بخشی از مقاله
چکیده
هدف از کوئنچ - Quenching - در عملیات حرارتی افزایش سختی میباشد. براي این منظور قطعات مورد نظر را در محیط- هاي مختلف مانند آب، روغن و آب نمک به صورت ناگهانی سرد میکنند. در مقالهي پیش رو فولاد AISI 1040 با سطح مقطع دایره به قطر 28 mm ابتدا تا دماي 870 oC آستنیت شده و سپس در محیطهاي آّب و روغن با و بدون تلاطم کوئنچ شده است. روغن در مقایسه با آب محیط سرد کنندهي بسیار ملایمتري است به همین دلیل قطعاتی که در روغن کوئنچ می شوند داراي سختی کمتري در مقایسه با قطعات سرد شده در آب میباشند. تلاطم نیز به دلیل افزایش در سرعت سرد شدن قطعه، باعث افزایش سختی می شود. نتایج بدست آمده از سختی سنجی تجربی با نتایج به دست آمده از نرم افزار AC3 مقایسه شده است که تطابق خوبی بین نتایج مشاهده می شود.
واژههاي کلیدي: کوئنچ، سختی راکول، نرم افزار AC3
-1 مقدمه
عملیات کوئنچ یکی از مهمترین پروسههاي عملیات حرارتی براي بهبود عملکرد فولاد می باشد. در طول عملیات کوئنچ، فولاد به سرعت در محیط کوئنچ از دماي آستنیت که عموما بین 845 oC تا 870 oC است سرد می شود. عملیات کوئنچ براي جلوگیري از تشکیل فازهاي فریت و پرلیت و اجازهي تشکیل فازهاي مارتنزیت وبینایت میباشد1]و.[2 عملیات کوئنچ فولاد در محیط مایع شامل سه مرحلهي مشخص میباشد. مرحله ي اول مرحلهي سرد شدن می باشد. تنشهاي بوجود آمده در این مرحله ناشی از شیب حرارتی است. در این مرحله مغز قطعه تا حد امکان از انقباض سطح جلوگیري کرده و در نتیجه سطح تحت تنش کششی و مغز قطعه تحت تنش فشاري قرار میگیرد. در مرحلهي دوم سطح به دماي M s - دماي شروع تشکیل مارتنزیت - رسیده و در حال سرد شدن در زیر این دما است در نتیجه به مارتنزیت تبدیل شده و منبسط میشود. در این گستره مغز قطعه در بالاي دماي M s در حال سرد شدن و انقباض است. در این مرحله مغز قطعه که در حال انقباض است تا حد امکان از انبساط سطح جلوگیري می کند، در نتیجه سطح تحت تنش فشاري و مغز تحت تنش کششی قرار خواهد گرفت. در مرحلهي سوم مغز به دماي M s رسیده و به مارتنزیت تبدیل میشود و در نتیجه منبسط خواهد شد. در این مرحله مغز قطعه تحت تنش فشاري و سطح تحت تنش کششی قرار دارد.[3]
در بین محیط هاي کوئنچ، روغن محیط سرد کنندهي ملایمی میباشد و آب نسبت به روغن سرعت سرد کردن بیشتري دارد، هرچه سرعت سرد کردن افزایش یابد فرصت براي نفوذ کم شده و مارتنزیت و بینایت بیشتري تشکیل میشود و سختی افزایش مییابد، بنابراین براي حصول سختی بیشتر قطعه را در آب سرد میکنند. مشکل محیط آب این است که به علت سرعت بالاي سرد شدن باعث ایجاد اعوجاج در قطعه می شود. تلاطم ایجاد شده در محیط سرد کننده نیز باعث افزایش سرعت سرد شدن قطعه میشود و با افزایش سرعت سرد شدن سختی قطعه افزایش مییابد. دیاگرامهاي تعادلی در شرایط کاملا تعادلی رسم می شوند. از آنجایی که در اکثر روشهاي عملیات حرارتی مانند کوئنچ استحالهها در شرایط کاملا غیرتعادلی انجام میگیرد، زمان یکی از فاکتور هاي موثر در استحاله می باشد. اثرات زمان بر روي ساختار نهایی و خواص فولادها توسط دیاگرام هاي CCT 1 بیان می شود. با استفاده از دیاگرامهاي CCT و با توجه به نرخ سرد شدن نمونه در محیط کوئنچ می توان فازهاي تشکیل شده در قطعه را تشخیص داد4]و.[5
-2 مراحل تجربی
تجهیزات آزمایشگاهی شامل یک کورهي لولهاي شکل عمودي است که از هر دو طرف قابلیت باز شدن را دارد. ظرف حاوي مایع کوئنچ دقیقا نزدیک کوره قرار گرفته تا قطعه پس از رسیدن به دماي آستنیته که حدود 870 oC میباشد بلافاصله درون مایع با دماي 30 oC قرار میگیرد. تلاطم به وسیلهي سه همزن مکانیکی با سرعت 20 m min ایجاد میشود. عملیات آزمایشگاهی به منظور بررسی تاثیر محیط کوئنچ و وجود یا عدم وجود تلاطم بر میزان سختی قطعه صورت میگیرد. قطعه از جنس فولاد AISI 1040 میباشد و قطر آن 28 mm است. ترکیب شیمیایی قطعات فولادي AISI 1040 در جدول 1 آمده است.[6]
