بررسي مکانيزمهاي ايجاد ترک و مکانيزمهاي متفاوت رشد سريع يا در حد بحراني ترک و رشد آرام و پايينتر از رشد بحراني از اهميت ويژه صنعتي برخوردارند. بررسي فعل و انفعالات فيزيکي که به هنگام شکست روي ميدهد چندان ساده نيست، زيرا چگونگي ايجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کريستالي به جنس، ساختار شبکه کريستالي، ريزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عيب نيستند به نوع، اندازه و موقعيت عيب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگي خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسيم مي شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعويق انداختن شکست است.
شکست نرم:
بسياري از فلزات و آلياژهاي آنها، به ويژه آنهايي که داراي شبکه fcc هستند، مانند آلومينيوم و آلياژهاي آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامي و پس از تغيير شکل پلاستيکي زياد به ازاي تنشي بالاتر از استحکام کششي ظاهر ميشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثير تنش کششي، ظاهر گشتن گلويي يا نازکي موضعي و ايجاد حفره هاي بسيار ريز در درون قسمت گلويي و اتصال آنها به يکديگر تا رسيدن به حد يک ترک ريز و رشد آرام ترک تا حد پارگي يا شکست نهايي است
مراحل مختلف شكست نرم در يك فلز انعطاف پذير
در اين نوع شکست علت ايجاد حفرهاي ريز در محدوده گلويي ميتواند تغيير شکل غير يکنواخت ناشي از ناخالصيهاي موجود در ماده اصلي زمينه باشد. لذا با ايجاد حفره هاي بسيار ريز در محدوده گلويي حالت تنش سه محوري برقرار ميشود که منجر به ايجاد ترک ميشود .
در طراحي و ساخت اجزاي ماشين آلات و در ساختمان سازي، تنشهاي وارد بر سازه هاي فلزي در محدوده الاستيکي انتخاب ميشود. بنابراين در کاربرد صنعتي، شکست در حالت تنش استاتيکي در مواد انعطاف پذير ( داکتيل ) يک پيشامد نامطلوب است.
ترك داخلي در نا حيه نازك شده در نمونه كششي مس با خلوص بالا
شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتي با ساختار کريستالي مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلياژهاي آنها در درجه حرارتهاي پايين ( معمولا پايينتر از دماي معمولي محيط ) و سرعتهاي تغيير شکل بالا بطور ناگهاني ظاهر ميشود. شکست ترد در امتداد صفحه کريستالي معيني، به نام صفحه کليواژ، انجام ميگيرد. در شکست ترد عموما تغيير شکل پلاستيکي قابل توجهي در منطقه شکست مشاهده نميشود.نظريه شکست ابتدا علت شکست را اين چنين بيان کرد که تمام پيوندهاي اتمي در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسيخته ميشوند. بدين ترتيب که با ازدياد تنش فاصله اتمها از يکديگر دور ميشوند ودر نهايت به محض اينکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحراني ) رسيد، در نتيجه گسستن تمامي پيوندهاي اتمي در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پديدار ميشود.در جدول زير تنشهاي بحراني عمود بر صفحات کريستالي معين در چند تک کريستال براي شکست داده شده است.
شكست ترد وتعدادي از تك كريستالها
عملا تنش لازم براي شکست مواد لازم فلزي به اندازه قابل توجهي کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طريق تئوري است . بنابراين فعل وانفعال شکست نميتواند از طريق گسستن همزمان تمامي پيوند هاي اتمي درامتداد سطح شکست صورت گيرد. بد ين ترتيب فعل و انفعالات شکست عملا بيشتر از طريق ايجاد يک ترک بسيار ريز به عنوان منشا ترک و رشد و پيشروي آن انجام ميگيرد . براي پيشروي ترک د ر يک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششي در آن موضع فراتر رود . د ر مواردي که شرايط براي پيشروي منشا ترک مساعد نيست ترک مي تواند متوقف گشته وشکست پديدار نشود.
تئوري گريفيت:
او چنين بيان مي کند که در ماده اي که حاوي تعدادي ترک بسيار ريز باطول معيني است ، همين که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل به مقدار تنش لازم براي گسستن پيوندهاي اتمي د رآن موضع ( استحکام کششي ) رسيد، شکست ظاهر ميشود . باپيشرفت ترک ، سطح ترک افزايش مي يابد . اين مطلب بدين معني است که براي ايجاد اين سطح بايد انرژي به کار برده شود . اين مقدار انرژي از انرژي تغيير شکل کسب مي شود.
بنابراين فرضيه گريفيت علت پديدار گشتن شکست ترد را وجود ترکها و خراشهاي سطحي بسيار ريز ( با اندازه بحراني) و پائين بودن استحکام را د رآن مواضع مي داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهاي سطحي بسيار ريز شکست ترد د ر آنها پديدار مي شود . بنابراين د ر اين گونه مواد هم بايد فعل وانفعالاتي صورت گيرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعي مقدارتنش از استحکام کششي ود رنتيجه ايجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانيزم اين فعل و انفعال راچنين بيان داشتند که در حين تغيير شکل پلا ستيکي نابجاييها در پشت موانع ( مانند مرزدانه ها ومرز مشترک د و قلوييها ) تجمع يافته وبدين ترتيب در زير نيم صفحه هاي مربوط به اين نابجاييها ترکهاي بسيار ريزي ايجاد مي شود .
اين ترکهاي بسيار ريزهمچنين مي تواند محلهاي مناسبي براي نفوذ عناصري مانند اکسيژن ، ازت وکربن درآنها وايجاد فازهاي ثانوي ترد ودر نتيجه شکست ترد باشند. چنين رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجود عناصري مانند آنتيموان وآهن همراه بااکسيژن مشاهده شده است .
مكانيزم ايجاد ترك از طريق نابجاييها
الف) تجمع نابجائيها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب) تلاقي نابجائيها (Cottrell)
کاترل مکانيزم د ومي رابراي ايجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ين صورت که منشا ترکهاي ريز مي تواند د ر اثر تلا قي د و صفحه لغزش بايکد يگر ، د ر نتيجه د ر هم آميختن نابجاييها د ر محل تلا قي آن د و صفحه و ايجاد نابجاييها ي جد يد ، ناشي شود، اين مکانيز م مي تواند د ليلي براي ايجاد سطح شکست ( صفحه کليواژ ) مشاهده شده د ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کريستالي مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزات چندين کريستالي شکست تر د ميتواند به صورت برون دانه اي ( بين دانه اي) و يا درون دانه اي باشد.شکست برون دانه اي در بين دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر مي شود. د ليل اين نوع شکست بيشتر ميتواند وجود ناخالصيها يا جدايش و رسوب عناصر يا فازهاي ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بيشتر به صورت درون دانه اي است . بدين ترتيب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش مي يابد. د رجه حرارت و سرعت تغيير شکل تاثير مخالفي برروي نوع شکست خواهد داشت ، به طوري که باکاهش درجه حرارت و ازد ياد سرعت تغيير شکل ، تمايل براي شکست ترد به صورت درون دانه اي د ر حين خزش د ر نتيجه تغييرات شيميائي دراثر اکسيداسيون ممکن خواهد بود. چنانچه اکسيداسيون برون دانه اي در فلزات صورت گيرد، تنش شکست بسيار کاهش مي يابد.
تافنس شکست:
چنانچه در جسمي ترک وجود داشته باشد، د راين صورت استحکام آن جسم استحکامي نيست که از طريق آزمايش کشش به دست مي آيد ، بلکه آن کمتر است. د راين صورت مسئله ترک واشاعه آن اهميت پيدا مي کند. در اينجا تافنس شکست به رفتار مکانيکي اجسام ، شامل ترک ياد يگر عيوب بسيار ريز سطحي ياداخلي مربوط ميشود. البته م يتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاري از عيب نبوده و شامل عيوبي هستند . دراين صورت آن چه که د رطراحي و اتنخاب مواد براي ما اهميت صنعتي ويژه اي دارد ، مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل براي جسمي است که شامل عيبي با شکل و اندازه معيني است . بنابراين به کمک تافنس شکست مي توان توانايي جسمي که بطور کامل سالم نيست راد رمقابل يک بار خارجي وارد برجسم سنجيد.معمولابراي تعيين تافنس شکست از آزمايش کشش برروي نمونه آماده شده اي از جنس معين که ترکي بطول وشکل معيني برطبق استاندارد درسطح ياداخل نمونه بطورعمد ايجاد شده استفاده مي شود، شکل نمونه به گونه اي د ر دستگاه آزمايش کشش قرار مي گيرد که ترک ريز به صورت عمود برامتداد تنش کششي قرار گيرد.
اکنون اين سئوال مطرح مي شود که به ازاي چه مقداري از تنش s جوانه ترک مصنوعي د ر داخل جسم گسترش مي يابد تاحدي که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف اين ترک تنش به صورت پيچيده اي توزيع مي شود. حداکثر تنش کششي ايجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجيs است و تنش بحراني ( sc ) ناميده ميشود.تا زماني که sc کوچکتراز استحکام کششي است نمونه نمي شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستيکي ابتدا انرژي پتانسيل در نمونه ذ خيره مي شود . موقعي که ترک شروع به رشد مي کند بين مقدارکاهش انرژي پتانسيل ذخيره شده د رنمونه وانرژي سطحي ناشي از رشد ترک تعادل برقرار است . تازماني رشد ترک ادامه پيدا مي کند که از انرژي الاستيکي کاسته و به انرژي سطحي افزوده شود، يعني تالحظه اي که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گريفيث با توجه به روابط مربوط به انرژي پتانسيل ذ خيره شده و انرژي سطحي ترک در ماده الاستيکي ،مانند شيشه و تغيير و تبد يل آنها به يک د يگررابطه زير را ارائه کرد:
s=?2Egs ? pa
اين رابطه براي حالت تنش د و بعدي برقرار است . gs د ر اين رابطه انرژي سطحي ويژه و E مد ول الاستيکي ماده است .براي حالت تغيير شکل د و بعدي ( حالت تنش سه بعدي باصرفنظر از تغيير شکل د ربعد سوم ) رابطه زير را ارائه کرد:
(s = ? 2Egs ? pa(1_ n²
لازم به تذکر است که رابطه گريفيث براي يک ماده الاستيکي شامل ترک بسيار ريز باراس ترک تيز ارائه شد و اين رابطه ترک باشعاع راس ترک 0?r را شامل نمي شو د . بنابراين رابطه گريفيث شرط لازم براي تخريب است ، اما شرط کافي نيست .
در رابطه گريفيث انرژي تغيير شکل پلاستيکي در نظر گرفته نشده است . ازاين ر و اروان انرژي تغيير شکل پلاستيکي ، که براي فلزات و پليمرها در فرآيند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زير راارائه کرد:
s = ? 2E(gs+gp) ? pa
سپس اروين رابطه گريفيث را براي موادي که قابليت تغيير شکل پلاستيکي دارند ، به کار برد و باتوجه به ميزان رها شدن انرژي تغيير شکل الاستيکي در واحد طول ترک د رحين رشد (G) رابطه زير را براي حالت تنش د و بعدي ارائه داد :
s = ? EG ? pa
بامقايسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ين ترتيب د ر لحظه ناپايداري ، وقتي ميزان رها شد ن انزژي تغيير شکل الاستيکي به يک مقدار بحراني رسيد ، شکست پديدار مي شود. در اين صورت در لحظه شکست :
براي حالت تنش دو بعدي Gc=pasc²?E
براي حالت کرنش دو بعديGc= pa(1- n² ) sc² ? E = Kc² ? E
Gcمقياسي براي تافنس شکست يک ماده بوده و مقدار آن براي هر ماده اي ثابت و معين است . بامعلوم بودن اين کميت مي توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه اي بايد برسد تاجسم بشکند . بدين ترتيب اين رابطه در مکانيزم شکست اهميت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر يا به عبارتي ماده تردتراست .رابطه زير را براي حالت تنش دو بعدي مي توان به صورت زير نوشت :
Gc = ? EGc ? pa
و براي شرايط تغيير شکل نسبي د و بعدي رابطه زير ارائه شده است :
(s = ? EGc ? pa(1_n²
تعيين تنش شکست بحراني sc کار چندان ساده اي نيست . اما مي توان گفت که به ازاي تنشهاي جسم باوجود ترک هنوز نمي شکند . از اين رو تنش درحد پاينتر از مقدار بحراني با ضريب شدت تنش K توصيف و رابطه زير براي آن ارائه شد ه است :
K= fs? pa
در اين رابطه f ضريب هند سه نمونه معيوب ، s تنش اعمالي وa اندازه عيب است ، در شکل تئوري گريفيث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراين صورت 1 = f است . با انجام آزمايش روي نمونه اي با اندازه معيني از عيب مي توان مقدار k ، که به ازاي آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست ميشود ، را تعيين کرد . اين ضريب شدت تنش بحراني به عنوان تافنس شکست ناميده ميشود و به Kc نشان داده ميشود .اماازطرفي ، همچنين به ازاي تنش ثابتي درحد کوچکتر از استحکام کششي باافزايش کند ترک ، طول ترک (a) ميتواند به مقدار بحراني برسد و به ازاي آن نمونه تخريب شود.
تافنس شكست (Kc) از فولادي با تنش تسليم MN.m2 2070 با افزايش ضخامت تا تافنس شكست در حالت تغيير شكل صفحه اي (دو بعدي) كاهش مي يابد.
کميتهاي Kcو Gc بستگي به ضخامت نمونه دارد. همين که ضخامت نمونه افزايش يافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتي کاهش مي يابد ، اين مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغيير شکل نسبي دو بعدي KIc ناميده مي شود . Kc کميتي مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمينان بالاست ، به کار ميرود .
بنابراين در طراحي در محاسبات بايد روابط زير توجه شود :
s< Kc ? ? pa
و در حالت تغيير شکل دو بعدي ( حالت تنش سه بعدي باناچيز بودن تغيير شکل در بعد سوم):
s< K1c ? ? pa
کميتهاي K1c و G1c نه فقط براي گسترش ترک ترد ونرم تعريف شد ه است ، بلکه همچنين براي شکست تحت شرايط تنش خوردگي ، خستگي و خزش نيز به کار ميرود. در جداول زير تافنس شکست تعدادي از مواد ارائه شده است .
تافنس شكست تعدادي از مواد طراحي
تافنس شكست در حالت تغيير طول نسبي دومحوري (KIc) تعدادي از مواد
اگر حد اکثر اندازه عيب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، ميتوان ماده اي را باتافنس شکست Kc يا K1c به اندازه کافي بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگيري کند، انتخاب کرد. همچنين اگر حداکثر اندازه مجاز عيب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، يعني Kc يا K1c، معلوم باشد در آن صورت ميتوان حداکثر تنش قابل تحمل براي قطعه رامشخص کرد. از اين رو ميتوان اندازه تقريبي قطعه را تيين کرد، آن چنان که از پايينتر آمدن حداکثر تنش ايجاد شده از حد مجاز، اطمينان حاصل شود.
همچنين اگر ماده معيني انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عيب قابل تحمل را ميتوان به طور تقريب بدست آورد.
توانايي هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زير بستگي دارد:
1- عيوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش ميدهد. فنون خاص توليد، مانند جداسازي و کاهش ناخالصيهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در توليد اجزاي سراميکي همگي ميتواند موجب کاهش اندازه عيب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذير ، ماده مجاور راس ترک ميتواند تغيير فرم يابد . به طوري که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسيت آن شده و ضزيب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگيري ميکند معمولا افزايش استحکام فلز انعطاف پذيري را کاهش ميدهد و سبب کاهش تافنس شکست ميشود ، مانند سراميکهاوتعداد زيادي از پليمرها ، تافنس شکست بسيار پايينتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخيمتر وصلبتر داراي تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزايش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمايش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش ميدهد.5- افزايش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزايش ميدهد، همان گونه که د ر آزمايش ضربه اين چنين است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مييابد ، د ر حالي که با وجود عيوب نقطه اي و نابجاييهاي بيشتر تافنس شکست کاهش مييابد. بنابراين مواد سراميکي دانه ريز ميتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.
براي بدست آوردن قطعه اي موفق در هيدروفرمينگ بايد انتخابي مناسب داشت و كيفيت و استحكام مواد مورد استفاده را بدقت بررسي نمود حال چه فرآيند ورقه اي يا لوله اي باشد. خواص ماده مانند تركيب شيميايي، نوع جوش، استحكام تسليم و نهايي، انعطاف پذيري و آنيزوتروپي بايد قبل از انجام فرآيند در حين توليد ورقه با لوله كه شكل خام در اين فرآيند هستند بايد مورد توجه قرار بگيرد. خواص مطلوب براي ماده اي كه ميخواهيم آن را هيدروفرم كنيم عبارت است از:
- تغيير طول پذيري يكنواخت و بالا High and Uniform elongation
- توان كار سختي بالا High strain hardening exponent
- آنيزوتروپي و ناهمساني كم Low anisotropy
- كيفيت سطحي مناسب Good surface quality
- عمود بودن لبه هاي لوله بر محور طولي Tube edges perpendicular to the Longitudal axis
- نزديك بودن خواص سطحي و مكانيكي خط جوش با فلز پايه ( درحالت لوله اي)
با توجه به اين خواص ذكر شده تمام آلياژهايي كه در فرآيند كشش عميق ، مهر زني يا اكستروژن بكار ميروند ميتوانند در هيدروفرمينگ نيز مورد استفاده قرار گيرند. براي مثال در قطعات بدنه خودرو ( مانند شاسي و ريل هاي جانبي) از فولاد كم كربن يا نرم ( مانند AISI 1008, 1010 ) از فرآيند هيدروفرمينگ لوله اي استفاده ميشود. فولاد زنگ نزن رده 304 در لوله هاي اگزوز استفاده ميشوند. گروههايي از آلومينيوم در صنايع خودروسازي به طور وسيع به منظور كاهش وزن خودرو استفاده ميشوند. (مثلا سري Al 5000 در محور عقب، ريل هاي سقف و .. استفاده ميشود و سري Al 6000 در پنلهاي بدنه مورد استفاده قرار ميگيرند) علاوه بر فولادها و آلومينيوم ميتوان از آلياژهاي مس و برنج و منيزيم هم استفاده نمود. اما بدليل نياز به مصرف قطعات با وزن كمتر در صنايع هوا و فضا و خودروسازي استفاده از هيدروفرمينگ براي آلومينيوم و منيزيم كاربرد بيشتري دارند.
كاربرد
همان طور كه در صفحات قبلي ذكر شد قطعات بدست آمده از هيدروفرمينگ كاربر وسيعي در صنايع خودرو سازي و هوافضا دارند. براي نمونه در توليد يك خودرد ميتوان قسمتهاي مختلفي از بدنه، شاسي ، محورها و ... را به روش هيدروفرمينگ تهيه نمود. اما از اين روش ميتوان براي مصارف ديگر مانند توليد انواع لوله ها، اگزوزها و ... كه نياز به ايجاد انواع پيچيدگي در طراحي وجود دارد نيز استفاده نمود.
در شكل زير ميتوان قسمتهاي متفاوتي از يك خودرو را مشاهده نمود كه توليد آن قطعات به روش هيدروفرمينگ بوده است
قطعات استفاده شده در توليد يك خودرو به روش هيدروفرمينگ. 1- پوسته بدنه 2- ميله فرمان 3- مونتاژ ميل لنگ 4- سيستم اگزوز 5- سيستم خنك كننده 6 -قالب رادياتور 7- تجهيزات ايمني 8- ياتاقان موتور 9- اعضاي متصل كننده 10- عضو تقاطعي 11- قالب قسمتهاي سازه اي 12- اعضاي محورها
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:57 |
بازدید : 1400 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
زبري سطوح
ماشينکاري خشن بر روي سطح قطعات، خطوط و تيزيهاي بر جاي ميگذارد که باعث تمرکز تنش ميشوند.
ساختن و تعمير کردن ابزارها و قالبها به روشهاي ماشينکاري، سنگ زني، ماشينکاري با تخليه الکتريکي (EDM) و جوشکاري انجام ميگيرد. براي يک قالبساز يا طراح قالب، لازم است که بداند اين فرايندها چه اثراتي ممکن است بر سختي، ساختار و متالورژي فولاد داشته باشند و چگونه ميتوان بر مشکلات احتمالي غلبه کرد.
قابليت ماشينکاري
قابليت ماشينکاري (Machinability) معياري براي سنجش آساني بردهبرداري از يک ماده است که بستگي به خواص اصلي ماده دارد و بعضي شرايط فرايند نيز بر آن تاثير ميگذارد. خواص ماده که بر قابليت ماشينکاري آن موثر هستند عبارتند از : سختي، استحکام کششي، ترکيب شيميايي، ريز ساختار، ميزان کار سرد که روي آن انجام شده است فرم، ابعاد و صلبيت.
شرايط فرايند نيز که بر قابليت ماشينکاري تاثير دارند عبارتند از: سرعت برشي، عمق برادهبرداري، فرم هندسيع ابزار برشي و ديگر پارامترهاي ماشينکاري با توجه به اين همه متغير موثر در قالب ماشينکاري، ارائه ارقامي به عنوان قابليت ماشينکاري براي يک ماده، تقريبي است و فقط براي مقايسه مواد با يکديگر به کار ميرود.
ترکيب شيميايي ماده
ترکيب شيميايي ماده بر ساختار، خواص مکانيکي و عمليات حرارتي آن ماده موثر است و بنابراين يک عامل مهم در سنجش قابليت ماشينکاري محسوب مي شود. اگر چه تاثير هر يک از عناصر موجود در ترکيب شيميايي، تحت تاثير عناصر و عوامل ديگر قرار دارد. ولي به طور کلي ميتوان اثرات هر يک از اين عناصر را در قابليت ماشينکاري مواد به شرح زير برشمرد:
· عناصر کار بايدساز (Carbide former) نظير کرم، تنگستن، موليبدن و واناديم باعث افزايش سختي ماده و کاهش قابليت ماشينکاري آن ميشود.
· نيکل و منگز، که در فريت حل ميشوند، باعث افزايش سختي و چقرمگي ماده شده و بنابراين قابليت ماشينکاري را کاهش مي دهند. البته اين اثرات را ميتوان با آنيل کردن کاهش داد.
· آلومينيم و سيليسيم ميتوانند آخالهاي سخت و سايندهاي درست کنند و باعث کاهش قابليت ماشينکاري ماده شوند و
· عناصر شيميايي گوگرد، سرب، فسفر، سلنيم و تلوريم تشکيل آخالهاي نرم در فولاد ميدهند که قابليت ماشينکاري را بهبود بخشند.
فرايندهاي انجام شده قبلي
فرايندهايي نظير تغيير شکل گرم (فورجينگ، نورد) تغير شکل سرد و عمليات حرارتي نيز بر قابليت ماشينکاري فولادها موثرند. به طور کلي يک ساختار دانه درشت براي انجام عمليات ماشينکاري بر روي فلزات مناسب است. البته در صورتي که لازم باشد به هنگام ماشينکاري، سطح فلز به خوبي پرداخت شود، بايد فلز داراي ساختار دانه ريز باشد. ابعاد دانهها را ميتوان با کنترل دماي آخرين عمليات قبل از ماشينکاري، به حد دلخواه رساند.
ساختار دانه درشت در فولادهاي کربني مطلوب است. ولي اين ساختار براي فولادهاي آلياژي مناسب نيست، زيرا قابليت سخت شدن فولاد افزايش يافته و فولاد پس از سرد شدن در عمليات تغيير شکل گرم، سخت خواهد شد. بدين ترتيب قابليت ماشينکاري فولادهاي آلياژي کاهش خواهد يافت مگر آن که قبل از ماشينکاري فولاد به خوبي آنيل شود.
تغيير شکل سرد در فولادهاي آلياژي باعث کاهش قابليت ماشينکاري آنها ميشود. زيرا اين فولادها به سرعت کار سخت ميشوند. همچنين بر روي اين فولادها نبايد عمليات خشن تراشي سنگين انجام داد. در غير اين صورت کار سخت خواهد شد. به علاوه فرم ابزار برشي نبايد به گونهاي باشد که سطح ابزار بر روي سطح فولاد ماليده شود، در غير اين صورت ميتوان برادهبرداري ابزار به شدت کاهي مييابد.
عمليات حرارتي اثرات قابل توجهي بر قابليت ماشينکاري فلزات دارد. مثلا فولادهاي کم کربن (با کربن کمتر از 0.1%) را در صورتي که آستنيته کرده (تا دماي آستنيت گرم کرد) و در آب کوئنچ نمود. ميتوان بهتر ماشينکاري کرد. با اين عمليات، نرمي اين فولاد کمتر شده و چسبندگي و اصطکاک فولاد بر روري ابزار برشي کاهي مييابد. فولادهاي با کربن متوسط (با ميزان کربن و عناصر آلياژي تا حد 0.4-0.5%) را معمولا قبل از ماشينکاري آنيل يا نرماليزه (Normalize) ميکنند تا زمينه فريتي فولاد (Frrite matrix) که معمولا در اين فولادها وجود دارد، تا حد امکان خرد شده و ساختار فولاد نيز دانه درشت شود. فولادهاي پر کربن ( با ميزان کربن و عناصر آلياژي تا حد 0.9-1.2% و بالاتر) بايد آنيل شوند تا شبکه کار بايدهاي آنها شکسته شده و يک ساختار کروي (Spheroidized) در آنها به وجود آيد تا قابليت ماشينکاري مطلوبي پيدا کند.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:57 |
بازدید : 1422 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
فلز ماده اي است که مي توان آن را صيقل داده و براق کرد، يا به طرح هاي گوناگون در آورد و از آن مفتول هاي سيمي ظريف تهيه کرد. فلز جسمي است که آزمايش هاي مربوط به گرما و مهم تر از همه جريان الکتريکي را به خوبي هدايت مي کند. فلزات با يکديگر فرق زيادي دارند، از جمله در رنگ و سختي و نرمي، تعدادي از آنها ممکن است به آساني خم شده و يا خيلي محکم و مقاوم باشند
? شکل واقعي فلزات
شکل واقعي فلزات به اندازه يون و تعداد الکترون هايي که هر يون در حوزه اشتراکي دارد و انرژي يون ها و الکترون ها بستگي دارد. هر قدر فلز گرمتر شود اين انرژي زيادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح هاي گوناگوني به خود بگيرند. يک فلز ممکن است در حرارت هاي مختلف، طرح هاي متنوعي را اختيار کند، اما در بيشتر آرايش ها، يون ها کاملاً پهلوي هم قرار دارند، و معمولاً تراکم در فلزات زيادتر از ديگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و ديگر جامدات و مايعات.فلزات هادي خوب برق هستند. چون الکترون هاي آنها براي حرکت مانعي ندارند. همه فلزات جامد و مايع گروهي الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادي هاي خوب الکتريسيته هستند. به اين سبب فلزات از ديگر گروه هاي عناصر، کاملاً متفاوت دارد.
اختلاف عمده فلزات و ديگر جامدات و مايعات، در توانايي هدايت گرما و الکتريسيته است. هادي خوب آزمايش هاي مربوط به گرما جسمي است که ذرات آن طوري تنظيم شوند که بتوانند آزادانه نوسان يافته و به ذرات مجاور خود نيز امکان نوسان آزاد را بدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سريع يون ها و الکترون ها است. در فلزات چون گروه الکترون ها، غبار مانند يون ها را احاطه مي کنند، طبعا هادي هاي خوبي براي حرارت هستند «رسانش گرمايي فلزات).
? مقاومت مکانيکي فلز
مقصود آن مقدار باري است که فلز مي تواند تحمل کرده، نشکند. بسياري از فلزات، وقتي گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گيرند، شکل خود را زيادتر از موقعي که سرد هستند، تغيير مي دهند. بسياري از فلزات در زير فشار متغيير مانند نوسانات، آسانتر از موقعي که سنگين باري را تحمل مي کنند، مي شکنند.
? علت درخشش فلزات
دليل اول آن است که با طرح ريزي و براق کردن صحيح مي توان فلزات را به شکل خيلي صاف تهيه کرد. گر چه آنها نيز تصاوير را خوب منعکس مي کنند، ولي ظاهر سفيد و درخشان بيشتر قطعات فلزي صيقلي شده را ندارند. بطور کلي جلا و درخشندگي فلز بستگي دارد به گروه الکترون هاي آن دارد.الکترون ها مي توانند هر نوع انرژي را که به روي فلزات مي افتد جذب کنند؛ زيرا در حرکت آزاد هستند. بيشتر انرژي الکترون ها از تابش نوري است که به آنها مي افتد، خواه نور آفتاب باشد يا نور برق. اکثر فلزات همه انرژي جذب شده را پس مي دهند، به همين دليل، نه تنها درخشان بلکه سفيد به نظر مي آيند.
? علت تغيير شکل فلزات
بسياري از فلزات در حرارت ويژه اي، آرايش يون هاي خود را تغيير مي دهند. با تغيير ترتيب آرايش يون هاي بسياري از خصوصيات ديگر فلز نيز دگرگون مي شود و ممکن است فلز کم و بيش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود يا اينکه انجام کار با آن آسان گردد. بسياري از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختي تغيير شکل مي پذيرند. بيشتر فلزات جامد را به زحمت مي توان در اثر کوبيدن به صورت ورقه و مفتو ل هاي سيم در آورده، ولي اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.
? جستارهاي وابسته
? آلياژ
? اجسام رسانا
? الکترون
? انبساط جامدات
? انتقال گرما
? جامد
? تنگستن
? رسانش الکتريکي فلزات
? فلزات مايع
? مقاومت مکانيکي
بسياري از قطعات آلومينيمي به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هايي شکل داده مي شوند که براي شکل دادن فلزاتي چون فولاد ، مس و غيره به کار مي رود اما در شکل دادن آلومينيم و آلياژهيا آن براي دستيابي به شکل مورد نظر بايد چندين مطلب مهم را در نظر گرفت از ميان خواص مشخص آلومينيم مي توان خواص زير را نامب رد آلومينم سطحي نرمتر از فولاد دارد آلومينيم در مقابل شيار ( شکاف ) حساس است آولومينم اگر تحت خمش قرار بگيرد تمايل قابل توجه اي در بر گشتنب ه حالت اوليه خود دارد ( فنريت بالا)آلومينيم ضريب انتساط حرارتي و قابليت حدايت حرارتي زيادي دارد سطح آلومينم به آساني آسيب مي بيند بنابراين توليدات نيمه تمام و قطعات تمام شده آلومينيم بايد در موقع جابه جايي کل شود و از اکسيژن يا شراندن آن بر روي ميز کار و کف زمين پرهيز کرد از آلودگي سطح فلزي آلومينيم با ذرات فلزات سنگين بايد پرهيز شود زيرا در صورت وجود رطوبت به خودگي آلومينيم کمک مي کند.
آلومينم داراي فنريت زيادي است وقتي آلومينيم خم يا تا شود قابليت انعطاف ( فنريت ) خيره کننده در مقايسه با قابيت انعطاف ( فنريت ) فولاد معمولي از خود نشان مي دهد هر چه آلياژ سخت تر باشد فنريت آن بيشتر است برگشت پذيري را مي توان با خم کردن بيش از اندازه جبران کرد ولي مقدار صحيح و مطلوب آن براي کار مورد نظر را بايد از طريق آزمايش و خظا تعيين کرد فنريت زياد آلومينم در مقايسه با فولاد هب علت مدول الاستيکي نسبتا پايين آن است بيش از حد گرم کردن ماده آلومينيمي در دماهاي غير مجاز حتي به مدت بسيار کوتاه آسيب جبران ناپذيريبه فلز مي رساند آن قدر که بريا برازندگي آن با کار بايد آن را دوباره ذوب کرد بنابر اين در کليه عمليات کار گرم بايد دقت دما را کنترل کرد.اغلب عمليات شکل دادن آلومينيم در حالت سرد انجام مي گيرد زيرا وقتي پوفيلي با رويه نازک و روق هاي نازک حرادت داده مي شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نيروي لازم براي تغيير شکل آلومينيم کمتر از فولاد است نرمي آلومينيم به خود ماده ( نوع آلياژ ) و حالت آن بستگي دارد وضعيت آلومينيم مانند هر فلز ديگري در اثر کار سرد تغيير مي کند تاثير کار سرد بر آلومينم از اين قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر مي شود در قطعه تنش توليد مي شود اگر تغيير شکل از ظرفيت تغيير شکل پذيري فلز بيشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترين ماده آلومينيمي از نظر تغيير شکل و نرمي آلويمينم حالص آلومينيم تصفيه شده و آلياژ Al Mn در حالت نرم است.
آلومينيم خالص و آلياژهاي آلومينيم در حالت نيمه سخت و آلياژهاي پير سختي پذير در حالت نرم در حال کار پذير هستند گر چه کارپذيري آن ها کمتر از موادبيشتر شاد شده است آلياژ هاي آلومينيم در حالت سخت يا حالات کاملا پير سهت شده به مقدار کمي کار پذيرند و به طور کلي کارپذيري آنها بسيار مشکل است.آلياژ ها از آلومينيم شامل عنصر ليتيم توليد شده اند که اهميت ويژه اي در صنايع هوا – فضا يافته اند چگالي ليتيم ???% است نتيجتا چگالي آلياژ هاي Al Liمي تواند حدود ?? درصد کمتر از ديگر آلياژ هاي متداول آلويمنيم باشد اين وزن کم مي تواند باعث استخکام ويژه بسيار خوب اين آلياژ براي کاربرد هاي هوا – فضايي باشد آهنگ رشد ترک خستگي در اين آلياژها پايين است که باعث بهبود مقاومت خستگي و سفتي ( تافنس ) خوب آن آلياژ ها در دماهاي پايين مي شود.
آلياژ هاي Al Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپيما هاي نظامي و تجاري به کار مي روند. آلياژ ها از آلومينيم شامل عنصر ليتيم توليد شده اند که اهميت ويژه اي در صنايع هوا – فضا يافته اند چگالي ليتيم ???% است نتيجتا چگالي آلياژ هاي Al Liمي تواند حدود ?? درصد کمتر از ديگر آلياژ هاي متداول آلويمنيم باشد اين وزن کم مي تواند باعث استخکام ويژه بسيار خوب اين آلياژ براي کاربرد هاي هوا – فضايي باشد آهنگ رشد ترک خستگي در اين آلياژها پايين است که باعث بهبود مقاومت خستگي و سفتي ( تافنس ) خوب آن آلياژ ها در دماهاي پايين مي شود آلياژ هاي Al Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپيما هاي نظامي و تجاري به کار مي روند .
آلياژ ها از آلومينيم شامل عنصر ليتيم توليد شده اند که اهميت ويژه اي در صنايع هوا – فضا يافته اند چگالي ليتيم ???% است نتيجتا چگالي آلياژ هاي Al Liمي تواند حدود ?? درصد کمتر از ديگر آلياژ هاي متداول آلويمنيم باشد اين وزن کم مي تواند باعث استخکام ويژه بسيار خوب اين آلياژ براي کاربرد هاي هوا – فضايي باشد آهنگ رشد ترک خستگي در اين آلياژها پايين است که باعث بهبود مقاومت خستگي و سفتي ( تافنس ) خوب آن آلياژ ها در دماهاي پايين مي شود آلياژ هاي Al Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپيما هاي نظامي و تجاري به کار مي روند استکام بالاي آلياژهاي Al Li ناشي از قابليت آن ها براي پير سختي است مهمترين زمينه هاي کاربرد آلومينم در صنايع عبارتند از :? مصارف خانگي نظير ظروف ? مصارف ساختماني نظير در و پنجره ? مصارف تاسيساتي نظير لوله و اتصالات ? مصارف صنايع فضايي? مصارف اتومبيل سازي ? مصارف کشتي سازي بدنه پروانه پمپ ? مصارف تجاري و بسته بندي چاي مواد لبني ضخامت تا ?? ميکرون ? مصارف الکتريکي : نظير کابل ها .
بسياري از قطعات آلومينيمي به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هايي شکل داده مي شوند که براي شکل دادن فلزاتي چون فولاد ، مس و غيره به کار مي رود اما در شکل دادن آلومينيم و آلياژهيا آن براي دستيابي به شکل مورد نظر بايد چندين مطلب مهم را در نظر گرفت از ميان خواص مشخص آلومينيم مي توان خواص زير را نامب رد آلومينم سطحي نرمتر از فولاد دارد آلومينيم در مقابل شيار ( شکاف ) حساس است.
آلومينيوم اگر تحت خمش قرار بگيرد تمايل قابل توجه اي در بر گشتنب ه حالت اوليه خود دارد ( فنريت بالا)آلومينيم ضريب انتساط حرارتي و قابليت حدايت حرارتي زيادي دارد سطح آلومينم به آساني آسيب مي بيند بنابراين توليدات نيمه تمام و قطعات تمام شده آلومينيم بايد در موقع جابه جايي کل شود و از اکسيژن يا شراندن آن بر روي ميز کار و کف زمين پرهيز کرد از آلودگي سطح فلزي آلومينيم با ذرات فلزات سنگين بايد پرهيز شود زيرا در صورت وجود رطوبت به خودگي آلومينيم کمک مي کند آلومينم داراي فنريت زيادي است.
وقتي آلومينيم خم يا تا شود قابليت انعطاف ( فنريت ) خيره کننده در مقايسه با قابيت انعطاف ( فنريت ) فولاد معمولي از خود نشان مي دهد هر چه آلياژ سخت تر باشد فنريت آن بيشتر است برگشت پذيري را مي توان با خم کردن بيش از اندازه جبران کرد ولي مقدار صحيح و مطلوب آن براي کار مورد نظر را بايد از طريق آزمايش و خظا تعيين کرد فنريت زياد آلومينم در مقايسه با فولاد هب علت مدول الاستيکي نسبتا پايين آن است بيش از حد گرم کردن ماده آلومينيمي در دماهاي غير مجاز حتي به مدت بسيار کوتاه آسيب جبران ناپذيريبه فلز مي رساند آن قدر که بريا برازندگي آن با کار بايد آن را دوباره ذوب کرد بنابر اين در کليه عمليات کار گرم بايد دقت دما را کنترل کرد .
? انواع تغيير شکل:
بررسي مکانيزمهاي ايجاد ترک و مکانيزمهاي متفاوت رشد سريع يا در حد بحراني ترک و رشد آرام و پايينتر از رشد بحراني از اهميت ويژه صنعتي برخوردارند. بررسي فعل و انفعالات فيزيکي که به هنگام شکست روي ميدهد چندان ساده نيست، زيرا چگونگي ايجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کريستالي به جنس، ساختار شبکه کريستالي، ريزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عيب نيستند به نوع، اندازه و موقعيت عيب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگي خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسيم مي شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعويق انداختن شکست است.
? شکست نرم:
بسياري از فلزات و آلياژهاي آنها، به ويژه آنهايي که داراي شبکه fcc هستند، مانند آلومينيوم و آلياژهاي آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامي و پس از تغيير شکل پلاستيکي زياد به ازاي تنشي بالاتر از استحکام کششي ظاهر ميشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثير تنش کششي، ظاهر گشتن گلويي يا نازکي موضعي و ايجاد حفره هاي بسيار ريز در درون قسمت گلويي و اتصال آنها به يکديگر تا رسيدن به حد يک ترک ريز و رشد آرام ترک تا حد پارگي يا شکست نهايي است.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:55 |
بازدید : 1484 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
در عمليا ت سخت کردن فولاد پس از آستنيته کردن آن لازمست به سرعت تا دماي محيط کوئنچ شود. براي اين کار به يک محيط سردکننده نياز ميباشد. محيط هاي سرد کننده بر حسب ماهيت شان داراي سرعت هاي مختلفي ميباشند به عبارت ديگر قابليت و توانايي استخراج حرارت از قطعه در آنها متفاوت است . از اين رو آگاهي از قدرت سردکنندگي آنها در دستيابي به سختي مورد نياز ضروري است.
هدف از سخت کردن فولاد ها مارتنزيت کردن حداقل لايه سطحي آنهاست. بنابراين آهنگ سرد کردن بايد به گونه اي باشد که پرليت و بينيت به وجود نيايد. از آنجايي که ضخامت و ابعاد قطعه از پيش تعيين شده است . ضخامت پوسته ي مورد نياز براي سخت کردن بايد با انتخاب صحيح فولاد به محيط سرد کننده کنترل گردد. در عمل براي سخت کردن فولاد هاي کربني ساده از آب استفاده مي شود. هرچه فولاد آلياژي تر باشد محيط سرد کننده ي ملايمتري نياز مي باشد.
بطو کلي هر محيط سرد کننده يک منحني سرد کنندگي دارد که رفتار آن محيط را هنگام سرد کردن يک قطعه نشان مي دهد . اين منحني از رسم کردن تغييرات درجه حرارت به هنگام سرد شدن قطعه بر حسب زمان در سطح يا عمق قطعه بدست مي آيد و در واقع معياري براي مقايسه محيط هاي سرد کننده با يکديگر مي باشد .اين منحني داراي سه منطقه مي باشد که خصوصا ت هر يک به شرح زير است
منطقه A: (مرحله سرد شدن توسط فيلم بخار )
در اين مرحله حباب هاي گازي در اطراف قطعه را فرا گرفته و بصورت يک قشر پايدار عايق عمل مي کند. علت تشکيل اين منطقه اين است که حرارت موجود در سطح قطعهبيش از حرارت لازم جهت تشکيل بخار است . انتقال حرارت از قطعه به محيط در اين مرحله به آهستگي صورت مي گيرد . اين مرحله در آب بوضوح ديده مي شود در صورتيکه در محيط هاي آب نمک اين چنين نيست .
منطقه B: (سرد شدن در حين شکسته شدن فيلم بخار)
در اين مرحله سرعت سرد کنندگي محيط بسيار زياد است دماي سطح قطعه کاهش يافته و فيلم بخار شروع به شکسته شدن مي کند . مايع اطراف قطعه شديدا مي جوشد و قطعه با سرعت زياد سرد مي شود.نقطه جوش مايع تعيين کننده ي پايان اين مرحله است.
منطقه C:(سرد شدن توسط مايع )
هنگامي شروع مي شود که درجه حرارت سطح قطعه به نقطه ي جوش محيط رسيده باشد و جوششش مايع قطع گردد.
عوامل موثر در قدرت سرد کنندگي محيط هاي سرد کننده:
تلاطم:
تلاطم باعث افزايش قدرت سرد کنندگي محيط مي گردد.
درجه حرارت محيط سرد کننده:
هر چه درجه حرارت محيط زياد تر باشد قدرت سرد کنندگي کاهش مي يابد زيرا مرحله A طولاني تر و پايدارتر مي شود .از طرف ديگر بدليل کاهش انتقال حرارت قدرت سردکنندگي در ناحيه Cکاهش مي يابد.
شدت سرد کنندگي محيط سرد کننده را توسط پارامتر انتقال حرارت معادل که مشخص کننده شدت يا قدرت سرد کنندگي محيط است و توسط “H” نشان داده مي شود معين مي کنند . مقدار H را مي توان از معادله زير بدست آورد:
H=F/K
F= پارامتر اتنقال حرارت با واحد Btu/in*sec*F
K= هدايت حرارتي فولاد با واحد Btu /in*sec*F
از محيط هاي سرد کننده مورد استفاده مي توان به آب و هوا وحمام نمک و روغن اشاره کرد . قدرت سرد کنندگي آب زماني است که دماي آن بين 20 تا 40 درجه سانتيگراد است . البته از آنجا که قدرت سرد کنندگي آب در محدوده دما يي تشکيل مارتنزيت زياد است قطعه بطور همزمان تحت تاثير تنش هاي حرارتي و استحاله اي قرار مي گيرد که در نتيجه احتمال ترک خوردن و يا تاب برداشتن آن افزايش مي يابد .
روغن نسبت به آب محيط خنک کننده ي ملايمتري مي باشد و به اين دليل از آن به عنوان محيط سرد کننده در فولاد هاي کم آلياژاستفاده مي شود . ضخامت هاي نازک از فولاد هاي کم آلياژ تر و ضخامت هاي نسبتا ضخيم تر از فولاد هاي پر آلياژ را مي توان در هوا خنک کرد . يکي از مزاياي سرد کردن در هوا ناچيز بودن تغيير شکل و تاب برداشتن احتمالي قطعه و از معايب آن احتمال اکسيد شدن سطوح قطعه است .
حمام نمک بعنوان محيط سرد کننده استفاده مي شود اين حمام نمک شامل نسبت هاي مساوي نيتريت سديم و نيترات پتاسيم (K2No3 , NaNo3) مي باشد . که غالبا اين حمام نمک محيط سرد کننده ي مناسبي براي سخت کردن فولادها است که از سختي پذيري نسبتا خوبي برخوردار هستند وحمام هاي نمک ديگري نيز با ترکيبات شيميايي مختلف براي سرد کردن به کار مي روند.
نتايج حاصل از سرد کردن فولاده در يک محيط سرد کننده بستگي به دما و ميزان تلاطم محيط دارد.
دماي محيط سرد کننده بايد بطور مداوم کنترل شود . يکي از روش هاي گرم نگه داشتن محيطي مانند روغن استفاده از المان هاي الکتريکي مي باشد .
قطعات کوچک را مي توان داخل محيط سرد کننده حرکت داده و تلاطم لازم را ايجاد کرد اما در مورد قطعات بزرگ از پروانه پمپ جهت ايجاد تلاطم استفاده مي شود.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:55 |
بازدید : 1285 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
يك مقياس بندي قرار دادي براي ازمايش سختي سنج، توانايي يك ماده براي خراشيدن مواد ديگر با عدد سختي كمتر مي باشد. ماده اول نيز مي تواند توسط موادي كه عدد سختي آنها بالاتر باشد، خراشيده شود. اين موضوع ادامه مي يابد، به اين صورت كه موادي كه سخت تر باشند، مواد با سختي كمتر را مي توانند بخراشند.
يكي از مقياس هاي مشهور، مقياس «مو» (Mohs) مي باشد كه بيشتر مورد استفاده كاني شناسان قرار مي گيرد. در جدول مربوطه مقياس سختي «مو» نشان داده شده است.
با استفاده از جدول مقياس مو چنانچه ماده اي، ماده ديگري را بخراشد ولي ماده بعدي در جدول با سختي بيشتر را نتواند بخراشد، عدد سختي اين ماده، معدل سختي ماده اول و دوم خواهد بود. چنانچه ماده اي بتواند ماده كوارتز با عدد سختي 7 را بخراشد ولي ياقوت زرد با عدد سخت 8 را نتواند بخراشد، عدد سختي «مو» براي اين ماده 5/7 مي باشد.
با استفاده از دستگاه سلرومتر مي توان مقادير فشار لازم براي ايجاد يك خراش با اندازه معين و يا اندازه يك خراش ايجاد شده توسط يك سوزن تحت اثر يك نيروي ثابت را اندازه گيري نمود.
استاندارد نمودن آزمايشات با سلرومتر و اجراي آن بسيار مشكل است. به منظور بازرسي و يا كنترل كيفيت فولادهاي سخت كاري شده، آزمايش با سوهان در سطح وسيعي استفاده مي شود.
چنانچه ماده اي بتواند ماده كوارتز با عدد سختي 7 را بخراشد ولي ياقوت زرد با عدد سخت 8 را نتواند بخراشد، عدد سختي «مو» براي اين ماده 5/7 مي باشد. با استفاده از دستگاه سلرومتر مي توان مقادير فشار لازم براي ايجاد يك خراش با اندازه معين و يا اندازه يك خراش ايجاد شده توسط يك سوزن تحت اثر يك نيروي ثابت را اندازه گيري نمود. استاندارد نمودن آزمايشات با سلرومتر و اجراي آن بسيار مشكل است. به منظور بازرسي و يا كنترل كيفيت فولادهاي سخت كاري شده، آزمايش با سوهان در سطح وسيعي استفاده مي شود. بازرسين و يا كاربران آزمايشگاه، يك سوهان را بر روي سطح قطعه مي كشند، سوهان از روي قطعات سخت كشيده شده و عبور مي نمايد ولي بر روي سطح قطعات نرم، شيار ايجاد مي نمايد. لذا با ازمايش سوهان، قطعات مورد قبول ويا مردود، مشخص مي شوند.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:54 |
بازدید : 1325 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
محاسبه سختي مواد با استفاده از نسبت بار وارده به سطح فرو رفتگي (مثل آزمايش برينل) شامل ساير آزمونها نيز مي گردد كه يكي از آنها آزمايش تعيين سختي به طريقه و يكرز مي باشد. در اين ازمايش از يك دندانه الماسه كوچك، به شكل هرم مربع القاعده استفاده مي گردد كه زاويه نوك آن 136 درجه و بار وارده از 5 تا 120 كيلوگرم با تقسيمات 5 كيلوگرمي مي تواند تغيير نمايد.
به منظور اجراي آزمايش، قطعه نمونه را روي سندان قرار داده و به وسيله يك پيچ، سندان به سمت بالا حركت مي نمايد تا قطعه دقيقا نزديك نوك دندانه قرار گيرد. سپس با آزاد كردن اهرم شروع كننده آزمايش، يك بازوي سنگين كه نسبت آن 20 به يك مي باشد، رها شده و وزن بازو به ارامي بر روي وارد مي آيد و سپس بازو به محل اوليه بر مي گردد. آماده كرده مجدد دستگاه براي ازماي، به وسيله فشار دادن يك پدال پايي انجام مي شود. پس از آنكه سندان به پايين آورده شده يك ميكروسكوپ بر روي قطعه قرار گرفته و قطر مربع فرور فتگي با دقت 001/0 ميلي متر اندازه گرفته مي شود. در صورت لزوم از ساچمه اي به قطر 1 يا 2 ميلي متر به عنوان دندانه نيز مي توان استفاده نمود. از دستگاه و يكرز اصولا در پژوهشها استفاده مي شود، يكي از مزاياي دستگاه و يكرز كه بعضي از كاربران اين دستگاه به آن اعتراف كرده اند، دقت اندازه گيري ابعاد فرو رفتگي حاصله است. اندازه گيري قطر يك مربع، بسيار دقيق تر از اندازه گيري قطر يك دايره است زيرا براي اندازه گيري قطر دايره بايستي فاصله دو خط مماس بر دايره اندازه گرفته شود. روش ويكرز، نسبتاض سريع بوده و با آن مي توان سختي نمونه هاي نازك تا 006/0 اينچ ضخامت را اندازه گرفت. گفته شده است كه تا محدوده 1300 درجه سختي (تقريباَ 150 درجه سختي برينل) نتايج اين روش داراي دقت مطلوب مي باشد. به نظر مي رسد كه امكان مسطح شدن دندانه دستگاه و يكرز كمتر از دندانه برينل باشد. از معايب آزمايش ويكرز اين است كه اين آزمايش، مخرب بوده و سرعت اجراي آنم كمتر از ازمايش برينل و راكول است و سطح قطعه نمونه را بايستي قبل از آزمايش پرداخت نمود كه اين كار وقت زيادي را مي گيرد. اگرچه آزمايش ويكرز بسيار دقيق تر از راكول و برينل است ولي قيمت دستگاه آن نيز بسيار گرانتر مي باشد. در مقابل، نتايج ازمايش ويكرز در سطح وسيعي از صنايع پذيرفته شده است. عدد سختي دستگاه ويكرز با دندانه الماس هرمي شكل، كه به صورت خلاصه، DPH نوشته مي شود، از فرمول زير محاسبه مي شود.
كه در اين فرمول، DPH عبارتست از عدد سختي و يكرز با دندانه الماسه هرمي شكل برحسب كيلوگرم بر ميلي متر مربع، P بار وارده بر حسب كيلوگرم و d قطر مربع فرو رفتگي برحسب ميلي متر است.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:53 |
بازدید : 1409 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
آزمايش راكول:
آزمايش سختي راكول شبيه آزمايش برينل است كه در آن عدد سختي، نسبتي از بزرگي حفره اي است كه توسط يك دندانه(عمق نفوذ) و با وارد آوردن يك بار ثابت معين بر روي قطعه نمونه بوجود مي آيد. آزمايش راكول با آزمايش برينل از نظر اصول متفاوت است، زيرا در آزمايش راكول سه نوع بار و دندانه مختلف را مي توان انتخاب نمود.
اختلاف آزمايش راكول با آزمايش برينل در كوچكتر بودن بار وارده و شكل دندانه ايجاد كننده حفره است و در نتيجه حفره ايجاد شده كوچكتر و كم عمیق تر خواهد بود. بنابراين طيف كاربرد آن وسيعتر از آزمايش برينل و انجام آن سريعتر مي باشد چون مي توان مستقيماَ قرائت عدد سختي را انجام داد.
شكل زیر، يك نمونه از دستگاه سختي سنج راكول و دندانه آنرا نشان مي دهد.
دندانه فرو رونده يا نفوذ كننده ممكن است يك ساچمه فولادي سخت شده به قطر اينچ يا اينچ بوده و يا يك مخروط الماسه با زاويه 120 درجه كه نوك مخروط آن گرد شده و بريل ناميده مي شود، باشد. عدد سختي كه روي نشانگر مدرج مي توان قرائت نمود، يك عدد دلخواه قراردادي است كه به طور معكوس با عمق حفره ايجاد شده، متناسب مي باشد. مقياس بكار رفته براي آزمايش، نشان دهنده بار وارده و نوع دندانه استفاده شده مي باشد.
آزمايش سختي سنجي سطحي راكول
بعضي از دستگاههاي آزمايش راكول، به صورت خاص براي تعيين سختي سطح ساخته شده اند. اين آزمايش براي تعيين سختي سطح قطعاتي طراحي شده است كه در آن فقط يك فرو رفتگي سطحي و كم عمق، مورد نظر مي باشد. دستگاههاي آزمايش سختي سنجي سطحي از لحاظ اصول كاركرد، بادستگاههاي معمولي راكول يكسان مي باشند هر چند اين دستگاهها، نيروهاي كوچك تر و سبكتري را مورد استفاده قرار داده و داراي سيستم هاي دقيق تري جهت اندازه گيري عمق فرو رفتگي مي باشند. دستگاههاي آزمايش سختي سنجي سطحي راكول مي توانند بار كوچكي به مقدار 3 كيلوگرم و بارهاي بزرگي به مقدار 15، 30 يا 45 كيلوگرم را به كار ببرند. يك درجه بر روي نشانگر داراي دندانه هايي مشابه با ساير دستگاههاي سختي سنج راكول مي باشند. آزمايش راكول هم مثل آزمايش برينل داراي مزايا، معايب و محدوديت هايي مي باشد. آزمايش راكول يك آزمايش دقيق و حساس است و مي توان آن را سريع اجراء نمود و نتيجه را مستقيماَ از روي دستگاه قرائت نمود، بدون اينكه نياز به محاسبه داشته باشد. اين آزمايش مانند آزمايش برينل در سطح جهاني مورد قبول قرار گرفته است.
آزمايش راكول يك ازمايش معتبر است كه هر كس مي تواند آن را انجام داده و نتايج يكساني را بر روي يك نمونه بدست آورد و بستگي به مهارت اپراتور ندارد.
آزمايش راكول را بر روي طيف وسيعي از مواد گوناگون مي توان انجام داده و سختي آنها را بدست آورد. معايب آزمايش راكول بسيار شبيه آزمايش برينل است. دستگاه آزمايش نسبتاَ گران و مناسب استفاده در خارج از آزمايشگاه نبوده و ازمايش عموماَ مخرب محسوب مي شود.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
|
سهشنبه 02 اردیبهشت 1393 ساعت 16:53 |
بازدید : 1303 |
نویسنده :
metallurgyy
| ( )
|
معمولاَ اصطلاح سختي به خاصيت اجسام در مقابل نفوذ جسم ديگري به سطح آنها و ميز ان مقاومت و نفوذپذيري آنها اطلاق مي شود.
رايج ترين آزمايش سختي، مشتمل بر حركت يك جسم نفوذ كننده و يا فرو رونده بداخل جسم مورد آزمايش و ثبت نيروي لازم براي اين كار و يا اندازه گيري مقدار فرو رفتگي در برابر يك نيروي معين مي باشد، كه اين ازمايش، آزمايش سختي فرو روندگي ناميده مي شود. چنانچه جرم معيني از يك ارتفاع مشخص بر روي سطح قطعه(که خاصيت الاستيک زيادي دارد) مورد آزمايش انداخته شود و مقدار واجهش آن جرم معين اندازه گرفته شود، به اين آزمايش، آزمون سختي واجهشي گفته مي شود. ساده ترين نوع سختي سنجي، خراشيدن سطح جسم نمونه به وسيله يك سوهان مي باشد. مقدار خراشهاي ايجاد شده از نظر كمي و كيفي نشان دهنده ميزان سختي نسبي جسم خواهد بود. مقدار ساييدگي سطح جسم تحت شرايط تعيين شده، به عنوان سختي سايشي و مقاومت در مقابل سايش ناميده مي شود.
اصول
اصول سختي سنجي بر پايه اندازه گيري مقاومت جسم در مقابل فرو رفتگي است كه اساس و مبناي دستگاههاي اندازه گيري مختلف مي باشد. ابزار فرو رونده، در جسم، در آزمون سخت سنجي ممكن است به صورت ساچمه، مخروط ناقص، يك سطح و يا هرم باشد كه معمولا از فولاد سخت يا الماس ساخته شده و تحت يك نيروي ايستا (استاتيك) بكار برده مي شود.
در سختي سنجي فرو روندگي، به دو طريق ممكن است سختي را اندازه گيري نمود. يا باري كه بايستي تا عمق معيني فرو رفتگي را ايجاد نمايد، اندازه گيري مي شود و يا مقدار گودي ايجاد شده توسط يك بار مشخص اندازه گرفته خواهد شد. در آزمايش واجهش ، يك بار متحرك و يا ضربه اي بر روي سطح قطعه مورد آزمايش انداخته مي شود.
مقدار واجهش اندازه گرفته شده، سختي قطعه مورد آزمايش را نشان مي دهد. شايد متداول ترين آزمايش هاي سختي سنجي بر روي فلزات، آزمونهاي برينل و راكول باشد، هر چند انواع آزمايشات سختي سنجي ديگري نيز امروزه با توجه به زياد شدن فولادهاي سخت و سخت تر شدن سطوح فولادها مورد استفاده قرار گرفته اند.
اين آزمايشات شامل سختي سنج شور، و يكرز، مونوترون (آزمايش با گلوله الماس)، راكول سوپرفيشيال (سختي سطحي راكول) و سختي سنج هربرت مي باشد.
همچنين لزوم تعيين سختي قطعات بسيار نازك، قطعات بسيار ريز و تعيين گراديان سختي (افت نسبي سختي) در فواصل بسيار كم و در لايه هاي نازك، سبب ابداع دستگاههاي ريز سختي سنج ها مثل ريز سختي سنج توپ شده است. در ادامه، چند نمونه از دستگاههاي سختي سنج و نحوه آزمايش با آنها، به عنوان نمونه و مثالي از روش، اصول و تجهيزاتي كه در تعيين سختي مواد كاربرد دارند، شرح داده مي شود.
تجهيزات و روش
آزمايش برينل:
يكي از قديمي ترين آزمايشات سختي سنجي، آزمايش برينل مي باشد. اين آزمايش، يك آزمون سختي سنجي ايستايي مي باشد كه عبارتست از فشردن يك ساچمه فولادي سخت بر روي سطح يك قطعه نمونه.
در اين آزمون معمولاَ از يك ساچمه به قطر 10 ميلي متر از جنس فولاد سخت و يا كربور تنگستن، براي اعمال يك بار بر روي سطح ماده استفاده مي شود كه براي فلزات سخت، مقدار بار 3000 كيلوگرم، براي فلزات نيمه سخت 1500 كيلوگرم و براي نرم 500 كيلوگرم و يا كمتر مي باشد.
تفاوت انواع مختلف اين دستگاهها به شرح زير است:
1-روش وارد آوردن بار، به عنوان مثال اعمال نيرو توسط فشار روغن، چرخ دنده و پيچ و يا استفاده از اهرم و وزنه.
2-روش اجراي عمليات، به عنوان مثال استفاده از نيروي دست و يا نيروي ماشين.
3-روش اندازه گيري بار وارده، به عنوان مثال استفاده از پيستون و وزنه، فشار سنج بوردون، نيروسنج و يا اهرم و وزنه.
4-اندازه دستگاه، براي مثال دستگاه بزرگ و يا دستگاه كوچك (سيار و قابل حمل).
آزمايش برينل را مي توان توسط يك دستگاه آزمون عمومي (يونيورسال) با اضافه كردن يك مبدل مناسب كه ساچمه را نگهدارد، انجام داد. آزمايش بر روي ورق هاي فلزي را مي توان با استفاده از ابزارهاي دستي مثل انبردست و ساچمه هايي به قطر اينچ و گيره فنري با قدرت 22 پوند انجام داد. براي انجام آزمايش برينل، قطعه نمونه را بر روي سندان قرار داده و سندان را بالا مي برند به طوري كه يا ساچمه مماس شود. پمپ نمودن روغن به داخل سيلندر اصلي، سبب اعمال يك نيروي رو به پايين به پيستون اصلي دستگاه و در نتيجه فشار وارد آوردن بر روي ساچمه مي شود. اين فشار باعث فرو رفتن ساچمه بر روي سطح قطعه مورد آزمايش مي گردد. پيستون كاملاَ روان، كار مي نمايد لذا تلفات اصطكاك قابل چشم پوشي است. با نصب يك فشار سنج بوردون، مقدار تقريبي بار وارده نشان داده مي شود. هنگامي كه بار وارده، به مقدار مورد نظر برسد، وزنه تعادل بالاي دستگاه با عمل يك پيستون كوچك، به بالا كشيده مي شود. اين عمل به منزله ضامن اطميناني است كه بار زيادي بر روي ساچمه وارد نشود. در آزمايشات استاندارد، قطر حفره ايجاد شده توسط ساچمه، به وسيله يك ميكروسكوپ ميكرومتر و يا ميكروسكوپ برينل كه يك صفحه شفاف مدرج در ميان ديد آن مي باشد، اندازه گرفته مي شود. آزمايش برينل معيار خوبي براي اندازه گيري سختي مي باشد ولي داراي محدوديت هايي است. يكي از اين محدوديت ها، مناسب نبودن آن براي مواد بسيار سخت مي باشد. در اين موارد، ساچمه اكثراَ تغيير شكل مي دهد. همچنين براي قطعات خيلي نازك كه احتمالاَ عمق حفره ايجاد شده بيشتر از ضخامت قطعه باشد، اين روش مناسب نمي باشد. يكي ديگر از محدوديت ها، مناسب نبودن آن براي قطعاتي است كه سطح آنها سخت شده باشد. در اين موارد ممكن است عمق حفره ايجاد شده از ضخامت لايه سخت شده بيشتر باشد، و در نتيجه نرمي مغز قطعه، نتيجه آزمون را بي اعتبار نمايد. در آزمايشات استاندارد، بار كامل بمدت 30 ثانيه بر روي فلزات آهني و 60 ثانيه بر روي فلزات نرمتر وارد مي آيد. عدد سختي برينل، مقدار اسمي فشار بر واحد سطح حفره ايجاد شده برحسب كيلوگرم بر ميليمتر مربع مي باشد. اين عدد با تقسيم بار وارده بر سطح حفره ايجاد شده كه كره در نظر گرفته مي شود محاسبه مي گردد. مقدار بار وارده و قطر حفره ايجاد شده در فرمول زير قرار داده مي شود:
كه در اين فرمول BHN عدد سختي برينل (كيلوگرم بر ميلي مترمربع)، L مقدار بار اعمال شده (به كيلوگرم)، D قطر ساچمه (ميلي متر) و d قطر حفره ايجاد شده به ميلي متر مي باشد. به منظور آزادي عمل قابل قبول در ازمايشات، اين اعداد به گونه اي انتخاب شده اند كه با يكديگر همپوشي داشته باشند. ضخامت قطعات نمونه جهت آزمايش نبايستي كمتر از ده برابر عمق حفره ايجاد شده باشد. چنانچه قطعات نازكتر بعنوان نمونه مورد آزمايش قرار گيرند، عدد سختي بدست آمده، در حقيقت عدد سختي اندازه گيري شده مربوط به سندان زير قطعه مورد آزمايش مي باشد. آزمايش برينل داراي محدوديت ها و معايبي نيز مي باشد. يكي از اين معايب اين است كه اين آزمايش، مخرب مي باشد، زيرا بر روي نمونه آزمايش ، حفره اي بر جا مي ماند. در بيشتر موارد باقي ماندن اين حفره، قطعه را غيرقابل استفاده مي نمايد. از طرف ديگر اكتريت دستگاه هاي آزمايش برينل سنگين هستند (بيشتر از 200 پوند) كه باعث ايجاد اشكال در جابجايي و تحرك گرديده و مناسب استفاده در خارج از آزمايشگاه نمي باشد. همچنين دستگاه برينل نسبت به ساير دستگاه ها گرانتر مي باشد. براي مثال يك دستگاه برينل ساده با متلقات و ميكروسكوپ، معمولاَ بيش از 5000 دلار قيمت دارد. از طرف ديگر اين آزمايش يك آزمايش نظري است كه عواملي مثل آموزش كاربران، تجربه و استعداد آنها در اندازه گيري ابعاد حفره ايجاد شده، ممكن است در نتايج آزمايش اثر داشته باشد. اگرچه اين اثرات معمولا كم است، ولي نتايج خوانده شده توسط دو نفر از كاربران بر روي يك قطعه نمونه و در يك آزمايش، ممكن است به طور متوسط تا 10 درصد اختلاف داشته باشد. هم چنين لزوم محاسبه شده عدد برينل (BHN) بجاي خواندن مستقيم، يك محدوديت و نقص محسوب مي شود.
از طرفي آزمايش برينل هم محاسني دارد، چون قدمت آن زياد و كاملاَ جا افتاده است، بيشتر مردم با آن آشنايي داشته و عموماَ نتايج آزمايشات برينل، در صنايع مورد قبول واقع گرديده است. اين آزمايش را مي توان سريع و معمولا در كمتر از دو دقيقه انجام داد. صرفنظر از قيمت و هزينه اوليه دستگاه، انجام آزمايش معمولا ارزان تمام مي شود و در نهايت وجود نقايص دروني مواد از جمله وجود يك نقطه سخت و يا يك حفره ، اثر بزرگي در نتيجه آزمايش برينل نخواهد داشت.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید