بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تاثیر میزان نوردگرم و حضور آخال بر خواص کششی و خواص خستگی فولاد AISI :1045 مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور عملیات نوردگرم روی شمشالهای ریخته گری مداوم به ابعاد 150×150 میلیمتر مربع انجام شده و کاهش سطح مقطع به میزان 50، 70، 90 و 99/4 درصد حاصل شده است. نتایج آزمونهای مکانیکی نشان داد که با افزایش مراحل نوردگرم استحکام کششی افزایش پیدا میکند ولی در همه مراحل آخالها نقش اساسی در شکست ایفا میکنند. همچنین مشاهدات سطح شکست توسط SEM نشان داد که در نورد اطراف آخالهای کشیده حفرهای به وجود میآید که شکست را تسهیل میکند. در آزمون خستگی مشخص شد برای محصولات نوردگرم، اعمال حداقل 90% کاهش سطح مقطع در نورد موجب بهبود خواص خستگی می شود. همچنین آخال ها تاثیر شدیدی بر شکست خستگی میگذارند و اگر اندازه میانگین آنها بیشتر از 100 میکرومتر باشد، در شروع ترک خستگی نقش اساسی دارند.
کلمات کلیدی: آخال، نوردگرم، استحکام کششی، استحکام خستگی،
-1مقدمه
آخالها جز ذاتی فولادها هستند و در فرآیند ریختهگری، با انواع مختلف در قطعات ظاهر میشوند. این آخالها بر حسب نوع، شکل و منشا تشکیل، دارای ابعاد و خواص مختلفی هستند. سرچشمهی آخالها را میتوان به دو دسته تقسیمبندی کرد: آخالهای داخلی که این آخالها ناشی از واکنشها در مذاب میباشند. این دسته آخالها معمولا بسیار کوچک بوده بهطوری که قطر آنها کوچکتر از 50 μm است و فقط زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. دستهی دوم آخالهای خارجی هستند که ناشی از مواد نسوز و مواد قالبگیری هستند و اصلیترین منبع آن اکسایش مجدد مذاب در مجاورت اکسیژن محیط یا سرباره میباشد.
این نوع آخالها معمولا درشت بوده و با قطری بزرگتر از 50 μm، با چشم غیرمسلح قابل رویت هستند .[1] فیناردی [2] و کیزلینگ [3] اثرات حضور آخالها را به صورت کاهش خواص مکانیکی، ایجاد ظاهر نامطلوب گزارش دادهاند. برخی از آخالها و خوشهها با اندازه دهها میکرومتر تافنس، شکلپذیری و استحکام خستگی فولاد را کاهش میدهند 4]و.[5بررسی تاثیر آخالها بر استحکام خستگی بسیار پیچیده است. چون آخالها از نظر شکل، اندازه، جهتگیری و موقعیتشان تاثیرات متفاوتی می گذارند .[6] به دست آوردن یک روش مناسب برای پیشبینی حد خستگی، w ، در حضور ناخالصیها، یک نیاز طولانی مدت برای مهندسین در صنایع مختلف بوده است.
همچنین به دست آوردن منحنی S-N که ارتباط بین تنش اعمالی و تعداد سیکلهایی که منجر به شکست میشوند را نشان میدهد، بسیار گران و زمانبر بوده و در صنعت کاربرد محدودی دارد .[7] با وجود انجام روشهای تجربی گوناگون برای پیشبینی حد خستگی، تنها روشهایی مناسب هستند که اطلاعات محدود و قابل دسترسی نیازداشته باشند. رابطه خوبی بین استحکام خستگی یک جهته یا خمشی-چرخشی w0 - - و سختی ویکرز - Hv - برای فولادهای استحکام متوسط و استحکام پایین وجود دارد :[8]
-2مواد و روش تحقیق
ماده مورد استفاده در این آزمون فولاد تمیز 1045 تجاری است. ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول 1 آورده شده است. شمش اولیه 1045 با ابعاد 150×150 mm2 با فرآیند ریختهگری مداوم با کورهای به ظرفیت 80 تن تولید شد. در فرآیند تولید، عملیات متالورژی ثانویه و سپس اصلاح با کلسیم در پاتیل انجام شد. در تاندیش نیز به دلیل اکسیداسیون مجدد، عملیات اکسیژنزدایی مجدد انجام گرفت و فولاد تمیز به دست آمد. سپس شمش به دست آمده وارد غلطکهای نورد گردید. نوردگرم در چهار مرحله انجام شد و در هر مرحله به ترتیب 50%، 70%، 90% و 99/4% کاهش سطح مقطع اعمال گردید - شکل . - 1 بررسیهای میکروسکوپی برروی سطح شکست نمونهها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل EM3200 مجهز به EDX انجام شد.
نمونههای کشش مطابق شکل 2 بر اساس استاندارد ASTM-E8 در ابعاد کوچک از چهار مرحله نورد و در جهت نورد آماده شدند. آزمون کشش با استفاده از دستگاه SANTAM مدل STM-250 تحت سرعت 1 mm/min و در دمای محیط انجام شد. استحکام کششی ماده از میانگین دادههای سه آزمون به دست آمد.نمونههای آزمون خستگی از چهار مرحله نورد و در جهت نورد تهیه شدند - شکل . - 3 با توجه به قطرهای مورد نظر، چهار نوع نمونه از چهار مرحله نورد 50% - کاهش سطح مقطع، 70% کاهش سطح مقطع، 90% کاهش سطح مقطع و 99/4% کاهش سطح مقطع - تهیه شدند.آزمون خستگی با دور موتور 1800 rpm و 106 سیکل با دستگاه خستگی پیچشی 4 نقطه ساخت شرکت سنتام مدل SFT-850 انجام گرفت. به منظور اینکه عمر خستگی هر مرحله از نورد در 106 سیکل به دست آید، بارگذاری به صورت پلهای و کاهشی برای 7 نمونه انجام شد.
