پیش‌نویس:تست سختی‌پذیری ( تست جامینی )
کسب اطلاعات لازم در مورد سختی پذیری فولادها برای انتخاب عناصر آلیاژی مناسب و عملیات حرارتی مناسب برای به حداقل رساندن تنش های حرارتی و اعوجاج در قطعات تولیدی با اندازه های مختلف ضروری است. [۱]
تست سختی‌پذیری(یا همان تست جامینی) روشی استاندارد برای اندازه گیری سختی پذیری فولادها می‌باشد. این ازمون توانایی فولاد برای سخت شدن در اعماق مختلف پس از کوئنچ کردن را توصیف می‌کند. سختی به ترکیب شیمیایی فولاد بستگی داشته و همچنین می تواند تحت تأثیر عملیات‌های حرارتی قبلی قرار گیرد.درک اطلاعات اولیه ارائه شده از این آزمایش نه تنها ضروری است، بلکه می توان از اطلاعات به دست آمده از آزمایش جامینی، به‌منظور درک اثرات آلیاژسازی و تاثیرات ریزساختاری در فولادها استفاده می‌شود.[۲]
سختی و سختی‌سختی‌پذیری ویرایش
یکی از مهمترین خواص مواد سختی است. سختی مقاومت یک ماده را در برابر نفوذ عامل خارجی توصیف می کند. در فولادها، مقدار سختی به عوامل زیادی مانند غلظت کربن، عناصر آلیاژی و سرعت سرد شدن در طی فرآیند سخت شدن بستگی دارد. حداکثر سختی در فولادها با تولید یک ساختار کاملا مارتنزیتی به دست می آید. این کار را می توان با آستنیته کردن فولاد و سپس سریع سرد کردن آن انجام داد. در طول فرایند آستنیته شدن، تمام رسوبات در فاز زمینه حل شده و فاز فریت به فاز آستنیت تبدیل می شود. سرد کردن ناگهانی این ساختار باعث تبدیل آستنیت به مارتنزیت می شود. این دگرگونی آنقدر سریع است که زمانی برای خروج کربن از دانه های آستنیت یا تشکیل فازهای کاربیدی وجود ندارد. فاز مارتنزیت بسیار سخت و مستحکم و در عین حال بسیار شکننده است.[۳]
یکی دیگر از ویژگی های مهم مواد سختی پذیری است. سختی‌پذیری توانایی مواد را برای سخت شدن در عمق زیاد بیان می‌کند. به تعبیر دیگر، اگر قسمت معینی از قطعه سریع سرد شود، تا چه عمقی از ماده تمام فاز آستنیت به فاز مارتنزیت تبدیل می‌گردد. هرچه این عمق بیشتر باشد سختی‌پذیری ماده نیز بیشتر خواهد بود. هنگامی که یک جزء فولادی ضخیم از دمای سخت شدن خود کوئنچ می شود، هسته داخلی قطعه نسبت به لایه های سطحی که در تماس با محیط پیرامونی هستند، زمان بیشتری نیاز دارد تا خنک شود. این موضوع منجر به تغییر در سختی در بخش‌های مختلف قطعه‌ی فولادی می شود و این تغییر جرم در سختی به عنوان (اثر جرم) نامیده می شود. امکان دارد که این اثر جرمی در فولاد ساده کربنی با افزودن عناصر آلیاژی به فولاد مانند بور، نیکل، کروم، مولیبدن و ... تا حدودی برطرف شود. اما عدم یکنواختی ساختار و سختی در فولادها (از سطح تا عمق)، می تواند سایر خواص مکانیکی را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. فولادهایی که سختی‌پذیری بالایی دارند برای ساخت قطعات بزرگ با استحکام بالا و مقاوم در برابر سایش (مانند پیچ های اکسترودر برای فرایند تزریق پلاستیک، پیستون برای سنگ شکن ها، تکیه گاه شفت دستگاه‌های حفاری معدن و قسمت‌های زیرین هواپیما) و همچنین اجزای کوچک و با دقت بالا (مانند قالب‌های شکل‌دهی ورق) مورد نیاز هستند. قالب های ریخته گری، مته ها و پرس‌هایی که برای فرایند ضرب سکه به کار می‌روند همگی از موادی ساخته شده اند که سختی پذیری بالایی دارند. سرعت خنک کردن کمتر نیز می تواند برای فولادهایی با قابلیت سختی‌پذیری بالا استفاده شود. در این‌صورت می توان تنش های پسماند و اعوجاج به‌وجود آمده در قطعه را کاهش داد. فولادهایی که سختی پذیری پایینی دارند ممکن است برای اجزای کوچکتر مانند سکه و قیچی یا برای قطعات سخت شده سطحی مانند چرخ دنده ها استفاده شود، جایی که تمایل به حفظ ریزساختار فریتی یا پرلیتی در هسته برای بهبود چقرمگی وجود دارد.[۴]
روش انجام تست جامینی ویرایش
سختی پذیری الیاژهای آهنی (فولاد یا چدن) را می توان با آزمایش خاصی به نام تست جامینی (تست سختی‌پذیری) بررسی کرد.در ابتدا نمونه‌ی فولادی مدنظر با کمک گرفتن از دستگاه CNC تحت فرایند ماشینکاری قرار گرفته و به ابعاد استاندارد (استوانه‌ای به طول ۱۰۰ میلی‌متر و قطر ۴ اینچ) می‌رسد. که در آن یک نمونه فولادی گرم شده (با ریزساختار آستنیتی) در یک قاب به موقعیت خود رها می شود و با پاشیدن یک جت استاندارد از پیش تنظیم شده آب در انتهای پایین آن به‌سرعت سرد می شود. نمونه استاندارد در انتهای خود خیلی سریع سرد می شود. به تدریج بخش‌های دیگر قطعه نیز هم با سرعتی کمتر خنک می‌شوند.هنگامی که دمای قطعه تا حد قابل ملاحظه‌ای کاهش یافت، با استفاده از دستگاه سنگ‌زنی، یک لایه از آن برای مطالعات سختی‌سنجی برداشته می‌شود. [۵]
مطالعات ریزساختاری به کمک تست جامینی ویرایش
آزمایش سختی سنجی (تست جامینی) اثرات ریزساختاری مانند اندازه دانه و نوع و درصد عناصر آلیاژی را بر سختی پذیری فولادها اندازه گیری می کند.اصلی‌ترین عنصر آلیاژی که بر سختی پذیری تأثیر می گذارد، کربن می‌باشد. گروهی از عناصر شامل کروم، منگنز، مولیبدن، سیلیسیم، نیکل و بور نیز می‌توانند بر افزایش سختی‌پذیری فولاد موثر باشند.
کربن: درصد کربن موجود در فولاد سختی فاز مارتنزیت را کنترل می کند. افزایش محتوای کربن باعث افزایش سختی فولادها تا حدودی می شودکربن 0.6 درصد وزنی با این حال، در سطوح کربن بالاتر، دمای بحرانی برای تشکیل مارتنزیت به دماهای پایین‌تر کاهش می‌یابد. هنگامی که فولاد تا دمای اتاق خاموش شود، ممکن است تبدیل از آستنیت به مارتنزیت ناقص باشد، که منجر به حفظ آستنیت می شود. این ریزساختار مرکب مارتنزیت و آستنیت منجر به سختی فولاد کمتری می‌شود، اگرچه سختی فاز مارتنزیت هنوز بالاست. کربن همچنین با به تاخیر انداختن تشکیل پرلیت و فریت، سختی پذیری فولادها را افزایش می دهد. کاهش سرعت این واکنش باعث تشکیل مارتنزیت با سرعت خنک‌تر شدن می‌شود. با این حال، اثر بسیار کوچک است که معمولاً برای کنترل سختی پذیری استفاده نمی شود. علاوه بر این، فولادهای با کربن بالا در طول عملیات حرارتی مستعد اعوجاج و ترک هستند و ممکن است ماشینکاری در شرایط آنیل شده قبل از عملیات حرارتی دشوار باشد. کنترل سختی پذیری با استفاده از عناصر دیگر و استفاده از سطوح کربن کمتر از 0.4 درصد وزنی رایج تر است.
سایر عناصر آلیاژی:
کروم، مولیبدن، منگنز، سیلیسیم، نیکل و وانادیم تبدیل فاز از آستنیت به فریت و پرلیت را به تاخیر می اندازند. متداول ترین عناصر مورد استفاده کروم، مولیبدن و منگنز هستند. این تاخیر به دلیل نیاز به توزیع مجدد عناصر آلیاژی در طول تبدیل فاز انتشار از آستنیت به فریت و پرلیت به‌وجود می‌آید.حلالیت عناصر بین فازهای مختلف متفاوت است و سطح مشترک بین فاز در حال رشد جدید نمی تواند بدون انتشار عناصر به آرامی حرکت کند. برهم‌کنش‌های کاملاً پیچیده‌ای بین عناصر مختلف وجود دارد که بر دمای تبدیل فاز و ریزساختار حاصل نیز تأثیر می‌گذارد. بنابراین، ترکیبات فولاد آلیاژی، گاهی اوقات بر حسب پارامتری تحت عنوان کربن معادل توصیف می‌شوند که میزان تأثیر همه عناصر بر سخت‌شدگی را توصیف می‌کند. فولادهایی با درصد کربن یکسان دارای سختی پذیری مشابهی هستند.
بور: بور یک عنصر آلیاژی بسیار قوی است، معمولاً به 0.002-0.003 درصد وزنی نیاز دارد تا اثر معادل 0.5 درصد وزنی مولیبدن داشته باشد. تأثیر بور مستقل از مقدار بور است، مشروط بر اینکه به مقدار کافی اضافه شود. تأثیر بور در صورت حضور مقدار کربن کمتر بیشتر خواهد بود. به همین علت در فولادهای ساده کربنی به میزان درخور توجهی از آن استفاده می شود. بور میل ترکیبی بسیار قوی با اکسیژن و نیتروژن دارد که با آن ترکیباتی را تشکیل می دهد. بنابراین، بور تنها زمانی می تواند بر سختی پذیری فولادها تأثیر بگذارد که در فاز محلول باشد. این امر مستلزم افزودن عناصر گیرنده مانند آلومینیوم و تیتانیوم است تا ترجیحاً با اکسیژن و نیتروژن موجود در فولاد واکنش نشان دهند.
اندازه دانه: افزایش اندازه دانه آستنیت باعث افزایش سختی پذیری فولادها می شود.جوانه‌زنی دانه‌های جامد فریت و پرلیت در مکان های ناهمگن مانند مرزهای دانه آستنیت اتفاق می افتد. بنابراین، افزایش اندازه دانه آستنیت، مکان‌های جوانه‌زایی موجود را کاهش می‌دهد، این موضوع تبدیل فاز فریت/پرلیت را به تاخیر می‌اندازد. این روش افزایش سختی پذیری به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد زیرا افزایش قابل توجهی در سختی پذیری نیاز به اندازه دانه آستنیت بزرگ دارد که از طریق دماهای آستنیته بالا به دست می آید. ریزساختار حاصل کاملاً درشت و با چقرمگی و شکل‌پذیری کاهش یافته است. با این حال، اندازه دانه آستنیت می تواند تحت تأثیر سایر مراحل در پردازش فولاد قرار گیرد. بنابراین سختی پذیری یک فولاد به مراحل قبلی استفاده شده در تولید آن نیز بستگی دارد.
همچنین ببینید ویرایش
پانویس ویرایش
- ↑ Callister، William D؛ David، Jr؛ Rethwisch، G (۲۰۱۰). Materials Science and Engineering-An Introduction (ویراست ۱۰). John Willey & Sons.
- ↑ Shackelford، J.F (۲۰۱۰). Introduction to Material Science for Engineering (ویراست ۷). New Jersey: Pearson Education.
- ↑ Budinski، K.G؛ Budinski، M.K (۲۰۱۰). Engineering Materials. New Jersey: Pearson Education.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.
- ↑ Higgins، R.A (۱۹۹۴). Properties of Engineering Materials. Industrial Press Inc.
منابع ویرایش
 | در انتظار بازبینی. لطفاً شکیبا باشید.
این ممکن است بیش از شش ماه زمان ببرد؛ چرا که بازبینی پیش‌نویس‌ها هیچ ترتیب مشخصی ندارد. در حال حاضر ۳۰۱ مقالهٔ ثبت‌شده در انتظار برای بازبینی هستند.
جایی که می‌توانید کمک بگیرید
چگونگی بهبود یک پیش‌نویس
همچنین می‌توانید با کنکاش در ویکی‌پدیا:مقاله‌های برگزیده و ویکی‌پدیا:مقاله‌های خوب نمونه‌هایی از بهترین نوشتارها با موضوعی مشابه مقالهٔ مورد نظر خودتان را بیابید. شانس بیشتر برای یک بازبینی سریع برای این که شانس بازبینی سریع مقاله‌تان بیشتر شود، پیش‌نویس خود را با استفاده از دکمهٔ پایین با برچسب‌های ویکی‌پروژهٔ مرتبط برچسب بزنید. این کار به بازبینی‌کنندگان کمک می‌کند تا مطلع شوند که یک پیش‌نویس جدید با موضوع مورد علاقهٔ آن‌ها ثبت شده‌است. برای مثال، اگر مقاله‌ای دربارهٔ یک فضانورد زن نوشته‌اید، می‌توانید برچسب‌های زندگی‌نامه، فضانوردی و دانشمندان زن را بیفزایید. منابع برای ویرایشگران
ابزارهای بازبینی
|
- ↑ Callister، William D؛ David، Jr؛ Rethwisch، G (۲۰۱۰). Materials Science and Engineering-An Introduction (ویراست ۱۰). John Willey & Sons.
- ↑ Shackelford، J.F (۲۰۱۰). Introduction to Material Science for Engineering (ویراست ۷). New Jersey: Pearson Education.
- ↑ Budinski، K.G؛ Budinski، M.K (۲۰۱۰). Engineering Materials. New Jersey: Pearson Education.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.
- ↑ Higgins، R.A (۱۹۹۴). Properties of Engineering Materials. Industrial Press Inc.