مروری بر دستیابی به قطعات طولانی با کمک روش‌های تغییرشکل پلاستیک شدید
طی 20 تا 30 سال گذشته، فناوری‌های تغییرشکل شدید پلاستیک (SPD) رزونانس قابل توجهی در تولید مواد با دانه های فوق ریز و نانوساختار ایجاد کرده است. با این حال، رشد تقاضا برای چنین فناوری‌هایی تا حد زیادی به‌علت هزینه بالای ساخت محصولات از چنین موادی که انرژی‌بر و زمان‌بر هستند، محدود شده است. بنابراین، این مقاله به تحلیل فناوری‌های مدرن در تولید ذرات فوق ریز فلزات و آلیاژهایی با استحکام و شکل پذیری بالا با استفاده از تجهیزات نسبتاً ساده و ارزان قیمت در کمترین زمان مورد نیاز برای تولید آنها می‌پردازد. توسعه و تکثیر ماشین آلات ریخته‌گری پیوسته در نیمه دوم قرن بیستم منجر به توسعه بسیاری از روش‌های پرس پیوسته در تغییر شکل طولانی بیلت‌ها شد. از میان آنها می‌توان به فناوری‌های کانفورم، اکسترولینگ، لینکس و ترکیبی از پرس نورد اشاره کرد. مقاله حاضر کلیه فرایندهای ترکیبی و پیوسته موجود در تولید قطعات طولانی حاوی ذرات بسیار ریز و نانوساختارها را در نظر گرفته است. چنین ساختارهایی اساسا با ساختارهای مواد معمولی متفاوت هستند زیرا خواص استحکام بالا را با شکل پذیری بالا ترکیب می‌کنند. این مربوط به برنامه‌هایی است که در آنها وزن، اندازه یا ویژگی‌های عملکردی قطعات مهم است.
امروزه توسعه گسترده تحقیقات در زمینه "نانوفناوری" در بسیاری از صنایع مشهود است. در تولید متالورژی، این یک واکنش به حالت نزدیک به فرسودگی با امکان ایجاد خواص مورد نیاز در آلیاژها با کمک روش‌های سنتی است. مینیمایز کردن ذرات راهی برای حذف احتمالی همه فرآیندهای تشکیل فلز است. با کاهش اندازه ذرات یک جسم تشکیل می‌شود که به‌طور کلی از خواص جدیدی برخوردار است. این کار باعث می‌شود اول، تحت تأثیر مرزهای توسعه یافته، از آنجا که شرایط مرزی باندری از شرایط درون ذرات متفاوت است و دوم، با عدم حضور شرایط درون ذرات که خود را در حجم زیاد نشان می‌دهد. بنابراین، ذرات نانوسایز می توانند کیفیت جدید را به‌طور قابل ملاحظه‌ای با حفظ ترکیب شیمیایی به همان آلیاژ منتقل کنند. ساخت نانومتریال فلزی به شکل بیلت ها با حجم کافی برای ساخت قطعات را می‌توان به سه طریق انجام داد: با پودرهای فشرده حاوی ذرات نانومقیاس، با تغییرشکل شدید پلاستیک، و با ریخته‌گری خاص مواد. جذاب ترین روش تولید مواد نانو کریستالی حجیم تغییرشکل شدید پلاستیک (SPD) است که شامل تغییر شکل مداوم مواد فرآوری شده تحت شرایط نزدیک به برش ساده می‌شود. روش‌های اصلی که توسط آن تغییر شکل‌های بزرگ منجر به تغییر حالت ذرات می‌شوند، بدون تخریب نمونه با سطح صاف حاوی یک ایندنتور جامد، پیچش فشار بالا، فشار در کانال مساوی زاویه دار، میله های گرد، پرس "مارپیچ" و غیره به دست می آید. از طرفی، روش‌های تغییرشکل شدید پلاستیک آن را همراه با کاهش متوسط اندازه ذرات، دستیابی به نمونه‌های بزرگ با ساختار تقریبا متخلخل، که با فشرده سازی پودرهای پراکنده نمی‌توان به آن دست یافت را امکان پذیر می‌سازد. از سوی دیگر، نقطه ضعف عمده آنها بهره‌وری پایین است که مانع تولید صنعتی محصولات با خواص ذاتی نانوساختار می‌شود. بنابراین، در سال‌های اخیر، روش‌های بسیار کارآمدی برای دستیابی به مواد با ذرات بسیار ریز (UFG) مطابق با فناوری‌های نورد و پرس به‌طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
تحلیل نحوه تولید قطعات طولانی با کمک روش‌های SPD
استفاده از روش‌های تغییرشکل شدید پلاستیک مانند پیچش فشار بالا (HPT)، فشار در کانال مساوی زاویه دار (ECAP) و اکستروژن پیچ منجر به سایش ساختار آلیاژ می‌شود اما برای به دست آوردن جاهای خالی با دوام قابل استفاده نیستند. یافته‌های حاصل از فرایندهای SPD در تولید صنعتی روش SPD پیوسته را تایید می‌کنند. روش کانفورم (که در شکل زیر ارائه شده است) نوعی از پرس پیوسته است که در سال 1971 در انگلستان توسعه یافت.
شکل 1:
اصول پردازش مواد با طرح کانفورم ارائه شده در شکل بالا مطابقت دارد. کانفورم بر تغییرشکل پیوسته قطعه متکی است که با اصطکاک فعال نیروها به کانال تشکیل شده توسط کفشک و چرخ متحرک با جریان به شکل یک شیار در امتداد حاشیه تزریق می شود، در حالی‌که یک ماتریس در انتهای کفشک نصب شده است که محفظه رفع فشار را تشکیل می‌دهد. لازم به ذکر است که روش کانفورم سنتی با شدت انرژی بالا و افزایش ناهمواری تغییر شکل مشخص می‌شود. روش جدید توسعه یک روش تغییرشکل شدید پلاستیک به‌منظور دستیابی به محصولات بادوام با ساختار فوق ریز ذرات است. در سال های اخیر، طرح های زیادی از کانفورم توسعه داده شده است. استفاده از یک دیسک چرخان به عنوان نیروی محرکه فرایند اکستروژن به شما اجازه می دهد محصولاتی با طول نامحدود تولید کنید.
جمع بندی
در سال های اخیر، روش‌های جدیدی برای بهبود خواص مواد ساختاری با تشکیل هدفمند ساختار ذرات بسیار ریز فلزات و آلیاژها در تغییرشکل های محتلف کشف شده است. تغییر اندازه ذره از طریق تغییر شکل می تواند به طور قابل توجهی خواص مکانیکی و فیزیکی فلزات و آلیاژها را بهبود دهد. روش های موجود تغییرشکل شدید پلاستیک برای شکل دهی ساختار UFG فلزات مانند فشار در کانال مساوی زاویه دار، پیچش فشار بالا، تغییرشکل چند محوره، اکستروژن پیچ و غیره به دلیل به اندازه محدود قطعات پردازش شده، فرایندهای گسسته، پیچیدگی تجهیزات و ابزار مورد استفاده، ناسازگاری با سرعت و حالت های کرنش فرایندهای تکنولوژیکی تولید متالورژی و تولید کابل فلزی محدودیت زیادی در برنامه های صنعتی دارند. از این نظر، یکی از مشکلات جدی در حال حاضر که توسط محققان نیز بررسی شده است، ابداع روش های تغییرشکل نانوساختار فلزات و آلیاژها است که پارامترهای فنی و بهره وری آنها را می توان با تولید صنعتی فعلی تطبیق داد. اخیراً یکی از روندهای امیدوار کننده در توسعه فرایندهای تکنولوژیکی به منظور تولید قطعات فلزی ترکیبی از روش‌های پردازش های مختلف (نورد، طراحی، اکستروژن، پرس، و غیره) است. در این بررسی، نشان دادیم که استفاده از اقدام ترکیبی در تولید بیلت های بلند زمینه را برای تشکیل ساختار UFG متناظر با این سطح حالت ساختاریِ ویژگی های مکانیکی فراهم می کند.
