تحلیل رفتار فولاد زنگ‌نزن 17-7 PH با استفاده از نانوروانکار در فرایند فورج داغ

مغانی, یاسر; شیخی, محمدمراد; دادگر اصل, یعقوب; یوسف زاده, شهروز

doi:10.48301/kssa.2021.307553.1767

تحلیل رفتار فولاد زنگ‌نزن 17-7 PH با استفاده از نانوروانکار در فرایند فورج داغ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

¹ گروه مهندسی مکانیک. دانشگاه آزاد اسلامی واحد الیگودرز

² دانشیار، مهندسی مکانیک، گروه مهندسی ساخت و تولید دانشگاه تربیت دبیر شهیدرجایی، تهران ، ایران.

³ استادیار، مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

⁴ کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد واحد الیگودرز، الیگودرز ، ایران.

10.48301/kssa.2021.307553.1767

چکیده

شکل‌دهی مواد از طریق فرایند فورج یکی از روش‌های ساخت است که فلز در آن فشرده می‌شود یا تحت نیروی زیاد قرار می‌گیرد تا قطعات با استحکام بالا ایجاد گردند. پیش از فرایند، برای افزایش جریان فلز، کاهش اصطکاک و ساییدگی، روانکار به قالب اضافه می‌شود و به جدا شدن قطعه نهایی از قالب کمک می‌کند. روانکار در عملیات فورج داغ و روانکاری به‌عنوان یک عامل کلیدی برای افزایش کیفیت تولید است. یکی از بهترین روش‌ها برای مطالعه تأثیر روانکارها در این فرایند، آزمون فشردگی حلقه (RCT) است. در این تحقیق، تأثیر نانوذرات (اکسید آلومینیوم (AL₂O₃) و نانو شیشه) به‌صورت افزودنی به روغن پایه (SAE 10) در دمای 1050°C بر رفتار اصطکاکی فولاد زنگ‌نزن 17-7 PH با استفاده از RCT و آنالیز اجزای محدود (FEA) مطالعه شد. در نهایت اهمیت استفاده از نانوروانکار در فرایند فورج داغ بررسی گردید. نتایج نشان داد که نانوذرات به‌عنوان افزودنی روانکار، عملکرد بهتری نسبت به روانکارهای معمولی (مثل گرافیت) در راستای رفتار اصطکاکی فولاد زنگ‌نزن 17-7 PH در فرایند فورج داغ دارند و برای فولاد زنگ‌نزن 17-7 PH در 1050°C، فاکتور اصطکاک با افزودن نانوذرات AL₂O₃ حدود 36 درصد و با افزودن نانوذرات شیشه حدود 40 درصد کاهش یافت. بنابراین اضافه کردن نانوشیشه، نتایج بهتری در مقایسه با نانوذرات AL₂O₃ دارد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23829796.1401.19.3.10.0

موضوعات

مهندسی مکانیک

عنوان مقاله [English]

Analysis of Friction behavior of 17-7 PH Stainless Steel Using Nano-lubricant in Hot Forging Process

نویسندگان [English]

Yaser Moghani ¹
Mohammad Morad Sheikhi ²
Yaghoub Dadgar Asl ³
Shahrouz Yousefzadeh ⁴

¹ PhD student, Department of Mechanical Engineering, Aligudarz branch, Islamic Azad University, Aligudarz, Iran.

² Assistant professor, Department of Manufacturing, Shahid Rajee Teacher Training University (SRTTU), Tehran, Iran.

³ Assistant professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.

⁴ Msc, Department of Mechanical Engineering, Aligudarz branch, Islamic Azad University, Aligudarz, Iran.

چکیده [English]

The material forming through the forging process is one of the manufacturing methods in which the metal is compressed or subjected to high forces to create high-strength parts. Before the process, a lubricant is added to the mould to increase the metal flow, reduce friction and wear, and help separate the final part from the mould. The lubricant in hot forging process and lubrication are key factors for increasing production quality. One of the best ways to study the effect of lubricants in this process is ring compression testing (RCT). In this study, the effect of nanoparticles (Aluminum oxide (AL₂O₃) and Nano-glass) as an additive to base oil (SAE10) at 1050 °C on the friction behaviour of 7-17 PH stainless steel using RCT and finite element analysis (FEA) was studied. Finally, the importance of using nano-lubricants in hot forging process was investigated. The results showed that nanoparticles as lubricant additives performed better than conventional lubricants (such as graphite) for the frictional behaviour of 7-17 PH stainless steel in hot forging process. For 7-17PH stainless steel at 1050 ° C, the friction factor was reduced by approximately 36% with the addition of AL2O3 nanoparticles and by approximately 40% with the addition of glass nanoparticles. Therefore, adding nano-glass presented better results compared to AL2O3 nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

Hot forging Nano
lubricant 17
7PH stainless steel Ring Compression Test (RCT) Finite Element Analysis (FEA)

مراجع

[1] Rajesh, E., & SivaPrakash, M. (2013). Analysis of friction factor by employing the ring compression test under different lubricants. International journal of scientific & engineering research, 4(5), 1163-1170. https://akbis.gantep.edu.tr/yonetim/upload/ files/7647-8669.pdf

[2] Wu, Y. Y., Tsui, W. C., & Liu, T. C. (2007). Experimental analysis of tribological properties of lubricating oils with nanoparticle additives. Wear, 262(7), 819-825. https://doi.o rg/10.1016/j.wear.2006.08.021

[3] Wang, X-Q., & Mujumdar, A. S. (2007). Heat transfer characteristics of nanofluids: a review. International Journal of Thermal Sciences, 46(1), 1-19. https://doi.org/10.1016/j.ijtherma lsci.2006.06.010

[4] Choi, Y., Lee, C., Hwang, Y., Park, M., Lee, J., Choi, C., & Jung, M. (2009). Tribological behavior of copper nanoparticles as additives in oil. Current Applied Physics, 9(2), 124-127. https://doi.org/10.1016/j.cap.2008.12.050

[5] Rylski, A., & Siczek, K. (2020). The Effect of Addition of Nanoparticles, Especially ZrO2-Based, on Tribological Behavior of Lubricants. Lubricants, 8(3), 23. https://doi.org/10. 3390/lubricants8030023

[6] Padgurskas, J., Rukuiza, R., Prosyčevas, I., & Kreivaitis, R. (2013). Tribological properties of lubricant additives of Fe, Cu and Co nanoparticles. Tribology International, 60, 224-232. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2012.10.024

[7] Ghalme, S., Koinkar, P., & Bhalerao, Y. J. (2020). Effect of aluminium oxide (Al2O3) nanoparticles addition into lubricating oil on tribological performance. Tribology in Industry, 42(3), 494-502. https://doi.org/10.24874/ti.871.04.20.07

[8] Zareh-Dsari, B., Abaszadeh, M., & Davoodi, B. (2015). Lubrication enhancement in deep drawing process by utilizing nanoparticle additives. Modares Mechanical Engineering, 15(1), 317-322. http://mme.modares.ac.ir/article-15-2207-en.html

[9] Ghassemali, E. (2022). Forging of metallic parts and structures. In Encyclopedia of Materials: Metals and Alloys. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819726 -4.00148-4

[10] Wu, H., Zhao, J., Xia, W., Cheng, X., He, A., Yun, J. H., Wang, L., Huang, H., Jiao, S., Huang, L., Zhang, S., & Jiang, Z. (2017). Analysis of TiO2 nano-additive water-based lubricants in hot rolling of microalloyed steel. Journal of Manufacturing Processes, 27, 26-36. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.03.011

[11] Johansson, J., Gutnichenko, O., Ståhl, J. E., Bushlya, V., & Schultheiss, F. (2019). Determining process parameters for successful material reclamation of lead-free brass chips using hot forging operations: Lubrication. Procedia CIRP, 80, 108-113. https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.01.086

[12] Luo, S., Wang, Q., Zhang, P., Li, J., & Liu, Q. (2020). Effect of friction conditions on phase transformation characteristics in hot forging process of Ti-6Al-4V turbine blade. Journal of Materials Research and Technology, 9(2), 2107-2115. https://doi .org/10.1016/j.jmrt.2019.12.041

[13] Asai, K., & Kitamura, K. (2014). Estimation of Frictional Property of Lubricants for Hot Forging of Steel Using Low-speed Ring Compression Test. Procedia Engineering, 81, 1970-1975. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.266

[14] Lee, S., Lee, J., & Joun, M. (2020). On critical surface strain during hot forging of lubricated aluminum alloy. Tribology International, 141, 105855. https://doi.org/1 0.1016/j.triboint.2019.105855

[15] Alimirzaloo, V., SheydayiGurchinQaleh, S., MashhadiKeshtiban, P., & Ahmadi, S. (2017). Investigation of the effect of CuO and AL2O3 nanolubricants on the surface roughness in the forging process of aluminum alloy. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 231(12), 1595-1604. https://doi.o rg/10.1177/1350650117702816