Hot Form Quench (HFQ) - یک فناوری سبک‌وزن شکل‌دهی گرم آلومینیوم - یک فرآیند مهر زنی صنعتی برای تولید اجزای ورق آلومینیومی با استحکام فوق‌العاده با هندسه عمیق، دقیق و پیچیده است.    این فرآیند مهر زنی داغ آلومینیومی است (گاهی اوقات به آن "شکل دهی داغ آلومینیوم" نیز می گویند) برای درجه های سخت شدن سن ورق و شباهت هایی به سخت شدن فشاری فولادهای با استحکام فوق العاده بالا دارد. HFQ، فرآیند اصلی مهر زنی گرم آلومینیوم، از ویسکوپلاستیته آلومینیوم در دماهای بالا برای تسهیل تولید سازه های سبک وزن استفاده می کند، که اغلب جایگزین فولاد، کامپوزیت ها، ریخته گری ها، اکستروژن ها یا پرس های چندگانه شکل سرد می شود.  

Hot Form Quench (HFQ) یک فرآیند مهر زنی داغ آلومینیوم برای ورق استحکام بالا (معمولاً) آلیاژهای سری 2xxx، 6xxx و 7xxx است،  که ابتدا در اوایل دهه 2000 توسط پروفسورهای Jianguo Lin و Trevor Dean در دانشگاه بیرمنگام توسعه یافت. و سپس در امپریال کالج لندن ، هر دو در بریتانیا.

Impression Technologies Limited (ITL)، یک شرکت فناوری مواد مستقر در کاونتری، انگلستان، دارای حقوق تجاری انحصاری برای شکل دهی گرم آلومینیوم HFQ است و از آن زمان دانش و حقوق اضافی خود را در این حوزه توسعه داده است. همزمان با استفاده از اولین برنامه های کاربردی HFQ در کاربردهای خودرو ( استون مارتین DB11  ) در سال 2016، سازمان های دیگر در اکوسیستم سبک وزن به فناوری های Impression در یک برنامه Horizon 2020 به نام LoCoMaTech  پیوستند. فناوری HFQ به سمت برنامه های کاربردی حجم انبوه. ITL، با نصب اولین خط HFQ جهان در سایت قدیمی جگوار در لیون پارک کاونتری،  شروع به صدور مجوز فناوری HFQ در سراسر جهان به تولیدکنندگان، مانند گروه فیشر در آلمان و جت واگن در چین کرده است،    تامین کننده بخش خودرو و هوافضا.

اولین خط تولید HFQ ، کاونتری، انگلستان

**روند**
--------

مروری بر فرآیند آبدهی شکل دهی داغ

  

شکل‌دهی گرم آلیاژهای آلومینیوم شامل چهار مرحله اصلی است که بر روی یک ورق سفارشی شکل انجام می‌شود: گرم کردن و محلول‌سازی (بالای 450 درجه سانتی‌گراد)، انتقال بلانک، آبدهی (تا دمای نزدیک به محیط) و شکل‌دهی، و پیری مصنوعی. در مرحله محلول سازی، ماده خالی در یک کوره تا دمایی که رسوبات موجود در ماده حل می شود، گرم می شود. کوره های محلول ساز زمانی که با جابجایی اجباری طراحی می شوند، موثرتر هستند، که با کوره هایی که برای خطوط فولادی سخت شده پرس استفاده می شود تفاوت دارد.  توجه به این نکته مهم است که این فرآیند شکل‌دهی گرم با آنچه که شکل‌دهی گرم نامیده می‌شود، متفاوت است،  که در دمای زیر 300 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و منجر به شکل‌پذیری کمتر و استحکام قطعه نهایی می‌شود.

عملیات پرس در پرس هیدرولیک، سرو هیدرولیک یا سروو با سرعت بالا انجام می شود که در آن ابزار شکل دهی خنک می شود تا آبدهی لازم برای حفظ عناصر آلیاژی در محلول جامد ایجاد شود. فرآیند پیری بعدی امکان بارش را فراهم می کند و استحکام اجزا را تا سطح مورد نیاز افزایش می دهد، معمولاً بازدهی 300 تا 500 مگاپاسکال، بسته به آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده. فرآیندهای اختصاصی سفارشی برای بهینه سازی عملکرد خوردگی ویا خواص اتصال پایین دست توسعه داده شده اند .

به دنبال فرآیند HFQ، بسته به حجم تولید، قطعات را می توان در قالب برش یا لیزر برش داد، همانطور که برای قطعات فولادی سخت شده با فشار معمول است. معمول است که حجم های کمتر از 10000 قطعه در سال به دلیل هزینه بالای ابزار تریم با لیزر برش داده شوند. یا برای حجم های بالاتر اگر برای تغییرات طراحی آینده، مانند موقعیت سوراخ، انعطاف پذیری لازم است.

اگر چه یک مزیت کلیدی فرآیند HFQ امکان تولید پرس های پیچیده و عمیق در یک عملیات شکل دهی است، در صورت نیاز می توان عملیات پرس سرد ثانویه را پس از مرحله HFQ انجام داد.

**برنامه های کاربردی**
----------------------

از HFQ در مواردی استفاده می شود که وزن سبک و سطوح بالایی از یکپارچگی قطعات مورد نیاز است، جایی که ورق آلومینیوم یک پیشنهاد فنی و اقتصادی مناسب در نظر گرفته می شود. HFQ می تواند راه حلی برای برنامه های مختلف از چند صد تا میلیون ها قطعه در سال باشد.  ضخامت ورق آلومینیوم ایده آل برای محدوده HFQ از 0.8 میلی متر تا 5.0 میلی متر است.

کاربردهای معمولی HFQ ساختارها و بسته‌های بدنه در سفید (BIW) از جمله ستون‌های A و B ، حلقه‌های در، اعضای متقاطع، رکاب‌ها، پانل‌های داشبورد، قسمت‌های داخلی عقب، داخل درها، قسمت‌های داخلی درب عقب و سپرهای زیر را هدف قرار می‌دهند. اخیراً علاقه قابل توجهی به استفاده از HFQ برای درب و پوشش باتری  برای وسایل نقلیه الکتریکی وجود داشته است. آلیاژهای مورد استفاده برای این کاربردها شامل سری های 6x و 7x مانند 6111 ، 6082 ، 6016 و 7075 می باشد.

HFQ A Pillar در استون مارتین DB11

  

کاربردهای هوافضا در حال توسعه است که شامل پوست لب، ناسل ، فیرینگ ، دنده بال و صندلی است.  سایر کاربردهای بخش حمل و نقل شامل بدنه دوچرخه برقی، موتور سیکلت و سازه های ریلی است.

در بخش‌های دیگر، HFQ برای جایگزینی قطعات ریخته‌گری سنگین و قطعات ماشین‌کاری شده در نظر گرفته شده است، که در حال حاضر از آلومینیوم ساخته می‌شوند، جایی که وزن سبک یا استفاده از مواد از عوامل حیاتی است. همچنین استفاده از HFQ برای لبه‌های پیشرو توربین‌هایی که در معرض فرسایش لبه‌های پیشرو هستند، وجود دارد. 

یک ملاحظه حیاتی در طراحی اجزای HFQ اطمینان از دقیق بودن شبیه سازی شکل دهی است که تا حد زیادی تحت تاثیر کیفیت کارت های مواد شکل دهنده برای هر آلیاژ و نوع روان کننده مورد استفاده قرار می گیرد. حتی آلیاژهای آلومینیوم تولید شده با مشخصات یکسان نیز بسته به تامین کننده و خطوط فرآوری ورق مورد استفاده، می توانند شکل پذیری و خواص نهایی متفاوتی داشته باشند. بنابراین هر گرید آلومینیوم توسط تامین کننده باید با سطح مشترکی از وفاداری بالا مشخص شود.

**مزایا و معایب**
-----------------

مزیت اصلی HFQ شکل پذیری عالی برای آلیاژهای آلومینیومی با استحکام فوق العاده بالا است که در غیر این صورت در طول شکل دهی سرد معمولی شکافته می شوند. این منجر به قطعات کشیده شده بسیار عمیق (می تواند بیش از 300 میلی متر باشد)، شعاع تیز و سطوح بالایی از یکپارچگی قطعه در مقابل پرس های شکل گرفته سرد می شود. علاوه بر این، HFQ ساخت قطعاتی از آلومینیوم با استحکام بالا و فوق‌العاده را امکان‌پذیر می‌سازد، که برای کاربردهای غالب استحکام، کاهش قابل‌توجه وزن حدود 20 درصد را در مقابل برخی از آلیاژهای آلومینیومی با استحکام پایین‌تر تسهیل می‌کند. علاوه بر این، عملاً هیچ فنری وجود ندارد که با تشکیل سرد رخ دهد. با تلورانس های قابل تحمل در 0.5 -/+ میلی متر. در مقایسه با شکل‌دهی فوق‌پلاستیک  که به خوبی تثبیت شده است، HFQ می‌تواند سرعت تولید به‌طور قابل‌توجهی بالاتر (تا 5 قسمت در دقیقه) و طیف وسیع‌تری از گریدهای آلومینیومی را ارائه دهد. مزایای ثانویه HFQ شامل استفاده زیاد از مواد (به دلیل عدم نیاز به نگهدارنده خالی) است. و توانایی استفاده از مواد اولیه آلیاژی با قیمت کمتر و در دسترس بیشتر و حتی استفاده از آلیاژهای بسیار بازیافتی .

پشتی صندلی هواپیما توسط HFQ Process در آلیاژ 6082 کاملا بازیافتی تولید شده است
نقطه ضعف اصلی HFQ در مقایسه با شکل‌دهی سرد آلومینیوم، زمان چرخه بالاتر و نیاز به سرمایه‌گذاری در کوره و پرس‌های سریع است، اگرچه این فناوری اکنون برای کاربردهای با حجم متوسط به بالا با گسترش گسترده‌تر استفاده می‌شود. با توجه به اینکه برای قطعات آلومینیومی تولید شده در حجم بالا، 60 تا 80 درصد جزء می تواند ماده خام باشد، وقتی زمان فرآیند HFQ کمتر از 30 ثانیه باشد، هزینه های افزایشی نسبت به مزایای شکل دهی پایین است.

جستار های وابسته
----------------

* آبدهی(متالورژِی)
* برگشت دادن
* سخت کاری (متالورژی)
* کوئنچ

منابع
-----

1. ↑  Mohamed, Foster, Lin, Balint, Dean (February 2012). "Investigation of deformation and failure features in hot stamping of AA6082: Experimentation and modelling". *International Journal of Machine Tools and Manufacture*. **53**: 27–38. doi:10.1016/j.ijmachtools.2011.07.005. `{{cite journal}}`: `|hdl-access=` requires `|hdl=` (help)نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
2. ↑  Mohamed, Szegda (2017). "An Industrial Application of the Continuum Damage Mechanics (CDM) Model for Predicting Failure of AA6082 under HFQ® Process". *Procedia Engineering*. **183**: 277–282. doi:10.1016/j.proeng.2017.04.039.
3. ↑  Mohamed, M.; Szegda, D.; Swift, J.; Gaines, O.; Ling, D.; Sonntag, M.; Güner, A. (June 2023). "Process optimisation and robustness analysis for HFQ process". *IOP Conference Series: Materials Science and Engineering* (به انگلیسی). **1284** (1): 012063. Bibcode:2023MS&E.1284a2063M. doi:10.1088/1757-899X/1284/1/012063. ISSN 1757-899X.
4. ↑  Szegda, Mohamed, Ziane (2021). "On thermal compensation of Hot-Form-Quench stamping die". *IOP Conference Series: Materials Science and Engineering*. **1157** (1): 012087. Bibcode:2021MS&E.1157a2087S. doi:10.1088/1757-899X/1157/1/012087.`{{cite journal}}`: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)