بخشی از مقاله
چکیده:
ریز ساختار چدنهاي خاکستري به ترکیب شیمیایی و سرعت انجماد آنها بستگی دارد . از آنجاییکه در حین فرآیند جوشکاري با ذوب جزیی فلز پایه و حرارت بالا در ناحیه ي متاثر از حرارت رو به رو هستیم ، فرآیند جوشکاري این آلیاژهاي مهم صنعتی به علت تغییرات فراوان ریز ساختاري همواره با دشواریهایی روبه رو بوده است . دانستن چگونگی تاثیر پارامتر هاي مختلف جوشکاري قوس الکتریک ، به عنوان یکی از متداول ترین روش هاي مصرفی در جوشکاري چدنهاي خاکستري، بر اندازه ، نحوي توزیع و شکل گرافیت هاي رشته اي ، براي پیش بینی خواص نهایی قطعه بسیار حائذ اهمبت میباشند.
در این پژوهش عمدتا با مطالعه ي ناحیه ي متاثر از حرارت در قطعات چدنی خاکستري جوش کاريتاثیر شده به بررسی چگونگی پارامتر هاي جوشکاري مانند شدت جریان و تعداد پاس بر میزان فاز گرافیت ، جهت گیري رشته ها گرافیتی، پراکندگی و میزان کروي شدن آنها پرداخته است . مطالعات مبین روابط مستقیم بین شدت جریان و پراکندگی و ضخامت گرافیت ها و روابط معکوس میان تعداد پاس و جهت گیري و میزان کروي شدن بوده است .
همچنین بررسی هاي نرم افزاري مبین تاثیر معکوس شدت جریان بر درصد فاز گرافیت در زمینه چدنی میباشد.
مقدمه :
چدن هاي خاکستري به علت گستردگی کاربرد، ریخته گري آسان، قیمت مناسب - 20 تا 40 درصد کمتر از فولاد ها - و دامنه وسیع خواص مکانیکی قابل حصول، براي مدتی طولانی یکی از مهم ترین آلیاژ هاي صنعتی بوده اند .[1] جوشکاري چدن هاي همواره با دشواري هاي زیادي روبه رو بوده است . وجود لایه هاي ضخیم گرافیت رشته اي در این آلیاژها باعث کاهش چقرمگی و استحکام کششی آنها شده است و آن ها را نسبت به سایر اعضاي خانواده ي چدن ها در برابر جوشکاري حساس تر کرده است
فرآیند جوشکاري قوس الکتریک چدنهاي خاکستري به عنوان یکی از پرکاربرد ترین روش هاي جوشکاري و ترمیم قطعات ریختگی، داراي پارامتر هاي متعددي همانند: الکترود مصرفی ، سرعت جوشکاري، آمپراژ و تعداد پاس است که تغییر هر یک از آن ها باعث تغییر خواص نهایی آلیاژ می شود 5]،4،. [3 بعلت وجود کربن قابل توجه در فلز مبنا، سیکل جوشکاري این چدن ها باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پرکربن شکننده در منطقه متاثر از حرارت - HAZ - می شود. به غیر از حضور این فازها در ساختار جوش، تغییر اندازه، توزیع و شکل گرافیت هاي رشته اي نیز در خواص محصول نهایی نقش بسزایی دارند. لذا دانستن رابطه ي پارامتر هاي فرآیند جوشکاري و این متغییر ها می تواند به داشتن جوشی مناسب و بهینه منتهی گردد.
الکترودهاي گوناگونی از جمله الکترود هاي چدنی، فولادي و پایه ي نیکل براي جوشکاري چدنهاي خاکستري مورد استفاده قرار می گیرند.[6] با توجه به گستردگی کاربرد الکترود هاي چدنی و داشتن خواصی مطلوب مانند شباهت ضریب انبساطی و یکسانی ناحیه ي ذوب، در این تحقیق استفاده از این نوع الکترود ها مورد مطالعه قرار گرفته است . الکترود هاي چدنی در ترمیم قطعات ریخته گري شده و همچنین در تولید قطعات توربین ها ي بخار به طور گسترده اي مورد استفاده قرار می گیرند
بررسی وضعیت گرافیت ها رشته اي براي تعیین خواص مکانیکی آلیاژ امري حیاتی است؛ چراکه اندازه و ابعاد این رشته ها تاثیر بسزایی بر استحکام ایستا و دینامیک چدن هاي خاکستري دارند. مطالعات نشان داده است که انتهاي یک رشته ي گرافیتی همانند سطح آن در زمینه ي فلزي چدن ها مکان مناسبی براي تمرکز تنش و جوانه زنی ترك می باشد
همچنین ضخامت نهایی گرافیت ها نیز در قطعات چدنی نقش عمده اي در پیش بینی خواص مکانیکی آنها خواهد داشت. یافته هاي پیشین نشان داده اند که با کاهش ضخامت لایه هاي گرافیتی، میزان ازدیاد طول آلیاژ افزایش خواهد داشت.با توجه به سطح ویژه - نسبت سطح رویه به حجم - بیشتر گرافیت هاي رشته اي نسبت به سایر انواع گرافیت ها مانند گرافیت هاي کروي می توان انتظار داشت که در دماي بالاي میزان حل شدن کربن از این گرافیت ها در زمینه ي آستنیتی به مراتب بالاتر بوده و در نهایت تغییرات شدیدتر ریزساختاري و کاهش ضخامت رشته ها را در چدنهاي خاکستري شاهد باشیم .
نحوه ي توزیع و جهت گیري گرافیت ها نیز بر خواص نهایی آلیاژ تاثیر گذار هستند .تحقیقات پیشین نشان داده اند که نواحی تمرکز تنش به صورت دایره هایی با شعاع r در نوك رشته ها ي گرافیتی قابل تصور هستند.
مشخصا˝، هر چه زاویه ي بین رشته ي گرافیتی و محور تنش بیشتر باشد ، میزان تمرکز تنش نسبت به زوایاي کمتر بیشتر خواهد بود. لذا حالت قرار گیري گرافیت ها بعد از فرآیند جوشکاري عاملی براي تعیین استحکام نهایی خواهد بود.
درصد فاز گرافیت در چدنهاي خاکستري - ψG - براي تعیین خواص مکانیکی نهایی قطعه از اهمیت بالایی برخوردار است. محققین بر این باورند که میزان فاز گرافیت در زمینه ي فلزي در ارتباط مستقیم با مدول الاستیسیته وازدیاد طول شکست است ، به طوریکه هردوي این موارد با افزایش ψG کاهش میابند
همچنین بررسی ها نشان داده اند که میزان Kth آلیاژ نیز بیشتر از آنکه تحت تاثیر اندازه ي گرافیت ها باشد ، متاثر از میزان حضور رشته هاي گرافیتی در زمینه میباشد،چنانکه با افزایش میزان فاز گرافیت میزان Kth به میزان چشمگیري کاهش خواهد یافت .با توجه به فقدان تحقیقات دقیق در زمینه ي چگونگی ارتباط نحوه ي انجام عملیات جوشکاري و خواص ریزساختاري مرور شده ي گرافیت هاي رشته اي در چدنهاي خاکستري، مطالعه ي حاضر به چگونگی این ارتباط پرداخته است .
مواد و روش تحقیق:
نمونه هاي اولیه به شکل قطعاتی با سطح مربعی با ابعاد از یک بار ذوب ریزي تهیه شدند تا بدین وسیله از تغییرات احتمالی ترکیب شیمیایی نمونه ها جلوگیري شود. با توجه به حضور کربن آزاد در ساختار چدن ها، عمل کوانتومتري این آلیاژها با مشکلات تکنیکی زیادي همراه است
