مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی رفتار کارپذیری گرم فولاد ابزار گرم‌کار W360 در حالت ریختگی و کارشده

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
رقیه امیرارسلانی
مریم مرکباتی
رشید مهدوی
مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر، کارپذیری گرم فولاد ابزار گرم‌کار W۳۶۰ در حالت ریختگی و کارشده، با انجام آزمایش کشش گرم در محدوده دمایی ۹۰۰ تا ۱۲۰۰درجه سانتی‌گراد، در نرخ کرنش ثابت ۰/۱ بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد، در هر دو فولاد ریختگی و کارشده، با افزایش دما از ۹۰۰ به ۱۰۰۰درجه سانتی‌گراد، به‌دلیل حل‌شدن کاربیدها و وقوع تبلور مجدد دینامیکی، شکل‌پذیری افزایش یافته است. در دمای ۱۰۵۰درجه سانتی‌گراد، بیشترین میزان تبلور مجدد رخ داده و اندازه دانه‌‌ها کاهش یافته است. این کاهش اندازه دانه در فولاد کارشده به‌دلیل اندازه دانه اولیه کوچک‌تر مشهودتر بود. نمونه‌های کارشده، شکل‌پذیری گرم بیشتر و تنش حداکثر کمتری نسبت به نمونه‌های ریختگی نشان دادند. شکل‌پذیری فولاد ریختگی در دمای ۱۲۰۰درجه سانتی‌گراد، اُفت قابل ملاحظه‌ای را نشان داد که ناشی از حضور رسوبات حل‌نشده باقی‌مانده در مرزدانه‌ها و تمرکز تنش اطراف آنها و تشکیل ترک‌های مرزدانه‌ای در مجاورت آنها است، در حالی که شکسته‌شدن رسوبات در فولاد کارشده از تمرکز تنش اطراف آنها ممانعت کرده است. مطابق تصاویر ریزساختاری نمونه‌ها پس از آزمایش کشش گرم، در نمونه‌های کارشده، شبکه پیوسته کاربیدهای آلیاژی حین نورد و وقوع تبلور مجدد شکسته شده، کاربیدها ریزتر و توزیع آنها یکنواخت‌تر شده است. این مساله سبب کاهش تمرکز تنش در اطراف کاربیدها و کارپذیری گرم بالاتر نمونه‌های کارشده شده است. مطابق بررسی‌های صورت‌گرفته، بهترین محدوده تغییر شکل گرم فولاد W۳۶۰ در هر دو حالت ریختگی و کارشده، محدوده دمایی ۱۰۵۰ تا ۱۱۵۰درجه سانتی‌گراد به‌دست آمد.
کلیدواژه‌ها
فولاد ابزار گرم‌کار W360
کارپذیری گرم
تبلور مجدد دینامیکی
آزمایش کشش گرم
ساختار ریختگی و کارشده

موضوعات

عنوان مقاله English

Hot Workability Behavior of W360 Hot Work Tool Steel in the Cast and Wrought Conditions

نویسندگان English

R. Amirarsalani
M. Morakabati
R. Mahdavi
University Complex of Materials & Manufacturing Technology, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In the current study, the hot workability of W360 hot work tool steel was investigated by hot tension testing in the cast and wrought conditions in the temperature range of 900-1200°C at strain rate of 0.1s-1. The results showed that in both cast and wrought steels, ductility has increased with increasing temperature from 900 to 1000°C, due to dissolution of carbides and occurrence of dynamic recrystallization. The most recrystallization has occurred at 1050°C and the size of the grains has decreased. This reduction in wrought steel was more evident due to its smaller primary grain size. Wrought samples showed higher hot ductility and lower peak stress than cast samples. The ductility of cast steel depicted a significant decrease at 1200°C due to the presence of undissolved particles along grain boundaries and the stress concentration and thus formation of granular cracks surrounding them. It is while the breakdown of particles has prevented the stress concentration around them in the wrought steel. According to microscopic images of the samples after the hot tension test, in the wrought samples, the continuous alloyed carbide nets were broken during the rolling and occurrence of recrystallization and the carbides has become smaller and their distribution was more uniform. This issue reduces the stress concentration around the carbides in the wrought samples and thus leads to higher hot workability than the cast one. According to the results, the best hot deformation range of W360 steel was achieved in the temperature range of 1050 to 1150°C for both cast and wrought steels.

کلیدواژه‌ها English

W360 Hot Work Tool Steel
Hot Workability
Dynamic recrystallization
Hot Tencile Test
Cast and Wrought Structure
Lefebvre A. Atomization and sprays. Boca Raton: CRC Press; 1989. [Link] [DOI:10.1201/9781482227857]
Gill GS, Nurick WH. Liquid Rocket Engine Injectors. Washington: NASA; 1976. Report no: NASA-SP-8089. Contract no: NAS3-12014. [Link]
Casiano MJ, Hulka JR, Yang V. Liquid-propellant rocket engine throttling: A comprehensive review. Journal of Propulsion and Power. 2010;26(5):897-923. [Link] [DOI:10.2514/1.49791]
Gilroy R, Sackheim R. The Lunar module descent engine-a historical summary. 25th Joint Propulsion Conference, 12-16 July 1989, Monterey, CA, USA. Reston: AIAA; 1989. [Link] [DOI:10.2514/6.1989-2385]
Betts EM, Jr Frederick RA. A historical systems study of liquid rocket engine throttling capabilities. 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 25-28 July 2010, Nashville, TN. Reston: AIAA; 2010. [Link] [DOI:10.2514/6.2010-6541]
Dressler GA, Bauer JM. TRW pintle engine heritage and performance characteristics. 36th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 24-28 July 2000, Las Vegas, NV, USA. Reston: AIAA; 2000. [Link] [DOI:10.2514/6.2000-3871]
Gavitt KR, Mueller TJ. Testing of the 650 klbf LOX/LH2 low cost pintle engine. 37th Joint Propulsion Conference and Exhibit, 08-11 July 2001, Salt Lake City, UT, USA. Reston: AIAA; 2001. [Link] [DOI:10.2514/6.2001-3987]
Calvignac J, Dang L, Tramel TL, Paseur L. Design and testing of non-toxic RCS thrusters for second generation reusable launch vehicle. 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 20-23 July 2003, Huntsville, Alabama. Reston: AIAA; 2003. [Link] [DOI:10.2514/6.2003-4922]
Gromski JM, Majamaki AN, Chianese SG, Weinstock VD, Kim TS. Northrop grumman TR202 LOX/LH2 deep throttling engine technology project status. 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 25-28 July 2010, Nashville, TN. Reston: AIAA; 2010. [Link] [DOI:10.2514/6.2010-6725]
Seedhouse E. Space X: Making commercial spaceflight a reality. New York: Springer; 2013. pp. 156-165. [Link]
Austin BL, Heister SD, Anderson WE. Characterization of pintle engine performance for nontoxic hypergolic bipropellants. Journal of Propulsion and Power. 2005;21(4):627-635. [Link] [DOI:10.2514/1.7988]
Bedard M, Feldman T, Rettenmaier A, Anderson W. Student design/build/test of a throttleable LOX-LCH4 thrust chamber. 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 30 July 2012-01 August 2012, Atlanta, Georgia. Reston: AIAA; 2012. [Link] [DOI:10.2514/6.2012-3883]
Yue CG, Chang XL, Yang SJ, Zhang YH. Numerical simulation of a pintle variable thrust rocket Engine. In: Yu Y, Yu Z, Zhao J, editors. Computer Science for Environmental Engineering and EcoInformatics, CSEEE 2011, Communications in Computer and Information Science. 159th vol. Berlin: Springer; 2011. [Link] [DOI:10.1007/978-3-642-22691-5_84]
Sakaki K, Kakudo H, Nakaya S, Tsue M, Isochi H, Suzuki K, et al. Optical measurements of ethanol/liquid oxygen rocket engine combustor with planar pintle Injector. 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, July 27-29, 2015, Orlando, FL. Reston: AIAA; 2015. [Link] [DOI:10.2514/6.2015-3845]
Sakaki K, Kakudo H, Nakaya S, Tsue M, Kanai R, Suzuki K, et al. Performance evaluation of rocket engine combustors using ethanol/liquid oxygen pintle injector. 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, July 25-27, 2016, Salt Lake City, UT. Reston: AIAA; 2016. [Link] [DOI:10.2514/6.2016-5080]
Son M, Yu K, Koo J, Kwon OC, Kim JS. Injection condition effects of a pintle injector for liquid rocket engines on atomization performances. Journal of ILASS-Korea. 2015;20(2):114-120. [Link] [DOI:10.15435/JILASSKR.2015.20.2.114]
Son M, Yu K, Koo J, Kwon OC, Kim JS. Effects of momentum ratio and weber number on spray half angles of liquid controlled pintle injector. Journal of Thermal Science. 2015;24:37-43. [Link] [DOI:10.1007/s11630-015-0753-7]
Yu K, Son M, Koo J. Effects of opening distance on liquid-gas spray of pintle injector under atmospheric condition. Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences. 2015;43(7):585-592. [Korean] [Link] [DOI:10.5139/JKSAS.2015.43.7.585]
Son M, Radhakrishnan K, Koo J, Kwon OC, Kim HD. Design Procedure of a movable pintle injector for liquid rocket engines. Journal of Propulsion and Power. 2017;33(4). [Link] [DOI:10.2514/1.B36301]
Olyaei Gh, Kebriaee A. Experimental study of liquid sheet breakup in cross flow. Modares Mechanical Engineering. 2019;19(4):845-853. [Persian] [Link]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 20، شماره 7
تیر 1399
صفحه 1923-1932