کلمات کليدي : ورق های فولادی، ورق های IF، شکل پذیری، منحنی های حد شکل دادن، ضریب اصطکاک فهرست مطالب فصل اولمقدمه1 فصل دوم1-2- فولادهای کم کربن32-2- پوشش ها و فولاد های مخصوص63-2- گالوانیزه71-3-2- پوشش روی72-3-2- گالوانیزه گرم84-2- شکل پذیری95-2- منحنی های حد شکل پذیری (FLD)111-5-2- اصول و تعریف112-5-2- روش های تعیین دیاگرام های حد شكل دهی121-2-5-2- روش های تئوری132-2-5-2- روش های عملی151-2-2-5-2- روش Marciniak152-2-2-5-2- روش Nakazima163-5-2- تهیه نمونه جهت آزمون FLD174-5-2- گرید بندی175-5-2- اندازه گیری کرنش جهت رسم منحنی FLD216-5-2- نموار های حد شکل دادن-یافته های تجربی237-5-2- عوامل موثر بر نمودار های حد شکل پذیری241-7-5-2- اثر قطر گریدهای حک شده بر سطح ورق252-7-5-2- اثر ضخامت ورق253-7-5-2- اثر توان کار سختی (n)264-7-5-2- اثر ناهمسانگردی ((r265-7-5-2- اثر اصطکاک268-5-2- کاربردهای FLD276-2- ظاهر سطح307-2- یکنواختی محصول328-2- نگاهی اجمالی به روند کلی فرآیند نورد سرد در مجتمع فولاد مبارکه321-8-2- اسید شویی342-8-2- نورد تاندم353-8-2- بازپخت 374-8-2- اسكین پس 385-8-2- تمپر میل 399-2- ریز ساختار در حالت کار سرد3910-2- انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شكل پلاستیك4011-2- عملیات حرارتی آنیل فلزات تغییر شکل پلاستیک یافته401-11-2- بازیابی411-1-11-2- عوامل موثر بر بازیابی422-1-11-2- تغییرات ساختاری حین بازیابی422-11-2- تبلور مجدد421-2-11-2- عوامل موثر بر تبلور مجدد443-11-2- رشد دانه441-3-11-2- رشد نرمال دانه442-3-11-2- رشد غیر نرمال دانه45 فصل سوم1-3- ماده اولیه462-3- خواص مکانیکی463-3- منحنی های حد شکل پذیری (FLD)464-3- گریدبندی ورق ها و اندازه گیری در صد کرنش ها در مناطق با ریسک بالا در قطعه تودری پژو 405485-3- آزمون ضریب اصطکاک496-3- اندازه گیری زبری سطح49 فصل چهارم1-4- ترکيب شيميايي502-4- خواص مکانيکي503-4- پارامترهاي شکل پذيري (nوr)564-4- منحني هاي حد شکل پذيري (FLD)605-4- تاثير روانکار بر منحني هاي حد شکل پذيري (FLD)626-4- بررسي امکان توليد قطعه تودري با استفاده از ورق هاي ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار647-4- مقايسه ضرايب اصطکاک ورق ها768-4- کيفيت سطحي78 فصل پنجمنتيجه گيري81مراجع82 فهرست اشکال شکل 1-2: منحنی های تنش-کرنش فولاد کم کربن که پیر سازی کرنشی را نشان می دهند.4شکل 2-2: افزایش نسبت کرنش میانگین با اقزایش اندازه دانه در فولادهای کم کربن.5شکل 3-2: معایب معمول که در فرآیند های کشش عمیق و شکل دهی کشسائی به وجود می آیند.10شکل 4-2: منحنی حد شکل دادن.12شکل 5-2: مدل های تئوری استفاده شده برای محاسبه FLD.13شكل 6-2: شماتیك فرآیند Marciniak.15شكل 7-2: شماتیك فرآیند Nakazima.16شکل 8-2: آزمون ناکازیما و تعیین FLD.16شکل 9-2: شماتیک دستگاه حک الکتروشیمیایی.18شکل 10-2: برخی از الگوهای مورد استفاده برای شابلون ها.19شکل 11-2: شماتیک ابزار لازم جهت رسم FLD.20شکل 12-2: دستگاه اریکسون.20شکل 13-2: نمونه های گریدبندی و تغییر شکل داده شده.21شكل 14-2: محورهاي اصلي و فرعي بيضي جهت تعيين كرنشهاي اصلي و فرعي.22شکل 15-2: شماتيک نوار پلاستيکي براي اندازه گيري کرنش.22شكل 16-2: شماتیك منحنی FLD و موقعیت كرنش در مناطق مختلف ورق نسبت به منحنی FLD.23شکل 17-2: پارامترهای موثر بر شکل پذیری ورق ها.24شکل 18-2: اثر ضحامت بر FLD ورق فولادي ST14.25شکل 19-2: ورق مسی آنیل شده در حالت شکل دهی کشسائی با ضخامت in 35/0الف- پانچ هیدرولیک ب- با استفاده از پانچ نیم کروی و روانکار فیلمی پلی اتیلن.27شکل 20-2: نمایش حالات موجود در یک ورق در یک فضای FLD.29شکل 21-2: نمونه ای از اثر پوست نارنجی.31شکل 22-2: کرنش های پیش رونده در ورق فولاد 1008 که تا ورای نقطه تسلیم کشیده شده است.31شکل 23-2: نمائی شماتیک از فرآیند تولید ورق نورد سرد.34شکل 24-2: نمائی از خط اسید شوئی.35شکل 25-2: نمائی از (a)خط اسید شوئی و نورد تاندم (b)نورد تاندم.36شکل 26-2: (a,b)نمائی از کوره های بازپخت جعبه ای.37شکل 27-2: نمائی از خط اسکین پس.38شکل 28-2: نمائی از (a)خط تمپر میل (b) کلاف خروجی از تمپر میل.39شكل 29-2: اثر دما بر حرارت تولید شده، مقاومت الكتریكی و سختی41آلومینیوم 998/99% با 75% تغییر شكل در فشار.41شكل 30-2: تغییرات سختی بر حسب دمای آنیل.43شكل 31-2: كسر تبلور مجدد یافته بر حسب زمان آنیل.44شکل 1-3: نمونه هاي آزمايش با عرض هاي متفاوت.47شکل 2-3: الگوی مورد استفاده در این پژوهش.47شکل 3-3: شماتيکي از دستگاه اريکسون.48شکل 4-3: نمونه های تغییر فرم یافته.48شکل 5-3: نوار شفاف پلاستیکی برای اندازه گیری میزان کرنش دایره های تغییر فرم یافته.48شکل 1-4: نمودار تنش-کرنش ورق ST14.51شکل 2-4: نمودار تنش-کرنش ورق IF بدون پوشش.51شکل 3-4: نمودار تنش-کرنش ورق IF پوشش دار.52شکل 4-4: مقايسه ميانگين استحکام تسليم ورق ها.54شکل 5-4: مقايسه ميانگين استحکام کششي ورق ها.54شکل 6-4: مقايسه ميانگين در صد تغيير طول ورق ها.55شکل 7-4: مقايسه ميانگين توان کار سختي ورق ها.58شکل 8-4: مقايسه ان ايزوتروپي نرمال ورق ها.59شکل 9-4: مقايسه پارامتر ورق ها.59شکل 10-4: مقايسه ميزان گوش دار شدن ورق ها.60شکل 11-4: منحني هاي حد شکل پذيري براي ورق هاي ST14، IF بدون پوشش و IF پوشش دار.61شکل 12-4: منحني FLD براي ورق ST14 با حضور روانکار.63شکل 13-4: منحني هاي FLD براي ورق ST14 با حضور روانکار و بدون حضور روانکار.63شکل 14-4: نواحي که در آنها احتمال پارگي يا خط پاره بالا در قطعه تودري بالا مي باشد.64شکل 15-4: ورق IF پوشش دار قبل از حک الکتروشيميايي.65شکل 16-4: قسمتي از ورق ST14 گريد بندي شده.65شکل 17-4: تودري توليد شده با استفاده از ورق IF پوشش دار.66شکل 18-4: تصوير ناحيه 1 ورق ST14.67شکل 19-4: تصوير ناحيه 2 ورق ST14.67شکل 20-4: تصوير ناحيه 3 ورق ST14.68شکل 21-4: تصوير ناحيه 4 ورق ST14.68شکل 22-4: تصوير ناحيه 5 ورق ST14.69شکل 23-4: تصوير ناحيه 1 ورق IF بدون پوشش.69شکل 24-4: تصوير ناحيه 2 ورق IF بدون پوشش.70شکل 25-4: تصوير ناحيه 3 ورق IF بدون پوشش.70شکل 26-4: تصوير ناحيه 4 ورق IF بدون پوشش.71شکل 27-4: تصوير ناحيه 5 ورق IF بدون پوشش.71شکل 28-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 1.73شکل 29-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 2.73شکل 30-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 3.74شکل 31-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 4.74شکل 32-4: منحني هاي FLD و کرنش هاي به وجود آمده در ناحيه 5.75شکل 33-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق ST14.76شکل 34-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق IF بدون پوشش.76شکل 35-4: نمودار نيروي افقي-زمان براي ورق IF پوشش دار.76شکل 36-4: ضريب اصطکاک ورق ST14.77شکل 37-4: ضريب اصطکاک ورق IF بدون پوشش.77شکل 38-4: ضريب اصطکاک ورق IF پوشش دار.77شکل 39-4: منحني Waviness و زبري ورق ST14.78شکل 40-4: منحني Waviness و زبري ورق IF بدون پوشش.78شکل 41-4: منحني Waviness و زبري ورق IF پوشش دار.79 فهرست جداول جدول 1-2: مشخصات و شرایط کاری خط اسید شوئی.35جدول 2-2: مشخصات و شرایط کاری خط نورد تاندم.36جدول 3-2: مشخصات و شرایط کاری کوره بازپخت.37جدول 4-2: مشخصات و شرایط کاری نورد بازگشت.39جدول 1-4: ترکيب شيميايي ورق هاي مورد مطالعه بر اساس در صد وزني50جدول 2-4: خواص مکانيکي ورق ST1452جدول 3-4: خواص مکانيکي ورق IF بدون پوشش53جدول 4-4: خواص مکانيکي ورق IF پوشش دار53جدول 5-4: مقادير سختي53جدول 6-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق ST1455جدول 7-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق IF بدون پوشش56جدول 8-4: پارامترهاي شکل پذيري براي ورق IF پوشش دار56جدول 9-4: ميانگين پارامترهاي شکل پذيري براي ورق ها57جدول 10-4: عواملي که روي شکل پذيري موثرند59جدول 11-4: مقدار توان کار سختي ورق ها از دو روش60جدول 12-4: کرنش هاي به وجود آمده پس از تغيير شکل61جدول 13-4: کرنش هاي به وجود آمده پس از تغيير شکل62جدول 14-4: ميزان کرنش در نواحي 1، 2، 4 و 572جدول 15-4: ميزان کرنش در ناحيه 372جدول 16-4: پارامترهاي زبري ورق ها79 مقدمهشکل دهی ورق های فلزی بخش گسترده ای از تغییر شکل فلزات می باشد که از دیرباز مورد توجه صنعتگران و محققین بوده است و با گذشت زمان در تکامل فرآیند شکل دهی ورق های فلزی پیشرفت های وسیعی صورت گرفته است. ایده تغییر شکل ورق های فلزی تقریبا یک قرن پیش با شکل دهی و ساخت ظروف آشپزخانه و ساخت اشیاء هنری براساس آزمایش ها و روش های تجربی صنعتگران شکل گرفت و با پیشرفت های علمی ناشی از تحقیقات محققان و صنعتگران، روش های تجربی پایه علمی به خود گرفت و امروز به صورت یک فرآیند پیچیده و با اهمیت صنعتی در آمده است به نحوی که توان ساخت قطعات با روش شکل دهی ورق های فلزی یکی از مهمترین ارکان اقتصادی یک کشور به خصوص در صنایع خودرو تلقی می گردد.از جمله ویژگی های تولید قطعات با این روش، انعطاف پذیری و قابلیت شکل پذیری زیاد، کمی وزن، سطح خوب و هزینه کمتر ساخت ورق های فلزی است. با این روش می توان قطعات با اشکال پیچیده را تولید کرد که ساخت آنها با روش های دیگر شکل دهی فلزات مشکل و پر هزینه است. شکل دهی ورق های فلزی با اغلب فرآیند های شکل دادن حجمی متفاوت است. در شکل دهی ورق فلزی کشش حاکم است در حالی که فرآیند های شکل دادن حجمی به طور عمده فشاری اند. به علاوه غالبا یک سطح یا هر دو سطح نواحی تغییر شکل آزاد است (یعنی ابزار آنها را نمی گیرد). در فرآیند تغییر شکل ورق ها، ورق تحت تاثیر خم، واخم، کشش و اتساع و یا ترکیبی از آنها قرار می گیرد. بنابراین در این فرآیند تغییرات فیزیکی محسوسی در ورق ایجاد می شود و غالبا با تغییر شکل های بزرگ که سبب پیچیده شدن فرآیند می شود روبرو هستیم و در نتیجه تحلیل این فرآیند کار خیلی ساده ای نیست. برای ورق های فلزی با خواص مادی متفاوت، تغییر شکل های حاصله در اثر اعمال نیروهای مشابه می توانند کاملا متفاوت باشند.تغییر شکل ورق های فلزی به عواملی از قبیل خواص ماده و قابلیت شکل پذیری ورق، شکل هندسی قطعه، شرایط مرزی، طراحی فرآیند و سرعت شکل دهی بستگی دارد. در ضمن عواملی چون ضریب ناهمسانگردی و پارامترهای ناشناخته دیگری تحلیل دقیق این فرآیند را با مشکل روبرو کرده است.برای رسیدن به شکل دلخواه، ورق باید تغییر شکل پایدار بدهد. حتی برای قطعات نسبتا ساده، ناهمسانگردی ورق فولادی، اختلاف در ضخامت ورق و اعوجاج موضعی در ابزار می تواند عمل دقیق آنالیز تغییر شکل را غیر ممکن سازند. لذا دانستن قابلیت تغییر شکل ورق فلزی برای تولید موفق قطعات ضروری است. به علت تاثیر پیچیده متغییرهای زیادی که روی شکل پذیری موثرند، پارامتر تنها و مشخصی وجود ندارد که بتواند قابلیت تغییر شکل را تحت شرایط مختلف پیش بینی کند. در شکل دهی ورق های فلزی، بررسی حد تحمل یک فلز در مقابل کرنش های مختلف با استفاده از منحنی FLD (منحنی حد شکل پذیری) انجام می پذیرد. در حقیقت این منحنی نشان میدهد که اگر شرایط اعمال نیرو طوری باشد که کرنش های به وجود آمده بالای این منحنی قرار بگیرند، قطعه به طور حتم در آن مناطق دچار گلویی شدن و پارگی می گردد. از طرفی این منحنی ها می توانند جهت بالا بردن عملیات شکل دهی و کاهش مراحل کشش مورد استفاده قرار گیرند.اولین FLD[1] برای عملیات شکل دهی اتساعی یک ورق فولادی کم کربن با مقاومت پایین که در صنایع اتومبیل سازی و خانگی به کار می رود در سال 1963 منتشر گردید. این FLD در آزمایشگاه و با استفاده از یک پانچ صلب به دست آمده است. معیار های به کار برده شده برای پیدا کردن حداکثر کرنش، شروع گلویی شدن سطح ورق بود که البته توسط حس نمودن این مسئله آشکار می گشت. علت انتخاب این معیار این بود که در کارگاههای پرس کاری ایجاد چنین نقصی باعث عدم قبولی قطعات تولید شده می گشت.چنین نتایج تجربی در طی سال های 65-1963 تنها مرجع استفاده از FLD در صنعت بود. در سال 1965 یک مقاله ای منتشر شد که باعث ایجاد یک پایه و اساس برای اینگونه FLD ها شد.تحقیقات در طی سال های 1965 تا 1968 باعث به وجود آمدن دو مقاله دیگر در سال 1968 گردید. اولین مقاله توسط Keeler نوشته شد. او تحقیقات بسیار گسترده ای پیرامون طرف راست FLD نمود. کلیه تحقیقات وی در عملیات شکل دهی اتساعی صورت پذیرفت. دومین مقاله توسط Goodwin نوشته شد که وی تحقیقات خود را حول سمت چپ FLD متمرکز نمود و از آزمایشات کشش عمیق کمک گرفت.از سال 1967 تحقیق روی مدل تئوری FLD صورت پذیرفت و حاصل آن مقاله ای بود که در سال 1967 توسط Marciniak ارائه گردید. که در آن پارامترهای محدودی از ورق در نظر گرفته شده بودند و به صورت ابتدایی بر روی حدود کرنش تحلیل صورت پذیرفته بود. از آن به بعد تحقیقات روی FLD و آنالیز تجربی کرنش به صورت جدی تر صورت پذیرفت و محققین زیادی روی این نمودارها کار کرده اند.نتیجه تحقیقات روی FLD تئوری به طور بسیار محدودی از دهه 70 به بعد عرضه گردیده که می توان علت آن را اهمیت FLD در صنعت قالب سازی دانست که کلیه اطلاعات آن به صورت درون سازمانی باشد.به منظور رسم و بررسی منحنی های حد شکل پذیری روش های مختلفی وجود دارد. ابتدایی ترین و در عین حال پر هزینه ترین این روش ها، روش تجربی و انجام آزمایش های عملی می باشد. Hecker از یک روش عملی برای رسم منحنی FLD استفاده کرد که امروزه نیز قالب مورد استفاده وی برای انجام آزمایش های حد شکل پذیری کاربرد دارد. او از یک سنبه نیم کروی برای این منظور استفاده کرد. در این پژوهش نیز از این روش استفاده شد. 1-2- فولادهای کم کربنفولادهای کم کربن (Wt%C≈0/06 یا کمتر) را معمولا نوردکاری سرد می کنند، مگر آنکه ضخامت ورق زیاد باشد (≥≈2mm)، و پس از تابکاری به منظور تبلور مجدد در 600 تا 700oC آنها را به بازار عرضه می کنند. این فولادها از طریق شمش ریزی تولید می شوند و فرآورده های حاصل را، بر اساس فرآیند ریخته گری آنها، به دو دسته تقسیم می کردند: فولادهای ناآرام و فولادهای آرام. فولاد نا آرام فولادی است که پیش از انجماد اکسیژن زدایی نشده است. در حین انجماد شمشی از این نوع فولاد، کربن و اکسیژن حل شده در آن به شدت با یکدیگر واکنش می کنند و حباب های CO به شدت متصاعد می شوند (غلیان یا نا آرامی) و فاز مذاب را به جوشش در می آورند. این جوشش سبب شکستن لایه های مرزی می شود و جدانشینی کربن در مرکز شمش را ممکن می کند، در نتیجه شمش حاصل و ورق تولید شده از آن سطحی بسیار کم کربن دارند. این سطوح پاکیزه از معایب ناشی از وجود ذرات کاربید عاری اند. بر عکس، فولادهای آرام را با افزودن آلومینیوم یا سیلیسیوم در حین ریختن شمش، یا درست قبل از ریختن آن، اکسیژن زدایی می کنند. این عناصر اکسیژن مذاب را می گیرند، در نتیجه اکسیژن برای ترکیب با کربن و تولید CO باقی نمی ماند و از جوشش مذاب خبری نیست. بنابراین انجماد در سکون کامل انجام می شود (به همین دلیل این نوع فولاد را فولاد آرام می نامند)، و تشکیل لایه های مرزی مانع از جدانشینی به سمت مرکز می شود]1[.در سال های اخیر، ریخته گری پیوسته تا حدود زیادی جانشین شمش ریزی شده است و فولاد هایی که ریخته گری پیوسته می شوند همواره آرام اند. تمایل به ریخته گری تختال های هر چه نازک تر به جایی رسیده است که کارخانه ای تختال را با ضخامت فقط 2in(50mm) می ریزد. با نازک تر شدن تختال ها، میزان عملیات نوردکاری لازم نیز کاهش می یابد. در نتیجه در هزینه ها صرف جویی می شود. اما ممکن است ساختار حاصل از این عملیات ناخالص تر و بافت های حاصل از آن نامناسب تر باشند.منحنی تنش-کرنش کششی فولاد کم کربن تابکاری شده پدیده نقطه تسلیم مشخص را نشان می دهد (شکل 1-2). بارگذاری اساسا کشسان است، تا اینکه در ناحیه ای تسلیم رخ دهد (نقطه A). آنگاه ناگهان بار افت می کند و تنش تسلیم کاهش می یابد (نقطه B). افزایش طول نمونه با رشد ناحیه تسلیم شده، در تراز تنشی کم و بیش ثابت، ادامه می یابد.