چکیده

در این تحقیق پارامترهای فرآیند نورد گرم همچون دمای نورد آغازین، دمای نورد پایانی و دمای کلاف پیچی برای پیش بینی شکل پذیری و ریز ساختار ورق های فولادی میکروآلیاژی نایابیوم دار، بهینه سازی شد. بدین منظور چهار سطح از هر فاکتور (پارامتر) انتخاب شد تا تاثیر آنها بر توان کرنش سختی، ارتفاع گنبد و اندازه دانه بررسی شود. سپس با استفاده از روش طراحی آزمایش ها، آزمایش ها با سه روش تاگوچی، طراحی فاکتوریال دو سطحی وطراحی فاکتوریال کلی، طراحی شدند و پس از انجام آزمایش ها نتایج حاصل با هر سه روش بهینه سازی شد. در هر روش بهینه سازی، آنالیز واریانس انجام شد تا فاکتورهای معنادار تعیین شوند و سپس شرایط بهینه فاکتورها برای دستیابی به بیشترین توان کرنش سختی و ارتفاع گنبد و ریزترین اندازه دانه بدست آورده شد. در نهایت نیز مقایسه ای بین نتایج حاصل از تمامی روش ها انجام شد. نتایج حاصل از بهینه سازی نشان داد که پارامترهای دمای نورد پایانی و دمای کلاف پیچی بیشترین تاثیر را بر شکل پذیری و ریز ساختار دارند. علاوه بر این، نتایج نشان داد که با افزایش دمای نورد آغازین، دمای نورد پایانی و دمای کلاف پیچی، توان کرنش سختی و ارتفاع گنبد افزایش می یابد، در حالیکه با کاهش این پارامترها اندازه دانه کاهش می یابد و شکل ساختار از حالت فریت چند ضلعی به فریت سوزنی تغییر می کند. بررسی کفایت مدل ها نشان داد که مدل های حاصل از تمامی روش ها توانایی کافی برای پیش بینی را دارند.

کلمات کلیدی : بهینه سازی، نورد گرم، شکل پذیری ریز ساختار، فولاد میکروآلیاژی نایابیوم دار، روش تاگوچی، روش طراحی فاکتوریال.

 

فهرست عناوین

عنوان صفحه

چکیده … أ

فهرست عناوین … ب

فهرست جداول … ه

فهرست اشکال … ح

1 فصل اول : مقدمه … 1

2 فصل دوم : مروری بر منابع … 5

2-1- مقدمه … 6

2-2- عناصر میکروآلیاژی در فولادهای استحکام بالا (HSLA) … 6

2-2-1- تاثیر نایابیوم بر فولاد میکروآلیاژی … 6

2-2-2- ویژگی های عناصر میکروآلیاژی … 8

2-2-3- کاربرد فولادهای میکروآلیاژی … 9

2-3- فرآیندهای ترمومکانیکی و نورد کنترل شده فولادهای میکروآلیاژی … 12

2-4- پارامترهای موثر در نورد گرم … 14

2-4-1- دمای پیش گرم (Reheating Temperature) … 15

2-4-2- دمای نورد مقدماتی (Roughing Temperature) … 15

2-4-3- دمای نورد پایانی (Finishing Temperature) … 16

2-4-4- دمای کلاف پیچی (Coiling Temerature)… 19

2-5- شکل پذیری ورقهای میکروآلیاژی نورد گرم شده … 21

2-5-1- توان کرنش سختی (n-value) … 22

2-5-2- ارتفاع گنبد (Dome Height) … 23

2-5-3- اندازه و ساختار دانه ها (Grain Size and Morphology) … 25

2-6- بهینه سازی شکل پذیری فولادهای میکروآلیاژی نورد گرم شده … 28

3 فصل سوم : طراحی آزمایش ها … 31

3-1- مقدمه … 32

3-1-1- طرح ریزی … 33

3-1-2- غربالگری … 33

3-1-3- بهینه سازی … 33

3-1-4- صحه گزاری … 34

3-2- طراحی آزمایش ها با روش تاگوچی … 34

3-2-1- مقدمه … 34

3-2-2- آرایه های متعامد … 35

3-2-3- نسبت سیگنال به اختلال (S/N) … 37

3-2-4- آنالیز روش Grey Relational Grade …38

3-2-5- آنالیز واریانس (ANOVA) … 39

3-3- طراحی آزمایش ها با روش طراحی فاکتوریال (Factorial Design) … 41

3-3-1- مقدمه … 41

3-3-2- طراحی فاکتوریال دو سطحی (To-level Full Factorial Design) … 41

3-3-3- طراحی فاکتوریال کلی (General Full Factorial Design) … 43

4 فصل چهارم : اجرای آزمایش ها … 44

4-1- مقدمه … 45

4-2- مواد اولیه … 45

4-3- تعیین دماهای بحرانی … 4 6

4-4- فرآیند نورد گرم … 47

4-5- بررسی ریز ساختار … 50

4-6- آزمایش کشش … 51

4-7- آزمایش اریکسن … 52

5 فصل پنجم : نتایج آزمایش ها و بهینه سازی …. 53

5-1- مقدمه … 54

5-2- بهینه سازی با روش تاگوچی … 54

5-2-1- آنالیز نسبت سیگنال به نویز (S/N) … 55

5-2-2- آنالیز واریانس (ANOVA) و بررسی کفایت مدل …60

5-2-3- آزمایش صحه گذاری (Confirmation Test) … 62

5-2-4- بهینه سازی همزمان نتایج تاگوچی با روش Grey Relational Grade … 64

5-3- بهینه سازی با طرح فاکتوریال دو سطحی (2k Full Factorial Design) … 66

5-3-1- آنالیز واریانس (ANOVA) … 67

5-3-2- بهبود مدل رگرسیون … 69

5-3-3- بررسی کفایت مدل … 70

5-3-4- بررسی نواحی بهینه با نمودارهای تراز و رویه (Contour and Surfase plots) … 71

5-3-5- آنالیز نمودار اثرهای اصلی و برهمکنش (Main effect and Interaction plots) … 73

5-3-6- بهینه سازی پاسخ ها … 78

5-4- بهینه سازی با طرح فاکتوریال کلی (General Full factorial Design) … 79

5-4-1- آنالیز واریانس (ANOVA) … 82

5-4-2- آنالیز مدل رگرسیون … 84

5-4-3- بررسی کفایت مدل … 85

5-4-4- بررسی شرایط بهینه با نمودارهای اثرهای اصلی و برهمکنش … 88

5-4-5- بهینه سازی پاسخ ها … 93

5-5- مقایسه نتایج حاصل از روش های مختلف بهینه سازی … 96

5-5-1- مقایسه آنالیز واریانس (ANOVA) و کفایت مدل ها … 96

5-5-2- مقایسه شرایط بهینه پارامترها … 98

5-5-3- مقایسه بهینه سازی پاسخ ها … 99

5-6- تحلیل ریز ساختار … 100

6 نتیجه گیری و پیشنهادها … 105

6-1- نتیجه گیری … 106

6-2- پیشنهادها … 107

7 مراجع … 108

 

فهرست جداول

صفحه

جدول (3-1) طراحی تاگوچی در آرایه های متعامد برای سطوح هم اندازه … 35

جدول (3-2) سطوح فاکتورهای استفاده شده در بررسی تاثیر CT,FT,RT با روش تاگوچی … 36

جدول (3-3) ماتریس L16 طراحی آزمایش به روش تاگوچی … 37

جدول (3-4) جدول آنالیز واریانس (ANOVA) نمونه … 40

جدول (3-5) سطوح فاکتورهای استفاده شده در بررسی تاثیر CT,FT,RT با روش فاکتوریال دو سطحی … 42

جدول (3-6) طراحی آزمایشها برای طرح فاکتوریال 2 … 42

جدول (3-7) سطوح فاکتورهای استفاده شده در بررسی تاثیر CT,FT,RT با روش فاکتوریال کلی… 43

جدول (4-1) ترکیب شیمیایی (درصد وزنی wt%) فولاد … 45

جدول (4-2) برنامه نورد گرم کنترل شده … 47

جدول (4-3) برنامه تغییر شکل نورد گرم … 47

جدول (4-4) شرایط مختلف نورد داغ آزمایشگاهی … 45

جدول (5-1) ماتریس L16 نتایج آزمایشها با روش تاگوچی… 55

جدول (5-2) آنالیز نسبت S/N برای هر پاسخ … 56

جدول (5-3) نسبت S/N برای n-value با در نظر گرفتن بزرگتر بهتر … 57

جدول (5-4) نسبت S/N برای ارتفاع گنبد با در نظر گرفتن بزرگتر … 57

جدول (5-5) نسبت S/N برای اندازه دانه با در نظر گرفتن کوچکتر بهتر … 58

جدول (5-6) آنالیز واریانس (ANOVA) نسبت S/N برای n-value … 60

جدول (5-7) آنالیز واریانس (ANOVA) نسبت S/N برای ارتفاع گنبد … 61

جدول (5-8) آنالیز واریانس (ANOVA) نسبت S/N برای اندازه دانه … 61

جدول (5-9) نتایج آزمایش صحه گذاری برای n-value … 62

جدول (5-10) نتایج آزمایش صحه گذاری برای ارتفاع گنبد … 63

جدول (5-11) نتایج آزمایش صحه گذاری برای اندازه دانه … 63

جدول (5-12) نتایج آنالیز Grey Relational grade پاسخ ها… 64

جدول (5-13) میانگین Grey Relational grade سطوح پارامترها … 65

جدول (5-14) آنالیز واریانس (ANOVA) براساس Grey Relational grade … 66

جدول (5-15) نتایج آزمایشها با روش فاکتوریال دو سطحی … 66

جدول (5-16) آنالیز واریانس (ANOVA) برای n-value … 67

جدول (5-17) آنالیز واریانس (ANOVA) برای ارتفاع گنبد … 68

جدول (5-18) آنالیز واریانس (ANOVA) برای اندازه دانه … 68

جدول (5-19) بررسی کفایت مدل برای n-value … 70

جدول (5-20) بررسی کفایت مدل برای ارتفاع گنبد … 70

جدول (5-21) بررسی کفایت مدل برای اندازه دانه … 71

جدول (5- 22) نتایج آزمایش براساس طراحی فاکتوریال کلی برای n-value، ارتفاع گنبد و اندازه دانه … 80

جدول (5-23) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای na-value … 82

جدول (5-24) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای ارتفاع گنبد … 83

جدول (5-25) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای اندازه دانه … 83

جدول (5-26) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای مدل n-value … 85

جدول (5-27) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای مدل ارتفاع گنبد … 86

جدول (5-28) نتایج آنالیز وایانس (ANOVA) برای برای مدل اندازه دانه … 87

جدول (5-29) قیود بکار برده شده روی فاکتورها و پاسخ ها … 93

جدول (5-30) ترکیب شرایط بهینه فاکتورها و پاسخ ها … 94

جدول (5-31) مقایسه جدول آنالیز واریانس برای n-value … 97

جدول (5-32) مقایسه جدول آنالیز واریانس برای ارتفاع گنبد … 97

جدول (5-33) مقایسه جدول آنالیز واریانس برای اندازه دانه … 97

جدول (5-34) مقایسه شرایط بهینه پارامترها برای n-value … 98

جدول (5-35) مقایسه شرایط بهینه پارامترها برای ارتفاع گنبد … 98

جدول (5-36) مقایسه شرایط بهینه پارامترها برای اندازه دانه … 98

جدول (5-37) مقایسه بهینه سازی پاسخ ها با روش طراحی فاکتوریال دو سطحی و کل … 99

 

فهرست اشکال

صفحه

شکل (2-1) تاثیر عناصر میکروآلیاژی بر دمای توقف تبلور مجدد فولادهای HSLA … 7

شکل (2-2) تغییرات اندازه دانه آستنیت با دمای حرارت دهی … 9

شکل (2-3) فولادهای بکار رفته در قسمتهای مختلف اتومبیل با توجه به دیاگرام تنش تسلیم – ازدیاد طول و عناصر میکروآلیاژی به کار رفته در آنها … 10

شکل (2-4) کاربرد انواع فولادها در بدنه اتومبیل … 11

شکل (2-5) شرح شماتیکی از مراحل مختلف نورد کنترل شده … 13

شکل (2-6) فرآیند ترمومکانیکی نورد کنترل شده ورق … 14

شکل (2-7) حالات مختلف ممکن بر ای دمای نورد نهایی (FRT) … 17

شکل (2-8) تاثیر درجه درجه حرارت نورد پایانی بر ساختار محصول … 18

شکل (2-9) تاثیر دمای کلاف پیچی بر روی ساختار حاصله (دکای کلاف پیچی پایین) (پرلیت P=) … 19

شکل (2-10) نمای کلی از تست اریکسن … 24

شکل (2-11) تصویر شماتیک سه مرحله نورد کنترل شده و تغییرات ریز ساختاری حاصل … 26

شکل (2-12) طرح شماتیکی از ریز ساختار آستنیت تغییر شکل یافته … 27

شکل (2-13) شرایط مختلف شکل دهی ورق های فلزی و خصوصیات مواد که بر رفتار شکل دهی تاثیر می گذارند … 28

شکل (4-1) میکروسکوپ الکترونی مورد استفاده در تحقیق حاضر … 51

شکل (4-2) دستگاه لایه نشانی طلای مورد استفاده در تحقیق حاضر … 51

شکل (4-3) دستگاه آزمایش اریکسن مورد استفاده در تحقیق حاضر … 52

شکل (5-1) نمودار اثرهای اصلی برای میانگین n-value … 58

شکل (5-2) نمودار اثرهای اصلی برای میانگین ارتفاع گنبد … 59

شکل (5-3) نمودار اثرهای اصلی برای میانگین اندازه دانه … 59

شکل (5-4) نمودار اثرهای اصلی Grey Relational Grade … 65

شکل (5-5) n-value در برابر CT و FT در نمودارهای آ- تراز و ب- رویه … 72

شکل (5-6) ارتفاع گنبد در برابر CT و FT در نمودارهای آ- تراز و ب- رویه …. 72

شکل (5-7) ارتفاع گنبد در برابر RT و FT در نمودارهای آ- تراز و ب- رویه ….72

شکل (5-8) ارتفاع گنبد در برابر CT و FT در نمودارهای آ- تراز و ب- رویه …. 73

شکل (5-9) نمودار اثرهای اصلی برای n-value …. 74

شکل (5-10) نمودار اثرهای اصلی برای ارتفاع گنبد …. 74

شکل (5-11) نمودار اثرهای اصلی برای اندازه دانه …. 75

شکل (5-12) نمودار برهمکنش برای n-value …. 76

شکل (5-13) نمودار برهمکنش برای ارتفاع گنبد …. 76

شکل (5-14) نمودار برهمکنش برای اندازه دانه …. 76

شکل (5-15) نمودار بهینه سازی پاسخ ها …. 78

شکل (5-16) نمودار توزیع نرمال برای مدل n-value …. 86

شکل (5-17) نمودار توزیع نرمال برای مدل ارتفاع گنبد ….87

شکل (5-18) نمودار توزیع نرمال برای مدل اندازه دانه …. 88

شکل (5-19) نمودار اثرهای اصلی برای n-value …. 89

شکل (5-20) نمودار اثرهای اصلی برای ارتفاع گنبد …. 89

شکل (5-21) نمودار اثرهای اصلی برای اندازه دانه …. 89

شکل (5-22) نمودار برهمکنش برای n-value …. 92

شکل (5-23) نمودار برهمکنش برای ارتفاع گنبد …. 92

شکل (5-24) نمودار برهمکنش برای اندازه دانه …. 92

شکل (5-25) مقایسه مقادیر واقعی و پیش بینی شده برای n-value …. 95

شکل (5-26) مقایسه مقادیر واقعی و پیش بینی شده برای ارتفاع گنبد …. 95

شکل (5-27) مقایسه مقادیر واقعی و پیش بینی شده برای اندازه دانه …. 96

شکل (5-28) ریز ساختار ورق های نورد شده در دماهای پایانی a – FT=950 b- FT=900، c- FT=850، d- FT=800 … 101

شکل (5-29) ریز ساختار ورق های نورد شده در دماهای کلاف پیچی a – CT500 b- CT=600، c- CT=650، d- CT=700 … 102

شکل (5-30) تصاویر SEM از ریز ساختار ورق های نورد شده در دمای پایانی FT=800 بعد از سرد کردن … 103

شکل (5-31) تصاویر SEM از ریز ساختار ورق های نورد شده در دمای کلاف پیچی CT=550 بعد از سرد کردن … 104

 


مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید