9807

733 دكتري

دكتري

مواد

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مواد

1393

يازده،133ص.: مصور،جدول،نمودار،رنگي

ص.ع.به فارسي و انگليسي

فخرالدين اشرفي زاده

خسرو فر منش

94/1/26

محمدرضا طرقي نژاد، فرزاد محبوبي، صالح اكبر زاده

مهندسي مواد

ID733 دكتري

چكيده عمليات دوگانه مهندسي سطح نيتروژندهي پلاسمايي رسوب فيزيكي بخار نسل نويني را تشكيل ميدهند كه كارايي آنها از دو ديدگاه در فرايندهاي آهنگري مطرح است ديدگاه اول استفاده از اين پوششها با هدف افزايش عمر قالبهاي آهنگري است و ديدگاه دوم مربوط به قابليت جايگزيني اين پوششها با روانكار است تا از اثرات مخرب زيست محيطي روانكارها جلوگيري شود هدف از اين پژوهش بررسي كارايي نسل نوين پوششهاي با عمليات دوگانه بر افزايش عمر قالبهاي آهنگري آلياژ برنج دوفازي و مطالعه پايهاي در زمينه قابليت روانكاري پوشش در فرايند شكلدهي سبز بعد از اعمال پوششها جهت مشخصهيابي اين آلياژ است در اين راستا آنها از ريزسختي سنجي نانوسختي سنجي پراش پرتو ايكس XRD و ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM استفاده شد به منظور بررسي كارايي پوششها بر افزايش عمر قالب آزمون سايش در دماي اتاق 250 oC و 700 oC روي پينهاي فولاد 31 H كوئنچ و تمپر شده فولاد 31 H نيتروژندهي پلاسمايي شده فولاد 31 H با عمليات دوگانه نيتروژندهي پلاسمايي و پوشش TiN TiAlN يا پوشش TiN TiAlN CrAlN در تماس با ديسك آلياژ برنج دوفازي انجام گرفت آزمون عملكرد در شرايط واقعي توليد با اعمال پوشش PN TiN TiAlN روي قالب هاي صنعتي و مقايسه آن با قالبهاي بدون پوشش انجام پذيرفت در ادامه به منظور بررسي اثر اعمال پوشش در شكلدهي سبز آلياژ برنج دوفازي فك هايي با قابليت تغيير در سطح آنها طراحي گرديد آزمونهاي فشارغيرهم دما با شرايط سطحي فولاد 31 H بدون پوشش با عمليات دوگانه TiN TiAlN و TiN TiAlN CrAlN در سه نرخ كرنش1 0 13 s 1 0 01 s و 1 0 3 s انجام شد با استفاده از آناليز المان محدود ضريب انتقال حرارت سطوح تماس در شرايط فشار محدود و در حين تغييرشكل تعيين گرديد فاكتور اصطكاك سطوح تماس با تغيير در نرخ كرنش از روش آزمون فشار بشكهاي شدن محاسبه شد جهت تطابق نتايج فاكتور اصطكاك حاصل از روش فشار بشكهاي شدن و روش المان محدود تغييرات زبري سطوح تماس Ra و Rsm در مدل المان محدود اعمال گرديد از سوي ديگر اعتبار سنجي مدل المان محدود اصلاح شده با اعمال زبري سطوح با مقايسهي نتايج تنش كرنش حقيقي حاصل از تغييرشكل نمونهها و مدل شبيهسازي صورت پذيرفت نتايج نشان داد كه پين با پوشش PN TiN TiAlN لايه انتقالي كمتر و مقاومت سايش بالاتر نسبت به بقيه پينها به ترتيب در دماهاي 250 oC و 700 oC از خود نشان داده است نتايج آزمون عملكرد نيز نشانگر افزايش عمر قالب به ميزان 002 با اعمال پوشش PN TiN TiAlN نسبت به قالب بدون پوشش است در آزمون فشار با اعمال فشار محدود اعمال پوشش PN TiN TiAlN روي فك باعث كاهش 32 و اعمال پوشش PN TiN TiAlN CrAlN باعث كاهش 36 در ضريب انتقال حرارت نسبت به شرايط سطحي بدون پوشش گرديد تغيير قابل توجهي در ضريب انتقال حرارت سطوح تماس در آزمون فشار در شرايط فشار محدود نسبت به شرايط تغييرشكل نمونه مشاهده شد نتايج نشانگر آن است كه با افزايش نرخ كرنش از 1 0 01 s تا 1 0 3 s ضريب انتقال حرارت بين 91 تا 82 افزايش داشته است فاكتور اصطكاك سطوح تماس فك و نمونه نشانگر كاهش در فاكتور اصطكاك بهميزان 63 با اعمال پوشش PN TiN TiAlN و 03 با اعمال پوشش PN TiN TiAlN CrAlN در نرخ كرنش

Evaluation of plasma nitriding and TiN TiAlN or TiN TiAlN CrAlN duplex treatments on performance of brass forging die Iman Ebrahimzadeh i ebrahimzadeh@ma iut ac ir Date of Submission February 14 2015 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranSupervisor s Name Fakhreddin Ashrafizadeh Professor ashrafif@cc iut ac irAdviser s Name Khosro Farmanesh Assistant Professor kfarmanesh@gmail com Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Department of Materials Engineering Malek Ashtar University of Technology Shahinshahr Isfahan IranAbstractDuplex treatments plasma nitriding PVD coating are a new generation of surfaceengineering methods with two practical approaches increase the die life and replacementof lubricant by coating in the forging process The aim of this study was to evaluate theperformance of the new generation of duplex coatings on improvement of forging die lifefor two phase brass alloy and fundamental study of lubricating properties of PVD coatings In this research pin on disc tests were carried out at a range of temperatures to evaluatethe influence of plasma nitriding and duplex treatment plasma nitriding physical vapourdeposition including TiN TiAlN and TiN TiAlN CrAlN coatings on the tribologicalproperties of AISI H13 steel Also the influence of temperature on the tribologicalbehavior of duplex coated die steel rubbing against forging brass was investigated Performance tests were conducted under real working conditions by hot forging of a twophase brass alloy In order to evaluate the possibility of using PVD coatingfor lubrication non isothermal compression tests were designed PVD coatings were deposited by acathodic arc technique on the surface of steel pins The mechanical properties surfaceroughness and composition of the coatings were determined by microhardness nanoindentaion scanning electron microscopy SEM equipped with energy dispersive X ray spectroscopy EDS and x ray diffraction XRD The results of pin on disc tests at250 oC revealed minor adhesion of brass alloy on the surface of duplex TiN TiAlNcoating At 700 oC this coating was relatively more resistant to oxidation and thus itperformed better than other coatings The performance tests indicated improvement of200 in die life compared to H13 hot work tool steel dies Applied duplex treatment onthe surface of dies decreased heat transfer coefficient between die and sample in non isothermal compression tests Friction factor of contact surface decreased about 36 inPN TiN TiAlN coating and 30 in PN TiN TiAlN CrAlN coating at strain rate of 0 01s 1 IntroductionMetalworking industries have shown a growing interest in improving the die life Surfaceengineering methods are used in metal forming processes to increase the die life The lastgeneration of these surface treatments is duplex treatment a combined process of plasmanitriding and subsequent PVD coatings Among different methods of PVD coatings bothanodic and cathodic arc vaporizations are widely used to deposit hard and wear resistant

فخرالدين اشرفي زاده

خسرو فر منش

محمدرضا طرقي نژاد، فرزاد محبوبي، صالح اكبر زاده