδοτράχυνςθσ-σ για πλιρθ ανακρυςτάλλωςθ 5% 500 ο C 20% 400 o C 40% 360 ο C 80% 320 ο C 98% 300 ο C

15 Μζγεκοσ κόκκου μετά από ανακρυςτάλωςθ αναλόγωσ του ποςοςτοφ πλαςτικισ παραμόρφωςθσ Εξάρτθμα από κράμα 5052 μετά από βακφ ελκυςμό και ανακρυςτάλλωςθ με ενδιάμεςθ ανόπτθςθ. Οι περιοχζσ με τθν μικρότερθ παραμόρφωςθ ζχουν μεγαλφτερο μζγεκοσ κόκκων