بخشی از مقاله
چکیده
فولاد های فنر علاوه بر استحکام کششی زیاد باید خاصیت الاستیسیته خوبی داشته و در برابر سایش و ارتعاش نیز مقاوم باشند .وجود سیلیسیم در فولاد فنر خاصیت الاستیسیته و وجود کروم استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد .این ویژگی ها تنها به درصد عناصر موجود در فولاد بستگی ندارد بلکه با وجود آنها میتوان به وسیله عملیات حرارتی و تغییر فرم در حالت سرد خواص آن را تغییر داده و ویژگی های مورد نظر را بدست آورد .
در این تحقیق فولاد فنر با ترکیب شیمیایی 0.6-0.55 کربن، 1.1-0.7 منگنز، 0.4-0.15 سیلیسیم، 0.035 فسفر، ریخته گری و به منظور دستیابی به بالاترین استحکام و خاصیت ارتجاعی تحت سیکل های مختلف عملیات حرارتی قرار گرفت.به منظوربررسی تاثیر عملیات حرارتی - دماهای آستنیته، محی های کوئنچ و دمای تمپر - بر خواص مکانیکی - سختی، استحکام نهایی، استحکام تسلیم، درصد افزایش طول - ، بررسی های ریز ساختاری توس میکروسکوپ نوری، صورت گرفت .بر اساس نتایج حاصله بهترین سیکل عملیات حرارتی جهت دستیابی به بالاترین و مطلوب ترین خواص مکانیکی پیشنهاد شده است.
.1 مقدمه
وظیفه ی فنرها گرفتن بارهای متناوب یا ضربه ای یا جمع کردن انرژی تحت بارهای ثابت است. از فنرها اغلب برای سنجش نیرو نیز استفاده می شود. در مقایسه با دیگر مواد فولادی این گروه از فولادها نه تنها باید استحکام کششی بالایی بلکه همچنین باید مدول الاستیسیته ی بالایی را خصوصا بعد از کارسختی یا عملیات حرارتی داشته باشند.
بنابراین فنرها ترجیحا از آلیاژهای آهنی ساخته می شوند .خواص مورد نیاز فنرها مثل استحکام در دماهای بالا، مقاومت به خوردگی توس محی خورنده یا غیر مغناطیسی بودن برای ابزار های فیزیکی، نوع و مقدار عناصر آلیاژی مناسب برای هرکاربرد را تعیین می کند. مهمترین عوامل موثر و پراهمیت برای فنرها عبارت اند از:
-1 الاستیسیته و تنش 0/2 به بالا که برای حداکثر امکان تغییر شکل پذیری الاستیک و نگه داشتن تنظیم فنر روی محدوده های قابل قبول لازم است.
-2 استحکام خستگی بالا برای عمر محدود یا نامحدود فنر .
ترکیب شیمیایی متفاوتی برای فولاد های فنر وجود دارد و مابین فولاد های ساده کربنی و فولاد های آلیاژی قرار می گیرند که بر حسب ابعاد قطعه و کاربرد مورد نظر انتخاب می شود. فولادهای فنر ساده کربنی دارای 0/9-0/6 درصد کربن می باشد و به علت سختی پذیری پایین فق برای فنر های سبک مورد استفاده قرار می گیرند.[4] فولادهای فنر ساده کربنی تا ضخامت 4mm برای کوئنچ در روغن به کار می روند.
انتخاب ترکیب شیمیایی برای ساخت فنرها به ملاحظاتی مشابه فولادهای عملیات حرارتی پذیری که در فرآیند ساخت، سخت گردانی کوئنچی می شوند نیاز دارد مقدار کربن فولاد، خواصی مثل میزان سختی پذیری، حدالاستیک و تنش تسلیم ضروری برای فنرها را در شرای سرد کشیده شده و کوئنچ و تمپر شده معین می کند عناصر آلیاژی اجازه می دهند که سخت گردانی کامل و لازم روی تمام سطح مقطع به دست آید آن ها همچنین استحکام در دماهای بالا، چقرمگی در دماهای پایین و مقاومت به خوردگی و یا غیر مغناطیسی بودن لازم را تضمین می کنند. این فولاد های کم آلیاژی با استحکام بالا گرچه از لحاظ کمی دسته کوچکی از فولاد های مصرفی را تشکیل می دهند ولی کاربردهای حساسی در صنایع هوا- فضا' خودروسازی و صنایع نظامی دارند.
در سختی سنجی بایستی به اندازه گیری سختی در سرتاسر مغز نمونه های کوئنچی توجه کافی داشت تا بتوان بر روی مقدار مارتنزیت تشکیل شده در مغز نمونه ها بحث کرد در مقابل فولادهای ساختمانی کوئنچ و تمپر شده ای که معمولا مقدار مارتنزیت % 50 به عنوان معیار کافی بری سخت گردانی کامل درنظر گرفته می شود، فولادهای فنر بایستی حداقل % 80 و حتی جایی که تنش های بالایی وجود دارد % 100 مارتنزیت داشته باشند.
فولادهای فنر به صورت فولادهای ریز دانه تولید می شوند که به دلیل خواص چقرمگی خوب آن هاست . فولادهای ریز دانه نسبت به حرارت اضافی حساسیت کمتری دارند و در نتیجه عملیات حرارتی آن ها تسهیل شده و در حین سخت گردانی تمایل کمتری به اعوجاج نشان می دهند. فولادهای فنر بایستی به گونه ای آلیاژی شوند که هنگام بارگذاری اضافی تغییر شکل پذیری پلاستیکی کافی داشته باشند تا در مقابل شکست محافظت شوند. انتظار می رود فولادهای فنر کوئنچ و تمپر شده ی معمولی بعد از شکست حداقل % 5 ازدیاد طول و در شرای نهایی قبل از کاربرد حداقل % 25 کاهش سطح مقطع داشته باشند.
هدف از انجام این پروژه دستیابی به بهترین سیکل عملیات حرارتی به منظور رسیدن به خاصیت ارتجاعی، سختی، استحکام کششی و ریز ساختار متالوگرافی مطلوب می باشد. تاثیر عملیات حرارتی - دمای آستنیته، محی های کوئینچ و دمای تمپر - بر خواص مکانیکی - سختی، استحکام نهایی، استحکام تسلیم، درصد افزایش طول - به کمک بررسی های ریزساختاری مشخص شد. براساس نتایج حاصله بهترین سیکل عملیات حرارتی جهت دستیابی به بالاترین و مطلوب ترین خواص مکانیکی پیشنهاد شده است.
