فولاد ۱۰۱۸

فولاد ۱۰۱۸ – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

فولاد ۱۰۱۸

چکیده

ضریب کشسانی‌، نقطه تسلیم  و مقاومت کششی نهایی‌ فولاد ۱۰۱۸ بوسیله تنش تک محوری مشخص ‌گردید. هندسه گونه «داگبون» با  ناحیه مقطع عرضی حداقل که دارای ابعاد زیر می‌باشد مورد استفاده قرار گرفت: ضخامت مساوی ، پهنای مساوی   و بخش درجه یا سنجش مساوی. ضریب کشسانی‌گونه ۱۶۹٫۷Gpa با انحراف معیار‌  ۲٫۰Gpa تعیین گردید. حد پایینی در نقطه تسلیم‌ ۳۵۷٫۱MPa  با انحراف معیار‌  ۶٫۳MPa تعیین شده است. حد بالایی نقطه تسلیم میزان ۳۸۵٫۷Mpa و با انحراف معیار‌  ۶٫۸Mpa تعیین گردیده است. مقاومت کششی نهایی نیز Mpa487.7  با انحراف معیار  Mpa8.6 مشخص گردید.

مقدمه

خصیصه های مکانیکی برای مهندسینی که مواد را در کاربردهایی بکار می‌برند که در آنها نیرو بکار رفته، ابعاد حیاتی بوده یا شکست در آن مقبول نمی‌باشد، از اهمیت زیادی برخوردار است. ۳ خصیصه مهم و اساسی مکانیکی فلزات  ضریب کشسانی‌ (E)، نقطه تسلیم ((، و مقاومت کششی نهایی‌( _ult) می‌باشد. این گزارش نتیجه آزمایشات تعیین میزان ضریب کشسانی‌، نقاط تسلیم‌ و مقاومت کششی نهایی‌ فولاد ۱۰۱۸ را مورد بررسی قرار می‌دهد.

تئوری

به هنگامی‌که نیرو در مواد مورد استعمال قرار می‌گیرد، آنها بعلت بازتاب این نیروها حالت دفرمه‌شدگی می‌یابند. میزان بزرگی سطح دفرمه شده بستگی به هندسه مواد دارد. همچنین ، میزان نیرویی که برای بکار گیری در این دفرمه سازی مورد نیاز است، بستگی به هندسه مواد دارد. به همین دلیل مهندسین تنش و  کرنش را مشخص      می‌سازند.  تنش از نقطه نظر مهندسی بوسیله فرمول زیر بدست می‌آید:

با تعریف بدین روش، تنش را می‌توان بعنوان یک نیروی نرمال تصور کرد. تعریف کرنش از نقطه نظر مهندسی نیز از فرمول زیر بدست می‌آید:

کرنش را می‌توان بعنوان دفرمه‌شدگی نرمال تصور نمود.

…

قانون هوک‌ (معادله ۳)  ارتباط خطی را میان تنش و کرنش پیش بینی نموده و پاسخ کشسانی‌ مواد را تشریح نموده است. در موادی که قانون هوک‌ ارتباط تنش و کرنش را مورد تشریح قرار داده، پاسخ کشسانی‌ بعنوان یک مکانیزم شایع دفرمه‌شدگی تلقی       می‌گردد. با این وجود، بسیاری از مواد از خود رفتار غیرخطی در سطح بالاتری از تنش را نشان می‌دهند.این رفتار غیرخطی موقعی روی می‌دهد که شکل پذیری یا انعطاف پذیری بعنوان مکانیزم شایع دفرمه شدگی مشخص می‌شود. فلزات بواسطه نشان دادن واکنش کشسانی‌ و شکل پذیری معروفیت دارند. فرم انتقال واکنش کشسانی‌ به واکنش شکل پذیر  در نقطه بحرانی بنام نقطه تسلیم ()  روی می‌دهد. از آنجاییکه واکنش شکل پذیری بوسیله خصیصه  دفرمه شدن همیشگی (خمیدگی) مشخص  می‌گردد، نقطه تسلیم یکی از خصیصه های مهمی‌است که باید از آن اطلاع داشته باشیم. در عمل، نقطه تسلیم تنشی می‌باشد، جاییکه رفتار تنش – کرنش از حالت ارتباط خطی به حالت ارتباط غیر خطی تغییر می‌یابد. شایع ترین روش جهت شناسایی تجربی نقطه تسلیم روش افست ۰٫۲% می‌باشد. در این روش، خطی از نقطه ( ) موازی ناحیه خطی نمودار تنش-کرنش کشیده می‌شود. شیب این خط مساوی ضریب کشسانی ‌می‌باشد.  نقطه تسلیم پس از آن بعنوان تقاطع این خط با داده تجربی تعیین می‌گردد.

در موادی که واکنش زیاد شکل پذیری از خود نشان می‌دهند، حالات دفرمه شدگی تمایل به تمرکز موضعی خواهند داشت. تداوم دفرمه شدن تنها در این منطقه محلی یا موضعی روی خواهد داد و بنام گلویی خوانده می‌شود. گلوئیهایی که از منطقه بحرانی آغاز  می‌گردند بعنوان تنش نهایی ( ult) خوانده می‌شوند. از آنجایی که شکست بمجرد آغاز گلویی بوقوع می‌پیوندد، تنش نهایی جزء‌ خصایص مهمی ‌می‌باشد که باید آن را شناخت.

پروسه تجربی

تست کشش از روی فولاد ۱۰۱۸ (۱۰۶٫۱ mm X 19.05 mm X 3.18 mm) به شکل هندسی نشان داده شده در شکل ۱ نمونه برداری و ماشین‌کاری شد. ناحیه مقطع عرضی حداقل  دارای پهنای ۶٫۳۵ mm ، ضخامت  ۳٫۱۸ mm  و بلندی ۳۸٫۱ mm        می‌باشد. خطای این قطر میزان    بود. نمونه به یک ماشین تست یونیورسال (مدل ۱۱۲۵) متصل گردید. این یک ماشین کنترل  جابجایی می‌باشد.  یک طرف نمونه در وضعیتی ثابت نگه داشته شد و طرف دیگر با سرعت ثابتی جابجا می‌گردد. سلول بار (مدل اینسترون ۳۱۹-۲۵۱۱) برای تعین نیروی مورد نیاز جهت نگهداری میزان سرعت ثابت جابجایی بکار گرفته شد. میزان دقت سلول بار  بود. داده های مورد نظر در یک نمودار نواری (اینسترون مدل A1030)  جمع آوری گردید، که نیرو را بعنوان فانکشن جابجایی نمودار کنترل می‌نمود.  کشش را می‌توان در نمونه، در هر سطح نیرو،  از معادله شماره ۱ تعیین نمود.  محاسبه کرنش  نیاز به تبدیل جابجایی نمودار ( ) به جابجایی نمونه ( ) دارد. جابجایی نمونه را  می‌توان از محاسبه زیر بدست آورد:

میزان جابجایی نمونه mm/minبود. میزان جابجایی نمودار       mm/minبود. ضریب کشسانی‌، نقاط تسلیم‌، و کشش نهایی را می‌توان از طرح کشش-کرنش بدست آورد.

فولاد ۱۰۱۸

نتایج و مباحث

نمودار جابجایی نیروی- نمودار برای فولاد ۱۰۱۸ آزمایش شده در شکل ۲ نشان داده شده است. داده های نشان داده شده در شکل ۲ تبدیل به نمودار کشش – کرنش متناظر آن شده است.  رفتار حاصل شده از آن پیشنهاد می‌کند تا نمونه در سطح کشش کم منطبق باشد و در سطح کشش زیاد سفت و سخت قرار داشته باشد. متاسفانه، دلایل ساختاری و یا شیمیایی در این خصوص که چرا فولاد باید از خود ضریب افزایشی با افزایش تنش را نشان دهد در دست نیست. بنابر این  توضیح محتملتر تنظیم مجدد و چرخش ادوات تست در تنش کم (نیروی کم) می‌باشد. به یاد داشته باشید، که ادوات تست و نمونه تحت یک فشار کاربردی قرار دارند. تحت این شرایط آزمایشی، بیشترین عضو منطبق بر رفتار کشش- کرنش خواهد بود. به هنگامی‌که ادوات‌ یا ماند‌افزار در طی تنظیم و چرخش بسیار منطبق به نظر می‌رسند، آنها بعلت مقطع عرضی بزرگ در سطوح نیروی بیشتر  بسیار سخت بنظر خواهد رسید.

شکل۲٫ نیرو بعنوان فانکشن جابجایی نمودار برای فولاد ۱۰۱۸ تست شده در کشش

ضریب کشسانی‌ را می‌توان بوسیله آنالیز خط برگشتی آزمایش داده تنش-کرنش در ناحیه دوم خطی تعیین نمود. این ناحیه در شکل ۴ به همراه خط پسرفت قابل پیش بینی نشان داده شده است ( ). ضریب کشسانی‌ این نمونه از فولاد بوسیله انحراف معیار‌  ۲Gpa میزان ۱۹۶٫۷Gpa تعریف شده است. این تخمین شامل مقدار معمول در کتاب ضریب فولاد کربن ساده می‌باشد (۲۰۵Gpa) ]3[).

شکل ۳٫ نمودار تنش-کرنش برای فولاد ۱۰۱۸ تست شده در کشش

خط برگشتی نشان داده شده در شکل ۴ معرف ارزش متقاطع –۱۰۳٫۲Mpa  می‌باشد. تقاطع غیر صفری پیشنهاد می‌کند که نمونه باید برای بدست آوری کرنش صفر  فشرده شود. همچنین باید خاطر نشان کد، این تقاطع غیر صفری نتیجه تغییر در مقادیر کرنش بواسطه سازماندهی و چرخش ادوات‌ بوده، و بعلت دفرمه شدن دائم و سرپیچی از قانون هوک‌ نمی‌باشد. ناحیه تنعیدل ماند‌افزار و چرخش باعث بوجود آمدن برخی از مشکلات در تعیین نقطه تسلیم بوسیله روش افست ۰٫۲% می‌گردد. در ناحیه خطی اولیه، اکثریت حالات دفرمه‌شدگی در ادوات‌ یا ماند‌افزار روی می‌دهد و نه در نمونه. در همین زمان، برخی از مقادیر کوچک دفرمه‌شده می‌بایست بر روی نمونه روی دهد چرا که نیرو در نمونه بیش از صفر است. ناحیه خطی به جهت تخمین ضریبهای کشسانی نمونه بکار می‌رود. شکل ۴ می‌بایست جهت تعیین دفرمه شدگی نمونه دارای کشش صفر باشد. بر این اساس، یک خط برگشتی عمومی‌ را  می‌توان پیش بینی نمود.  

از آنجایی که عبارات خطای ورودی در این معادله انحراف معیار‌  می‌باشند، نتیجه  (معادله ۸ ) محاسبه شده نیز همچنین انحراف معیار‌  می‌باشد. کاربرد کرنش در تنش صفر (  در معادله ۶)  منهای برخی از عبارات خطا بعنوان محدوده حداقل برای نقطه شروع ۰٫۲% خط افست،  مناسب بنظر می‌رسد. دو عبارت خطا را می‌توان مورد استفاده قرار داد. اولی انحراف معیار‌  ( ) خواهد بود. با این وجود از آنجایی که انحراف معیار‌  کمتر از پهنای توزیعی منطبق می‌باشد، دیدگاه جایگزین باید ۳ برابر انحراف معیار‌  را بعنوان  عبارت مناسب خطا مورد استفاده قرار دهد. در حالیکه هر دو دیدگاه شایع می‌باشند، دیدگاه دوم محدوده وسیعتری از نقاط شروع برای ۰٫۲% از خط افست را تشکیل می‌دهد و بعنوان بدترین سناریو در نظر گرفته شده است. این نمونه وخیم در این مثال مورد بررسی قرار می‌گیرد. بنابر این، نقطه شروع برای خط ۰٫۲% افست می‌بایست بین کرنش  ۲٫۰۱ x 10^-3 و ۳ x 10^-3 باشد.

محدوده خطوط افست ۰٫۲% در شکل ۵ نشان داده شده است. نقطه تسلیم بین ۳۵۷٫۱MPa  و ۳۸۵٫۷ MPa می‌باشد، البته بر اساس تقاطع این خطوط با داده های تجربی. خطای اضافه در این تنش بعلت خطاهای تعیین نیروها در ابعاد بوجود      می‌آید. نیرو به نزدیکترین ۲۵ N تعیین می‌گردد. خطای در تنش را می‌توان از فرمول ذیل مورد تقریب قرار داد:

شکل ۵٫ تعیین نقطه تسلیم بوسیله روش افست ۰٫۲%

خطا در نیرو ۱۲٫۵ N می‌باشد. خطای در پهنا و ضخامت ۰٫۰۵ mm می‌باشد. همچنین می‌بایست ذکر نمود که معادله ۹ موجب بروز خطا در تنشی خواهد شد که وابسته به نیرو باشد. نیروهای ۷۲۱۱ N و ۷۷۸۸ N مترداف تنشهای ۳۵۷٫۱ MPa و ۳۸۵٫۷ MPa به ترتیب می‌باشد. خطای در تنش برای تنش ۳۵۷٫۱ MPa به میزان ۶٫۳MPa محاسبه گردیده است. خطای در تنش برای تنش ۳۸۵٫۷ MPa به میزان ۶٫۸MPa محاسبه گردیده است.

نهایت تنش (حداکثر در نمودار تنش-کرنش) را می‌توان بصورت نمودار همانند شکل ۶ تعیین نمود. تنش نهایی میزان  ۴۸۷٫۷ MPa تعیین گردیده است. خطا در تنش نهایی همانند معادله ۹ در سطح نیروی ۹۸۴۸ N میزان  مشخص شده است.

شکل ۶٫ تعیین مقاومت کششی نهایی فولاد ۱۰۱۸ تست شده در تنش

فولاد ۱۰۱۸

نتیجه گیری

ضریب کشسانی‌، نقطه تسلیم، و تنش نهایی فولاد ۱۰۱۸ در تنش تک محوره تعیین گردیده است.  برای این کار از هندسه گونه داگبون استفاده گردید. قطر ناحیه کاهش یافته مقطع عرضی عبارت است از : ضخامت مساوی ، پهنا مساوی ، و طول بخش درجه آن مساوی    می‌باشد. در حالت نیروهای کمتر، واکنش شایع تشکیل یا تنظیم و چرخش ادوات و ماند‌افزار  تست بوده است. در نیروهای زیاد، دفرمه شدگی نمونه واکنش شایع بود. مقادیر ضریب کشسانی‌، نقطه تسلیم و مقاومت کششی نهایی تعیین شده در شکل ۱ مشخص می‌باشند. میانگین و انحراف معیار نقطه تسلیم بعلت مشکل مرتبط با تنظیم و چرخش ادوات و ماند‌افزارها  محاسبه نشده‌ است.

جدول ۱٫ خلاصه ضریب کشسانی‌، نقطه تسلیم، و مقاومت کششی نهایی‌ فولاد ۱۰۱۸ تست شده در تنش تک محوره.