عملیات فورجینگ بر روی استنلس استیل

[rkiahoseyni]

مقدمه:

طراحان ابتدا فولادهای ضد زنگ را بر اساس مقاومت در برابر خوردگی و سپس بر اساس استحکام و سایر خواص مکانیکی انتخاب می کنند. به منظور دستیابی به کیفیت بهینه به همراه مقرون به صرفه ترین هزینه، طراحان عامل سوم یعنی فرآیند ساخت و تولید را نیز نادیده نمی گیرند. ساخت حتی در مراحل اولیه طراحی نیز مهم است و آهنگری (فورجینگ) یکی از روش های ساخت است که طراحان به طور مرتب آن را مد نظر قرار می دهند.

 

 

انتخاب فورجینگ برای شکل دهی استنلس استیل:

دلیل انتخاب فرآیند فورجینیگ برای شکل دهی فولادهای زنگ نزن این است که فولادهای ضد زنگ دارای مزایایی هستند که تکرار آنها دشوار است و آهنگری این مزایا را افزایش می دهند. در ذیل به بررسی این مزایا پرداخته شده است.

 

مقاومت در برابر خوردگی و حرارت:

مزیت اصلی فولادهای زنگ نزن مقاومت در برابر خوردگی توسط رطوبت، شرایط جوی، اسیدهای زیاد و سایر محیط های تهاجمی در دمای پایین یا بالا است. استحکام قطعات ساخته شده از فولاد ضد زنگ اغلب قوی تر و محکم تر از قطعات ساخته شده از فولادهای ملایم یا فلزات غیر آهنی هستند. 

 

ساختاردانه:

ساختار دانه یکی از ویژگی های منحصر به فرد برای روش فورجینگ با جریان پیوسته دانه ای است که از کانتور قطعه پیروی می کند. در مقایسه، ساختار دانه تصادفی یک قطعه ریخته‌شده (مرکز) و جهت‌گیری مستقیم دانه در یک بخش ماشین‌کاری شده (پایین) است. این واقعیت ساده بسیاری از مزایای ثانویه ذاتی فولادهای زنگ نزن فورج شده را شامل می شود:

-    قدرت در جایی که نیاز است. از طریق ریزکردن دانه در حین فورجینگ، استحکام در بخش هایی از آلیاژ که بیشتر مورد نیاز است افزایش می یابد.
-    وزن سبک تر. نسبت استحکام به وزن بالاتر، امکان استفاده از بخش‌های نازک‌تر و سبک‌تر را فراهم می‌کند، بدون اینکه ایمنی را به خطر بیندازد.
-    بهبود خواص مکانیکی آهنگری مقاومت کامل در برابر ضربه، مقاومت در برابر خستگی، شکل پذیری، عمر گسیختگی خزشی و سایر خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن را ایجاد می کند.
-    ابعاد قابل تکرار تلورانس های چند هزارم به طور معمول از قسمتی به قسمت دیگر حفظ می شود و نیازهای اتصال و ماشینکاری نهایی را ساده می کند.
-    استفاده کارآمد از فلز آهنگری ضایعات را کاهش می دهد زیرا حذف فلز را کاهش می دهد.
-    یکنواختی ساختاری آهنگری ها از نظر ساختار متالورژیکی سالم، غیر متخلخل و یکنواخت هستند.

 

کاربرد استنلس استیل فورج شده:

انتخاب گسترده ای از انواع فولاد ضد زنگ برای اهداف مختلف وجود دارد. بسیاری از کاربردهای فولاد زنگ نزن در وراجع مختلف ذکر شده است و به طورکل به جز چند استثنا، همه فولادهای زنگ نزن را می توان آهنگری کرد. طیف گسترده ای از اندازه ها و اشکال فولاد زنگ نزن تولید می گردد. تولیدکنندگان قطعات فولادی ضد زنگ را از وزن چند اونس تا صدها پوند و با ابعاد کوچکتر از یک اینچ تا قطعات چند فوت می سازند. انجام عملیات ویژه ای مانند اکستروژن، کشیدن، سوراخ کردن، و سکه زنی قابلیت آهنگری و محصولات تولید شده به این روش ها را افزایش می دهد.
بسیاری از محصولات استنلس استیل فورج شده هستند که برای کاربردهای هواپیما استفاده می شوند و یکی از جنبه های اغلب نادیده گرفته شده فولادهای زنگ نزن را نشان می دهند. فولادهای زنگ نزن به دلیل نسبت استحکام به وزن بالایی که دارند، برای کاربردهای طراحی سبک وزن نیز مانند سایر مواد سبک وزن کاربرد دارند. به عنوان مثال، یکی از کاربردهای خاص آن در قسمت های بلند یک جزء ساختاری برای نسخه باری بوئینگ 747 جامبو جت مناسب است. این از فولاد ضد زنگ سخت کننده رسوبی نوع S15500 ساخته شده است و طول آن حدود 23 اینچ و وزن آن 8 پوند است. در زیر آن یک براکت 4.2 پوندی ساخته شده از فولاد ضد زنگ نوع 410 وجود دارد. این یک براکت پایه موتور برای موتورهای هواپیماهای سری 250 است. بسیاری از قطعات مذکور تولید شده توسط دیترویت دیزل، بخش آلیسون از شرکت جنرال موتورز هستند. همچنین یک قطعه فولاد زنگ نزن فورج شده 7 پوندی برای F-4 فانتوم جت مورد استفاده قرار می گیرد که توسط شرکت مک دانل داگلاس تولید شده است. 

 

مزایای فورجینگ:

قطعات تولید شده به روش فورجینگ دارای ابعاد مناسبی هستند که نشان می دهد آهنگری تا چه حد می تواند فرآیند ماشین‌کاری را کاهش می‌دهد. در روش ماشین کاری نه تنها شکل دادن به قطعه دشوار است، بلکه ماشینکاری منجر به ضایعات فلزی قابل توجهی (حدود 40٪) می شود. بسیاری از این  قطعات از فولاد ضد زنگ سختشده رسوبی مثلاً از نوع S17400 است که استحکام و سختی بالا را با مقاومت در برابر خوردگی عالی ترکیب می‌کند.

 

نمونه قطعات استنلس استیل فورج شده:

یک محفظه یاتاقان برای یک هواپیمای موشکی برای به حداقل رساندن ماشینکاری و ارائه خواص مکانیکی بهینه ساخته شده است. جنس این محفظه از فولاد ضد زنگ به دلیل مقاومت آن در برابر خوردگی انتخاب می شود. به طور خاص جنس آن از فولاد ضد زنگ نوع 410 است و قطعه قالبی ساخته شده توسط یک چکش 2500 پوندی فورج می شود.
قطعه دیگر که در هواپیما استفاده می شود میله آهنگری شده قلاب هلیکوپتر است که ابتدا خم می شود سپس فرآیند قالب گیری روی یک چکش 2000 پوندی صورت می گیرد. جریان دانه برای حداکثر استحکام به شکل قلاب است، که برای قطعه ای مانند این که تحت فشارهای زیاد در هنگام حداکثر بارگذاری قرار می گیرد ضروری است.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی