بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر، تأثیر دمای برگشت بعد از کربندهی بر رفتار سایشی فولاد 1/7131 مورد بررسی قرار گرفته است. عملیات کربندهی به شرح پیشگرمایش در 550œC به مدت 2 ساعت، کربندهی در 920œC به مدت 5 ساعت، نرماله کردن، آستنیته کردن مجدد در 840œC به مدت 30 دقیقه و کوئنچ در روغن روی نمونههای سایشی و همچنین سایر نمونههای مورد نیاز انجام شد. در ادامه نمونهها تحت عملیات برگشت در چهار دمای مختلف 100œC، 150، 200 و 250 به مدت 1 ساعت قرار گرفتند. آزمون سایش از نوع بلوک روی رینگ روی نمونهها انجام شد. از نتایج به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، ریزسختیسنجی و متالوگرافی جهت تجزیه و تحلیل استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد رفتار سایشی نمونهها در اثر عملیات کربندهی بهبود یافته است. همچنین بالاترین مقاومت سایشی مربوط به نمونههای برگشت داده شده در دمای 100œC میباشد.
کلمات کلیدی: سایش، کربندهی، برگشت، فولاد 1/7131، اسپیندل.
مقدمه
فولاد 1,7131 از خانواده فولادهای کرومدار - با ترکیب شیمیایی مطابق جدول - 1، در ساخت محور فرعی اسپیندل1 ماشینافزار دستگاه 2CNC مورد استفاده قرار میگیرد. این فولاد مطابق استاندارد DIN آلمان با نام 16MnCr5 شناخته میشود و از گروه فولادهای سمانته به حساب میآید .[1-2]
اسپیندل اصلی دستگاه، موتوری است که برای چرخاندن ابزار کار مورد استفاده قرار میگیرد. در دستگاههای تراشکاری، اسپیندل فرعی محور دواری است که قطعه را میچرخاند .[2-7] با توجه به اینکه، عموماً محور فرعی اسپیندلها، تحت بارگذاری سایشی قرار میگیرد؛ لذا یکی از راهکارهایی که میتواند به منظور افزایش عمرکاری این قطعه مدنظر قرار گیرد؛ افزایش مقاومت سایشی از طریق اصلاح پارامترهای عملیات حرارتی میباشد.
مطابق اطلاعات اخذ شده از شرکت ماشینسازی تبریز[8]، فولاد 1/7131 مورد استفاده در اسپیندل ماشینافزار، در صنعت، ابتدا کربندهی شده و در ادامه عملیات حرارتی برگشت دادن انجام میشود. در تحقیقات متعددی، بررسی و بهینهسازی خواص مکانیکی فولادهای مختلف با استفاده از اصلاح پارامترهای عملیات حرارتی و استفاده از فرآیندهای عملیات حرارتی مختلف مدنظر قرار گرفته است .[9-12] با توجه به اینکه تأثیر متغیرهای عملیات حرارتی برگشت بر رفتار سایشی فولاد مذکور مورد بحث و بررسی قرار نگرفته است و همچنین کاربرد متعدد این فولاد در صنعت ماشینافزار، در این مطالعه به تأثیر دمای برگشت بر رفتار سایشی فولاد 1/7131 پرداخته شده است.
روش تحقیق
نمونههای سایش در ابعاد 10×10×20 میلیمتر و همچنین نمونههای ریزسختیسنجی و ریزساختاری از فولاد 1,7131 تهیه و در ادامه عملیات حرارتی کربن دهی و برگشت، به شرح پیشگرمایش در 550œC به مدت 2 ساعت، کربندهی در 920œC به مدت 5 ساعت، نرماله کردن، آستنیته کردن مجدد در 840œC به مدت 30 دقیقه و کوئنچ در روغن روی نمونهها انجام شد. در ادامه نمونهها تحت عملیات برگشت در چهار دمای مختلف 100œC، 150، 200 و 250 به مدت 1 ساعت قرار گرفتند. سیکل عملیات حرارتی کربن دهی مورد استفاده، مطابق با سیکل مورد استفاده در صنعت میباشد [13]؛ با این تفاوت که به منظور صرفهجویی در هزینه و کاهش مدت زمان عملیات حرارتی، بهینهسازی شده است.
خام بدون عملیات کربندهی با حرف R و نمونه کربندهی شده و کوئنچ شده بدون عملیات برگشت با CT25 مشخص شدند.
سختی، ریزساختار و سطح شکست نمونهها با استفاده از سختیسنج، میکروسکوپ نوری - OM - و میکروسکوپ الکترونی جاروبی - SEM - مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای تعیین میزان مقاومت به سایش نمونهها - در حالت خشک - از دستگاه آزمون سایش از نوع بلوک روی رینگ استفاده شد. آزمایشهای سایش با نیروی 150 نیوتن و سرعت ثابت 3/7 متر بر ثانیه به مدت 40 دقیقه انجام گردید. برای بهدست آوردن نرخ سایش، نمونهها قبل و بعد از انجام آزمون توسط ترازوی دیجیتال توزین شدند و سپس کاهش وزن هر نمونه سایش، هر 10 دقیقه یک بار، در حین آزمایش اندازهگیری شدند. در کل برای هر نمونه، 5 بار توسط ترازوی دقیق AND با دقت چهار رقم اعشار، کاهش وزن ثبت گردید.
نتایج و بحث
عملیات سطحی با افزایش سختی سطح قطعات، مقاومت سایشی و استحکام خستگی را بهبود میدهد. سختی نمونههای کربندهی + برگشت داده شده در دماهای مختلف، در شکل 1 آورده شده است. مشاهده میشود که انجام عملیات سطحی تأثیر مناسبی روی سختی گذاشته است؛ به طوری که سختی نمونههای عملیات شده، تا بیشتر از 4 برابر سختی نمونه خام رسیده است. بیشترین سختی در بین نمونههای برگشت داده شده، مربوط به نمونه CT100 با 63 HRC میباشد و کمترین سختی به دست آمده مربوط به نمونه CT250 با 54 HRC است. روند کاهشی سختی با افزایش دمای برگشت را میتوان به مارتنزیت تشکیل شده در اثر کوئنچ، مقدار کربن جذب شده در سطح نمونهها در حین کربندهی و نفوذ کربن به لایههای داخلیتر در حین فرآیند برگشت نسبت داد.
نمودارهای ریزسختی نمونههای مختلف در شکل 2 نشان داده شده است. با افزایش فاصله از سطح نمونه، سختی کاهش مییابد. این پدیده نشاندهنده غلظت زیاد کربن در سطح نمونه فولادی مورد بررسی است که با افزایش فاصله از سطح، از غلظت کربن در این لایهها نیز کاسته شده است. به طوریکه، عمق لایه سختکاری شده، مطابق شکل، حدود یک میلیمتر میباشد. همچنین با در نظر داشتن میزان سختی در مرکز و سطح نمونه، مشاهده میشود، عملیات حرارتی کربندهی، باعث بیشتر از دو برابر شدن سختی سطح نسبت به مرکز در نمونههای سری CT150 شده است.
نمودار به دست آمده از آزمون سایش بلوک روی رینگ در شکل 3 آورده شده است. در این نمودار، کاهش وزن نمونهها بعد از 40 دقیقه و 14520 دور نشان داده شده است. نتایج نشاندهنده این است که کاهش وزن نمونهها، در نمونههای مختلف با انجام عملیات برگشت در دمای 100œC، به
