موضوع مقاله: روزن‌رانی اصطکاکی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # روزن‌رانی اصطکاکی | مقدمه: روزن‌رانیافضلی، محمدرضا، فرهنگ مهندسی مکانیک، انگلیسی-فارسی، تهران: فرهنگ معاصر، ۱۳۸۶. | ## بخش 1: روزن‌رانی اصطکاکی | اصطکاکی یک فرایند حرارتی-مکانیکی است که می‌توان از آن برای شکل‌دهی سیم، میله‌ها، لوله‌های جمع‌شده استفاده کرد یا اینکه دیگر اشکال فلزی غیردوار را شکل داد که به‌طور مستقیم از ترکیبی از مواد متشکل از پودر فلزات، پوسته‌ها، بُراده‌های ماشین‌کاری (تراشه یا براده) یا شمش جامد گرفته شده‌اند. این فرایند منحصر بفرد است و محصولات نهایی آن به‌صورت بالقوه تا حد زیادی ریزساختار مطلوبی دارند. اکستروژن اصطکاکی در موسسه جوشکاری انگلستان اختراع شده‌است و در سال ۱۹۹۱ میلادی به ثبت رسید. در سمت چپ یک تصویر کامل و در سمت راست یک تصویر نزدیک از محور ماشین نشان داده شده‌است که چرخش قالب را فراهم می‌سازد و سیلندر هیدرولیکی فشار روزن‌رانی را تأمین می‌کند. این پیکربندی مشابه با روزن‌رانی مستقیم و قالب چرخنده است: یعنی اینکه مواد (در این مورد شمش) در قالب چرخنده تحت فشار قرار می‌گیرند. همانند فرایندهای معمول روزن‌رانی، در روزن‌رانی اصطکاکی، تغییر شکل با اعمال بار از طریق حرکت یک قالب ایجاد می‌گردد؛ گرچه روزن‌رانی اصطکاکی از چند لحاظ با روزن‌رانی معمولی تفاوت دارد. در فرایند روزن‌رانی اصطکاکی ماده روزن‌رانی (شمش یا دیگر مواد متشکله) نسبت به قالب روزن‌رانی در حال چرخش است. هم‌چنین، مشابه با روزن‌رانی معمولی، نیروی روزن‌رانی طوری اعمال می‌گردد که مواد را با قالب، تحت فشار قرار دهد. در عمل یا قالب یا مواد ممکن است بچرخند یا اینکه ممکن است آن‌ها حرکت چرخشی مخالف هم داشته باشند. اول، حرکت نسبی در صفحه چرخش به تنش‌های برشی بزرگی منجر می‌شود و از این رو تغییر شکل پلاستیک در لایه‌ی در تماس با قالب و نزدیک به آن به‌وجود می‌آید. این تغییر شکل پلاستیک توسط فرایندهای بازیابی و تبلور مجدد حاصل از حرارت ذاتی ماده تغییرشکل‌یافته برطرف خواهد شد. به سبب وجود حرارت شکل‌دهی، روزن‌رانی اصطکاکی معمولاً نیازی به پیش‌گرم کردن مواد با وسایل کمکی ندارد و این به این معنا است که به صورت بالقوه یک فرایند با بازدهی انرژی بیشتر محسوب می‌شود. دوم، سطح قابل توجهی از تغییرشکل پلاستیکی در ناحیه حرکت چرخشی نسبی می‌تواند جوشکاری حالت جامد پودرها و دیگر مواد متشکله خیلی ریز مانند تراشه‌ها و براده‌ها را تقویت کند که به شکل مؤثری مواد (استحکام اصطکاکی) را قبل از روزن‌رانی ترکیب و تثبیت می‌کند. | ## بخش 2: روزن‌رانی اصطکاکی | سوم، تأثیرات ترکیبی افزایش دما و مقادیر بالای تغییرشکل به‌طور معمول به روزن‌رانیی منجر خواهد شد که ساختاری با دانه‌های نسبتاً ریز و برابر دارد و اینکه از تبلور مجدد بعد از انجام تغییرشکل حاصل شده‌است. ماشین ™ShAPE در آزمایشگاه ملی شمال غربی آرام که قابلیت اعمال ۱۰۰ تن نیروی خطی و گشتاور ۱۰۰ فوت- پوند را در ۵۰۰ دور بر دقیقه دارد. بر اساس آنچه بیان شد، می‌توان گفت که پارامترهای کنترلی اساسی در روزن‌رانی اصطکاکی عبارتند از: سرعت قالب. دمای روزن‌رانی نرخ روزن‌رانی با وجود کنترل نیروی روزن‌رانی یا نیروی روزن‌رانی با وجود کنترل نرخ روزن‌رانی. دهانه روزن‌رانی در سمت چپ قطری برابر با ۷٫۵ میلیمتر دارد و دیگری در سمت راست ۵۰ میلیمتر قطر دارد. قالب‌ها به شکل این پیچش‌ها می‌چرخند و به جریان مواد به سمت ورودی قالب کمک می‌کنند. در اصل، روزن‌رانی اصطکاکی را می‌توان روی ماشینی انجام داد که حرکت خطی و چرخشی موردنیاز را بتواند بین قالب و مواد ایجاد کند. نمونه این ماشین‌ها عبارتند از ماشین‌هایی که برای جوشکاری اصطکاکی ساخته شده‌اند، ماشین‌های فرزی که برای اعمال نیروهای روزن‌رانی اصلاح شده‌اند و آن‌هایی که به منظور تجهیزات روزن‌رانی اصطکاکی ساخته شده‌اند مانند ماشین روزن‌رانی و پردازش به کمک برش (™ShAPE) در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام. شکل ۳ نمونه‌هایی از تجهیزات روزن‌رانی اصطکاکی و محصولات اکسترودشده را نشان می‌دهد. شکل ۴ قالب‌های نوعی روزن‌رانی اصطکاکی را نشان میدهد که برای تولید سیم، میله و لوله طراحی شده‌است. قالب‌هایی که در این جهت می‌چرخند، در طول فرایند، جریان ماده را به سمت دهانه روزن‌رانی تقویت می‌کنند. نسبت روزن‌رانی در واقع نسبت مساحت سطح مقطع شمش روزن‌رانی، A0، به مساحت سطح مقطع محصول اکسترودشده، Af است. در روزن‌رانی اصطکاکی یک مولفه کرنش اضافی وجود دارد که از حرکت برشی قالب چرخنده زمانی که با بار در تماس است، ناشی می‌شود. | ## بخش 3: روزن‌رانی اصطکاکی | کرنش حاصل از چرخش قالب در زمانی که تغییرشکلی صورت نگرفته‌است، باعث کار اضافی می‌شود. بعد از روزن‌رانی، این وسایل را با استفاده از روش‌های متالوگرافی بررسی می‌کنند و با توجه به روش جریان یافتن مواد در طول فرایند روزن‌رانی بینش درست حاصل می‌گردد. شکل ۵ یک نمونه را نشان می‌دهد که چگونه مقدار کرنش برشی با تغییر نسبت نرخ روزن‌رانی به نرخ چرخش قالب تغییر می‌کند. در محدوده نرخ‌های خیلی بالای روزن‌رانی، فرایند روزن‌رانی اصطکاکی نزدیک به فرایند روزن‌رانی معمولی با سطوح کرنش عمل می‌کند. مقدار برش تابعی از نرخ روزن‌رانی نسبت به نرخ چرخش قالب است: این نسبت از a-h افزایش می‌یابد. ریزساختار حاصل از روزن‌رانی اصطکاکی شکل ۶ سطح مقطع و ریزساختار سیم تیتانیوم را نشان میدهد که با روزن‌رانی اصطکاکی پودر Ti-64 تولید شده‌است. خصوصاً اینکه سطح مقطع کاملاً جامد شده‌است و ریزساختار b تبدیل شده‌است که به این معناست که احتمالاً روزن‌رانی در دمای نزدیک به ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد (بالاتر از تبدیل بتا برای این آلیاژ) اتفاق افتاده‌است. دانه‌ها به کمتر از ۵ میلیمتر پالوده می‌شوند و جهتگیری صفحات (۰۰۰۱) به سبب مولفه چرخشی برش خارج از حد نرمال است. یک سیم اکسترودشده، سطح مقطع کلی، و ریزساختار سیم که بوسیله روزن‌رانی اصطکاکی پودر Ti64 تولید شده‌است. اندازه دانه و گسترش بافت در یک لوله با عملیات روزن‌رانی اصطکاکی که مستقیماً از براده مذاب AZ91 (آلیاژ منیزیم) تولید شده. لوله‌های اکسترودشده اصطکاکی آلیاژ منیزیم ZK60 که با استفاده از ماشین shAPE در آزمایشگاه ملی شمال‌غربی آرام از یک شمش ریخته‌گری اکسترود شده‌است. | ## جمع‌بندی | معایب سرعت روزن‌رانی در مقایسه با فرایندهای معمول روزن‌رانی تاکنون قابل دفاع نبوده‌است.