بررسی تجربی تاثیر شکل مود ارتعاشی بر رفتار فشاری آلیاژ Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 12، شماره 4، مهر و آبان 1401، صفحه 55-68 اصل مقاله (1.84 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2022.11100.3452 | ||
| نویسندگان | ||
| مرتضی صادقی1؛ وحید فرتاشوند* 2؛ امیر عبدالله3؛ دکتر فلاحی آرزو دار3؛ رضوان عابدینی4 | ||
| 1دانش آموخته مقطع ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر | ||
| 2استادیار، گروه طراحی صنعتی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران | ||
| 3دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران | ||
| 4استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| اعمال ارتعاشات فراصوتی توان بالا در فرآیندهای شکل‌دهی منجر به تغییر رفتار مکانیکی ماده و کاهش تنش سیلان در حین اعمال ارتعاشات می‌شود. این امر سبب بهبود شکل‌پذیری ماده و کاهش نیروهای شکل‌دهی می‌گردد. برای بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوتی روی مواد مختلف، میتوان از آزمون کشش و فشار استاندارد استفاده کرد. در این پژوهش، برای بررسی رفتار فشاری آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی، یک مجموعه طراحی، تحلیل، ساخته و آزمایش شد. ارتعاشات فراصوتی توسط مبدل تولید و از طریق تقویت‌کننده (بوستر) و ابزار یا سنبه فشارنده (هورن) به نمونه آزمون منتقل می‌شود. هندسه ابزار (هورن) و شکل مود ارتعاشی (گره یا شکم) و نیز توان اعمال ارتعاشات فراصوتی از جمله پارامترهای موثر در این فرآیند است. از اینرو، شکل‌های مختلف سنبه ساخته شد تا نمونه در موقعیت گره (حداقل دامنه ارتعاشی) و شکم ارتعاشی (حداکثر دامنه ارتعاشی) قرار گیرد و اثر آن بر روی میزان انتقال امواج و بازدهی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اعمال ارتعاشات فراصوتی موجب کاهش تنش سیلان ماده (تا حدود 17.36 درصد) گردید. کاهش تنش سیلان به توان ارتعاشات فراصوتی وابسته است و با افزایش توان، تنش سیلان کاهش بیشتری می‌یابد. همچنین پدیده سخت‌شوندگی پسماند در این آلیاژ مشاهده نشد و بطور کلی، اعمال ارتعاشات فراصوتی منجر به کاهش کرنش شکست نمونه‌ها شد. در نهایت تفاوت میزان انتقال ارتعاشات فراصوتی به نمونه‌ها با سنبه‌های مختلف مشهود بود و حالت شکل مود ارتعاشی با موقعیت گره ارتعاشی بر روی نمونه اثرپذیری بیشتری را بر روی کاهش تنش سیلان داشته است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| ارتعاشات التراسونیک؛ آلیاژ تیتانیم؛ گره ارتعاشی؛ شکم ارتعاشی؛ آزمون فشار | ||
| مراجع | ||
|
[1] G. Welsch, R. Boyer, E.W. Collings, (1993) Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, ASM International.
[2] A.R. Vahdati, M. Vahdati, (2018) Experimental Analysis the Effect of Lubricant and Ultrasonic Excitation of Hemispherical-head Tool on the Vertical Component of Forming Force in SPIF, J. SOLID FLUID Mech., 107-123 (In persian).
[3] M. Sadeghi, A. Abdullah, A. Fallahi, R. Abedini, (2015), Effect of ultrasonic vibrations on the activation, mobility and density of dislocations in metallic materials, J. Sound Vib., (In persian)
[4] Blaha F, Langenecker B (1955) Tensile deformation of zinc crystal under ultrasonic vibration. Naturwissenschaften 42: 556-560.
[5] Langenecker B (1966) Effects of ultrasounds on deformation characteristics of metals. IEEE Trans. Son Ultrason SU-13: 1–8.
[6] Nerubai M.S (1987) Effect Of Ultrasonic Vibrations On The Mechanical Properties Of Difficult-To Deform Materials. Kuibyshev Polytechnic Institute.Translated from Metallovedenie I TermicheskayaObrabotka, Metallov 4: 10-13.
[7] Yao Zh, Kim G, Faidley L, Zou Q, Mei D, Chen Z (2012) Acoustic softening and residual hardening in aluminum: Modeling and experiments. Int J Plast 39: 75–87.
[8] Yao Zh, Kim G, Faidley L, Zou Q, Mei D, Chen Z (2013) Acoustic Softening and Hardening of Aluminum in High-Frequency Vibration-Assisted Micro/Meso Forming. Mater Manuf Process 28(5): 584–588.
[9] Wen T, Wei L, Chen X, Pei Ch (2011) Effects of ultrasonic vibration on plastic deformation of AZ31 during the tensile process. Int. J. Miner. Metall. Mater. 18: 70-76.
[[1]0] Fartashvand V, Abdulah A, Sadough S.A (2017) Investigation of Ti-6Al-4V alloy acoustic softening. Ultrason Sonochem 38: 744-749.
[[1]1] Liu T, Lin J, Guan Y, Xie zh, Zhu L, Zhai J (2018) Effects of ultrasonic vibration on the compression of pure titanium. Ultrasonics 89: 26-33.
[[1]2] Zhao J, Su H, Wu Ch (2020) The effect of ultrasonic vibration on stress-strain relations during compression tests of aluminum alloys. J Mater Res Technol 9(6): 14895-14906.
[13] Dawson G.R, Winsper C.E, Sansome D.H (1970) Application of high- and low-frequency oscillations to the plastic deformation of metals. Metal Form 9: 254–261.
[[1]4] Endo T; Tasaki M; Kubo M; Shimada (1982) High temperature deformation of an Al-5 at% Mg alloy under combined high frequency stresses. Trans. J. JIM (46) 665-673.
[[1]5] Izumi O; Oyama K; Suzuki Y (1966) On the superimposing of ultrasonic vibration during compressive deformation of metals. Trans Jpn Inst Met 7 (3):158-161.
[[1]6] Winsper C.E, Sansome D.H (1968) The influence of oscillatory energy on the stresses during plastic deformation. J Inst Metals 96: 353–357.
[[1]7] Yao Ye, Pan Yue, Liu Shiqing (2020) Power ultrasound and its applications: A state-of-the-art review. Ultrason Sonochem 62: 104722.
[[1]8] ASTM Standard E9 (1989) Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature. ASTM Int DOI: 10.1520/E0009-89E01
[19] ASSAB XW-5, Uddeholm Sverker 3, www.assab.com.
[20] Lütjering, G. and J. C. Williams (2003). Titanium, Springer.
[21] Babu B (2008) Physically Based Model for Plasticity and Creep of Ti-6Al-4V, Licentiate Thesis, Department of Applied Physics and Mechanical Engineering, Lulea University of Technology.
[22] Prasad Y.V.R.K, Seshacharyulu T, Medeiros S. C, Frazier W, G (2001) A Study of Beta Processing of Ti-6Al-4V: Is it Trivial?. J Eng Mater Technol 123: 355-360.
[23] Seshacharyulu T, Medeiros S. C, Frazier W. G, Prasad Y.V.R.K. (2002) Microstructural mechanisms during hot working of commercial grade Ti-6Al-4V with lamellar starting structure. Mater Sci Eng A 325(1-2): 112-115.
[24] Tyapunina N.A; Blagoveshehenskii V.V, Zinenkova G. M; Ivashkin, Yu A (1982) Characteristics of plastic deformation under the action of ultrasound, Sov Phys J 6: 118-128.
[25] Nerubai M.S (1987) Effect of Ultrasonic Vibrations on The Mechanical Properties of Difficult-To Deform. Met Sci Heat Treat 4: 10-13.
[26] Lum I, Huang H, Pequegnat A, Chang B. H, Mayer M, Du D, Zhou Y (2009) Influence of superimposed ultrasound on deformability of gold. J. Appl. Phys. 106: 1-6.
[27] Abedini, R., et al. (2017). A Roadmap for Application of High Power Ultrasonic Vibrations in Metal Forming. Modares Mechanical Engineering 16(10): 323-334.
[28] Fartashvand, V., Abdullah, A., Sadough S.A (2017). Effects of high power ultrasonic vibration on the cold compaction of titanium. Ultrasonics Sonochemistry 36: 155-161.
[29] Abedini, R., et al. (2017). Ultrasonic hot powder compaction of Ti-6Al-4V. Ultrasonics Sonochemistry 37: 640-647. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 822 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 668 |
||