فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- صنعت نورد………………………………………………………………………………………….. 2

1-2- قفسه های نورد……………………………………………………………………………………… 3

1-3- نورد فلزها……………………………………………………………………………………………. 7

1-4- قفسه های پیش نورد………………………………………………………………………………. 7

1-5- نورد گرم پایانی…………………………………………………………………………………….. 8

1-6- اسیدشویی……………………………………………………………………………………………. 8

1-7- نورد سرد……………………………………………………………………………………………. 11

فصل دوم: تحلیل فرآیند نورد سرد ورق

2-1- تعیین نرخ کرنش میانگین در نورد سرد………………………………………………………. 14

2-2- توزیع فشار در نورد سرد………………………………………………………………………… 17

2-3- روش ساختن ورق فولادی استحکام بالای نورد سرد شده……………………………….. 22

2-4- روش ساخت ورق فولادی استحکام بالای کار سرد شده…………………………………. 23

فصل سوم: فولاد مورد استفاده در ساختمان بدنه اتومبیل در آینده

3-1- مواد مورد استفاده در ساختمان بدنه اتومبیل در آینده………………………………………. 28

3-2- پروسه های تولید سازه های سبک وزن………………………………………………………. 29

3-3- کاربرد مواد در بدنه خودرو………………………………………………………………………………. 29

3-3-1- فولاد………………………………………………………………………………………………………. 29

3-3-2- آلیاژهای آلومینیم………………………………………………………………………………………… 30

3-3-3- آلیاژهای منیزیم………………………………………………………………………………………….. 31

3-3-4- کامپوزیتها (مواد مختلط)………………………………………………………………………………. 31

3-4- کاهش در وزن خودرو……………………………………………………………………………………. 32

3-5- اثر نیوبیوم روی تبلور مجدد ورق فولادی کم کربن نورد سرد شده اتومبیل…………………… 32

3-6- توسعه در فولاد استحکام بالای پیشرفته……………………………………………………………….. 39

3-6-1- فولادهای دو فازی……………………………………………………………………………………… 41

3-6-2- فولادهای دو فازی کار سرد شده……………………………………………………………………. 44

3-6-3- فولادهای چند فازی……………………………………………………………………………………. 46

3-6-4- فولادهای TRIP…………………………………………………………………………………………. 48

فصل چهارم: اثرنیتروژن برروی خواص مکانیکی ورقهای فولادیTRIP نورد سردشده

4-1- اثر نیتروژن بر روی خواص مکانیکی ورق های فولادی TRIP نورد سرد شده……………….. 51

4-2- اثر رسوب ALN بر روی ویژگی های آستنیت باقیمانده…………………………………………… 54

4-3- خواص مکانیکی فولادی که نیتروژن به آن اضافه شده است……………………………………… 56

4-4- میکروساختارهای خواص مکانیکی فولاد TRIP Si- Al-Mn حاوی نیوبیوم (Nb)……………. 61

4-5- اثر نرخ کرنش………………………………………………………………………………………………. 62

4-6- اثر مقدار Nb………………………………………………………………………………………………… 64

4-7- اثر هم دماسازی در منطقه بینیت………………………………………………………………………… 70

فصل پنجم: عیوب در شکل دهی ورقها

5-1- عیوب در قطعات شکل گرفته…………………………………………………………………………… 74

5-2- مشکلات و عیوب موجود محصولات نورد شده…………………………………………………….. 78

5-2-1- چروک خوردن………………………………………………………………………………………….. 80

5-2-2- ترک خوردن لبه…………………………………………………………………………………………. 82

فصل ششم: نتایج

نتایج…………………………………………………………………………………………………………………… 84

منابع و مآخذ……………………………………………………………………………………………………… 86

 

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل 1-1 نورد دو غلتکه ی یک سویه………………………………………………………… ………………………………5

شکل 1-2 نورد دو غلتکه ی دو سویه…………………………………………………………….. …………………………5

شکل 1-3 شمای عمومی قفسه های سه غلتکه……………………………………………………. ……………………..5

شکل 1-4 شمای عمومی قفسه های چهار غلتکه………………………………………………… ……………………….6

شکل 1-5 شمای عمومی قفسه های خوشه ای…………………………………………………… ………………………6

شکل 2-1 نمایش جایگاه خنثی و مولفه های سرعت در نورد طولی…………………………………… 14

شکل 2-2 نمایش سرعت فشرده شدن یک المان در فضای بین دو غلتک……………………………. 15

شکل 2-3 توزیع فشار غلتک در طول تماس در شرایط نورد سرد با فرض بدون اصطکاک بودن فرآیند 18

شکل 2-4 تغییرات فشار میانگین غلتک در طول تماس غلتک و قطعه کار………………………….. 20

شکل 2-5 نمایش فشار غلتک در نورد سرد با در نظر گرفتن تأثیر اصطکاک………………………… 20

شکل 3-1 گسترش مواد مورد استفاده در ماشین ها از سال 1970 تا 2010…………………………… 30

شکل 3-2 مقدار فاز تبلور مجدد یافته Vr.ph به عنوان تابعی از زمان آنیل فولادهای با نسبت های مختلف 36

شکل 3-3 اندازه دانه های فریت df، نقطه تسلیم 2/0 σ، ازدیاد طول 4δ و ضریب آنیزوتروپی پلاستیک نرمال rm فولادهای با نسبتهای مختلف………………………………………………………………………………………….. 38
شکل 3-4 دیاگرام دو تایی Fe(me)-C، بیان کننده غلظت کربن در آستنیت به عنوان تابعی از حرارت در منطقه دو فازی 42

شکل 3-5 یاگرامهای CCT برای فولادی با C14/0- Cr3/0-Mn2/1- Si5/0- B 002/0 سرد شده از محدوده دمایی بین بحرانی (خطوط پیوسته) و از منطقه γ (خطوط منقطع)………………………………………………………………. 43

شکل 3-6 کسر حجمی مارتنزیت به عنوان تابعی از دمای کوئنچ بعد از آنیل مختلف………………. 45

شکل 3-7 میکروساختار عمومی (a) DP590 CR و (a) DP 980 CR……………………………….. 46

شکل 3-8 میکروساختار (a) HY590CR (b) HY590CA و X3000………………………………… 47

شکل 3-9 میکروساختار عمومی فولادهای TRIP………………………………………………………….. 49

شکل 4-1 خواص مکانیکی به عنوان تابعی از مقدار نیتروژن برای فولادهای آنیل شده در C˚830 و سپس آستمپر شده در دمای C˚400……………………………………………………………………………………………………………….. 53

شکل 4-2 شماتیک دیاگرام سیکل حرارتی…………………………………………………………………… 55

شکل 4-3 اندازه دانه فریت + بینیت و آستنیت باقیمانده حاصل شده توسط EBSD در ورق نورد سرد شده فولادهای S و S-N آنیل شده در C˚830 و سپس آستمپر شده در C˚400……………………………………………………… 56

شکل 4-4 خواص مکانیکی بعنوان تابعی ازدمای آنیل بین بحرانی فولادهای تمپرشده در C˚400.. 57

شکل 4-5 خواص مکانیکی به عنوان تابعی از دمای آستمپر فولادهای آنیل شده در C˚830………. 58

شکل 4-6 تغییرات درصد آستنیت باقیمانده بر حسب کرنش حقیقی …………………………………. 59

شکل 4-7 طیف تفرق اشعه ایکس نمونه شماره 2 (a) قبل از تست کشش (b) بعد از تست کشش 62

شکل 4-8 خواص مکانیکی و کسر حجمی آستنیت باقیمانده نمونه شماره 2 بعد از تست کشش.. 63

شکل 4-9 میکروگرافهای SEM نمونه (a) شماره 1 (b) شماره 2 و (c) شماره 3 قبل از تست کشش (PE فریت چند ضلعی، RA- آستنیت باقیمانده،GB- بینیت دانه ای و بلوری)……………………………………………………………… 65

شکل 4-10 میکروگرافهای TEM فولاد شماره 2 (a) میکروگراف روشن (b) آنالیز تفرق و (c) رسوب Nb(CN) قبل از تست کشش…………………………………………………………………………………………………………………. 66

شکل 4-11 اثر مقدار نیوبیوم بر روی کسر حجمی آستنیت باقی مانده (Vσ) قبل و بعد از تست کشش 67

شکل 4-12 اثر مقدار نیوبیوم و دمای هم دما سازی بر روی (a) UTS، (b) YS،(c) TEL و (d) UTSXTEL 68

شکل 5-1 کرنش های کشیدنی در ورق فولاد کم کربن…………………………………………………… 76

شکل 5-2 رابطه کرنش های کشیدنی با منحنی های تنش-کرنش……………………………………….. 76

شکل 5-3 نتایج خمیدگی غلتک برای ایجاد لبه بلند ………………………………………………………. 79

شکل 5-4 تصویر شماتیکی که امکان چروک خوردن در حین شکل دادن کاسی ای با دیواره مخروطی را نشان می دهد 81

 

 

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 2-1 ترکیب شیمیایی شمش های فولادی آماده شده در کوره فرکانس بالا…………………….. 26

جدول 3-1 نسبت کل مقدار Nb به مقدار موثر Ti………………………………………………………….. 35

جدول 3-2 فولادهای دو فازی و خواص مکانیکی آن…………………………………………………….. 41

جدول 3-3 خواص مکانیکی فولادهای دو فازی نورد سرد شده…………………………………………. 45

جدول 3-4 خواص مکانیکی فولادهای چند فازی………………………………………………………….. 47

جدول 4-1 ترکیب شیمایی (درصد وزنی) و دمای استحاله اندازه گیری شده (درجه سانتیگراد) فولاد های آزمایش 61

جدول 4-2 مقدار آستنیت باقیمانده و مقدار کربن آستنیت باقیمانده فولاد شماره 4………………….. 71

1-1- صنعت نورد

تاریخ نورد به مفهوم امروزی آن، ولی در شکلهای بسیار ساده و اندازه های کوچک به آغاز سده ی هفدهم برمی گردد. به این صورت که دو غلتک چدنی در یک چهارچوبی قرار داده می شد و فلزهایی مانند قلع و سرب را نورد می کردند. هرچند پیش از این از غلتکهای برای صاف کردن و فشردن مواد استفاده می شد ولی ایده ی استفاده از غلتکها به منظور ایجاد کاهش در سطح مقطع فلز در این دوره بوجود آمد.

پس از آن کوشش شد از غلتکهای بزرگتر و سنگین تر استفاده شود و گشتاور لازم برای به چرخش درآوردن آنها بوسیله ی نیروی اسب و با پره های آبی تأمین می شد. ایده ی ایجاد شیار روی غلتکها به منظور شکل دادن به مقاطع میله ها و تیرها نیز به همین دوران برمی گردد.

قفسه های غلتک به سرعت گام های تکاملی خود را پیمودند و بزودی افزون بر نورد فلزهای نرم نورد گرم فولاد نیز شدنی شد. تنگنای نیرو و توان، ایده ی استفاده از غلتکهای کوچکتر را مطرح کرد. برخی صنعتگران متوجه شده بودند که نورد با غلتکهای کوچکتر به نیرو و توان کمتری احتیاج دارد. از این رو استفاده از غلتکهای کاری کوچکتر که بوسیله غلتکهای بزرگتر پشتیبانی می شدند متداول شد و در اصطلاح قفسه های چهار غلتکه بوجود آمدند.

پس از پیدایش ماشین بخار و از بین رفتن تنگنای نیرو و توان قفسه های نورد دوباره بزرگتر شدند و موتورهای با توان بسیار بالا، در اندازه ی15000 اسب برای نوردهای سنگین شمشهای فولادی بکار گرفته شدند. موتورها و قفسه های نورد به تندی گام های تکاملی خود را پیمودند به گونه ای که فرآورده های نورد بویژه فولادها به مهمترین فرآورده های فلزی در سطح جهان تبدیل شدند. برای بسیاری از فرآورده ها روشهای نورد جایگزین دیگر روشهای شکل دادن فلزها، همانند آهنگری و ریخته گری شد.

1-2- قفسه های نورد

امروزه بیشتر فلزها همچون آلیاژهای آلومینیم، مس و فولادها نخست به صورت شمش ریخته گری می شوند و سپس در خلال چند مرحله نورد گرم بصورت شمشه، شمشال و یا تختال در می آیند این فرآورده ها دوباره در خلال چند مرحله نورد گرم و سرد به فرآورده های پایانی مانند صفحه، ورق، تسمه و یا نوار ورق، فویل، تیر، میله گرد، مفتول، لوله، انواع مقطع های سازه ای مانند تیرآهن، ریل آهن، ناودانی نبشی و غیره تبدیل می شوند.

تولید هرکدام از این فرآورده ها بوسیله ی یک یا چند قفسه ی نورد دوسویه و یا چند قفسه نورد پیاپی انجام می پذیرد. هر قفسه ی نورد در بردارنده ی یک چهارچوب فولادی می باشد که یاتاقانهای غلتکها را در خود نگه می دارد و نیروی نورد را پذیرا می شود. چرخش غلتکها بوسیله یک موتور برقی و جعبه دنده تأمین می شود.

قفسه های نورد ممکن است دو غلتکه ی یک سویه باشد که در این صورت قطعه کار همواره از یک سو به فضای بین دو غلتک کشیده می شود و پس از تغییر شکل از سوی دیگر خارج می شود چرخش یکی از غلتکها در راستای عقربه های ساعت و دیگری خلاف عقربه های ساعت خواهد بود و نیروی محرکه به هر دو غلتک فرستاده می شود. قفسه های دو غلتکه ممکن است دو سویه باشند در این صورت با تغییر جریان برق در موتور راستای چرخش غلتکها و در نتیجه راستای حرکت قطعه کار عوض می شود در قفسه های دوسویه قطعه کار چندین بار مسیر رفت و برگشت را می پیماید در هر مرحله غلتک بالائی پائین تر آمده، فضای بین دو غلتک تنگ تر شده و در نتیجه ضخامت و یا سطح مقطع قطعه کار کاهش خواهد یافت.

قفسه های سه غلتکه از سه غلتک تشکیل می شوند و نیروی محرکه ی موتور به غلتکهای بالا و پائین فرستاده می شود. غلتک میانی در اثر اصطکاک به چرخش در می آید. در اینگونه قفسه ها قطعه کار نخست بین غلتک های پائینی و میانی در مسیر رفت نورد می شود و سپس بین غلتکهای میانی و بالایی در مسیر برگشت نورد می گردد.

برای کاهش نیرو و توان افزایش دقت و یکنواختی ضخامت ورقهای نازک از قفسه های چهارغلتکه استفاده می شود. در این نوع قفسه ها غلتک های کاری بوسیله ی دو غلتک پشتیبان، پشتیبانی می شوند.

قطر غلتکهای کاری کوچک برگزیده می شوند و غلتکهای پشتیبان از کجروی و خمش غلتکهای کاری جلوگیری می کنند.

در نورد ورقهای بسیار نازک و فویلها، از قفسه های خوشه ای استفاده می شود در اینگونه قفسه ها قطر غلتکهای کاری بسیار کوچک برگزیده می شود و شمار غلتک های پشتیبان بیش از دو تا خواهند بود در این شرایط از کجروی و خمش الاستیک غلتک های کاری جلوگیری می شود و فویل های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 1/0 میلیمتر با دقت بسیار خوب بدست می آیند.