تحليل تجربي فرآيند نورد سطحي به همراه ارتعاشات فراصوت

Experimental Study of Ultrasonic Assisted Surface Rolling Process

فرآيند نورد سطحي به همراه ارتعاشات فراصوت (UASR) ، يكي از برجسته ترين روش هاي تغيير شكل پلاستيك شديد و ايجاد ساختار ريزدانه مي باشد. هدف از اين مقاله اين است كه تاثير ارتعاشات فراصوت در فرآيند نورد سطحي، به طور تجربي مورد بررسي قرار گيرد. در اين راستا، هورن مورد نظر جهت ارتعاش مود طولي طراحي و ساخته شد كه در آن هورن (ابزار) مي تواند با اعمال فشار استاتيك و همچنين ضربات ديناميكي، در خواص مكانيكي سطح فلز، تغيير ايجاد كند. آزمون تجربي براي سه نمونه CK15، CK45 و CK60 (كم كربن، متوسط كربن و پركربن) با حضور و بدون حضور ارتعاشات فراصوت انجام گرديد. ميكرو سختي سطحي نمونه ها بعد از انجام فرآيند UASR، نسبت به حالت معمولي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از اين مطالعه نشان داد هرچه فشار استاتيك بالاتر باشد، ميكرو سختي سطحي نمونه ها افزايش بيشتري مي يابد، ضمن اين كه اعمال ارتعاشات فراصوت در فرآيند UASR نيز مي تواند ميكرو سختي سطحي را با افزايش قابل توجهي مواجه نمايد. از طرفي مشاهدات تجربي نشان داد كه اثر گذاري ارتعاشات فراصوت بر فرآيند نورد سطحي، در نمونه هاي پركربن بيشتر است. سپس طي مقايسه اي نسبي، عمر خستگي براي سه جنس ذكرشده، با دامنه هاي ارتعاشي مختلف بررسي شد كه بهبود عمر نسبي خستگي در فرآيند UASR خصوصا در دامنه هاي ارتعاشي بالاتر نشان داده شده است.

Ultrasonic assisted surface rolling (UASR) process is one of the most prominent methods to create severe plastic deformation and fine-grained structures. The aim of this paper is to study the ultrasonic vibration effects in surface rolling process, experimentally. In this regard, the desired horn was designed and manufactured in order to vibrate at longitudinal mode, which the proposed horn is able to change the mechanical properties of the metal surface by applying static pressure and dynamic impacts. Experimental tests were performed for three samples: CK15, CK45 and CK60 (Low, medium and high carbon) with and without applying ultrasonic vibrations. Micro surface hardness tests of samples were compared before and after UASR. The results showed that the higher static pressure leads to the higher micro surface hardness of samples. In addition, the use of ultrasonic vibrations in UASR can cause considerable rise in micro surface hardness. Based on the experimental results, it was found that, applying ultrasonic vibrations in surface rolling process are more effectiveness specifically in high carbon samples. Fatigue life investigation in various amplitudes showed the relative fatigue life improved in UASR process, especially in high vibrations amplitudes.