بخشی از مقاله
چکیده:
هدف، تعیین طول اتصالیاتاقان کَفگَرد فولاد-بابیت با کمک مطالعه ریزساختار است. به منظور انجام اتصال ابتدا به روش شیمیایی، پیش قالب شسته شد. سپس، مذاب از جنس بابیت گرید ASTM B2 داخل پیش قالب از جنس فولاد CK25 ریخته گری شد. به این ترتیب، روکشکاری با لحیمکاری نرم به روش ریختن مذاب در پیش قالب انجام شد. مطالعه ریزساختار روبش خطی1 در بزرگنمایی 30000 برابر از محل اتصال فولاد-بابیت با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی با تفنگ میدان نشری2 انجام شد. نتیجه آنکه، آلیاژ بابیت - قلع - بطور کامل در طول 6/6 میکرومتر در فولاد نفوذ کرده است لذا با این روش، طول اتصال 6/6 میکرومتر می باشد.
-1مقدمه:
ابتداییترین یاتاقان3 از جنس الوار چوبی آغشته به آب یا روغن بود که برای به حرکت درآوردن سنگهای بسیار بزرگ استفاده میشد. با پیشرفت علم، الوار چوبی با محور و چرخ و یاتاقان چوبی جایگزین شد و برای روانکاری بجای آب یا روغن، چربی حیوانات متداول شد. سپس، اسحق بابیت در سال 1839 آلیاژهای پایه قلع - بابیت - را کشف کرد و از آن برای ساخت یاتاقانهای فلزی موتورهای بخار استفاده کرد. در سال 1949، یاتاقانهای لغزشی در صنایع حمل ونقل ریلی مورد استفاده قرار گرفت و در اوائل دهه 1960 یاتاقانهای غلتکی ساخته شد و در دهه 1980 یاتاقانهای مغناطیسی ابداع شد.
قطعهای که حداقل بین دو قطعه دیگر، اجازه حرکت نسبی آسان چرخشی یا خطی میدهد یاتاقان نام دارد. بعلاوه، یاتاقان، اصطکاک سطوح درگیر را کاهش میدهد. نگهداری محور - به نحوی که لقی بیش از حد نداشته باشد - و ممانعت از حرکت جانبی محور - بطوریکه مانع برخورد قسمتهای متحرک و ثابت شود - دو وظیفه مهم یاتاقان در دستگاهها با اجزا متحرک هستند. نوع نیروی وارد بر یاتاقان در تقسیمبندی نوع یاتاقان نقش دارد که شامل نیروی شعاعی4، نیروی محوری 5 و نیروی شعاعی- محوری6 میشود. همچنین، یاتاقانها از نظر ساختمان داخلی به سه گروه شامل یاتاقان لغزشی7، یاتاقان غلتشی8 و یاتاقان مغناطیسی9 تقسیم بندی میشوند .[4-1]
اگر به قطعهای، نیروی محوری وارد شود یاتاقان شعاعی نمیتواند از حرکت محور جلوگیری کند و لذا باید از یاتاقان محوری10 استفاده شود. یاتاقان محوری، یاتاقانی است که هنگام کاربار، محوری را تحمّل میکند. این نوع یاتاقان، یاتاقان کفگرد نیز نامیده میشود .[4] بنابراین نیروی وارد شده به محل اتصال لایهها زیاد بوده و لذا کیفیت اتصال این لایهها بایستی پاسخگوی نیروی وارد شده باشد. لذا در این پژوهش، مطالعه طول اتصال بابیت و فولاد در یاتاقان محوری، مدنظر است.
یاتاقان محوری، کل وزن اجزاء متحرک مجموعه قطعات - بطور مثال در موتور دیزل، کل وزن میللنگ، شاتون، پیستون، پیچهای مرتبط و ... و همچنین در توربین کل وزن محور، پرهها و ... - [3 ,1] و همچنین فشار محوری را تحمل میکند. بخش اصلی یاتاقان، بلوک فشاری11 است. فشار محوری از بلوک فشاری به قطعات یاتاقان منتقل میشود. این قطعات روی صفحات فنری و نهایتا بر روی براکت فشاری12 قرار میگیرند. روغن مورد نیاز روانکاری و خنکنمودن یاتاقانها توسط عمل خود پمپاژ - بدون پمپ - سوراخهای شعاعی بلوک فشاری و در حین گردش این قسمت، تامین میشود .[2] بنابراین کیفیت اتصال این فلزات اهمیت ویژهای دارد چرا که اگر اتصال این لایههای فلزی ضعیف باشد از هم جدا میشوند.
یک روش ساخت یاتاقانهای محوری فولاد-بابیت روکشکاری با لحیمکاری13 است. لحیمکاری برای اتصال فلزات وآلیاژها با استفاده از فلزات پرکنندهای که نقطه ذوب آنها پایینتر از فلزات پایه است انجام میشود. در لحیمکاری سطوح قطعات تا دمای ذوب فلز اتصال دهنده گرم میشوند. تفاوت اصلی لحیمکاری و جوشکاری این است که در لحیمکاری فلز پایه ذوب نمی شود ولی در جوشکاری فلز پایه ذوب میشود. در فرآیند لحیمکاری نرم، فلز پرکننده با نقطه ذوب کمتر یا مساوی 450 درجه سانتیگراد - که دمایی کمتر از نقطه ذوب فلز پایه در محل اتصال دارد - است .[5] بنابراین روکشکاری بابیت با نقطه ذوب حدود 210 درجه سانتیگراد روی فولاد، لحیمکاری نرم است.
برای دستیابی به اتصال قابل قبول به روش روکشکاری با لحیمکاری چهار عامل مهم شامل کیفیت سطح اتصال، کیفیت فلز پرکننده، گرمای یکنواخت و واکنش دهنده مناسب، دخیل هستند .[1] صیقلی بودن دو سطح لغزان، تضمینکننده وجود همیشگی یک لایه روغن بین آنها میباشد. اهمیت وجود این لایه روغن در کارکرد دایم و صحیح اجزا بسیار مهم است. از بین رفتن آن میتواند باعث صدمه شدید به یاتاقانها و در نهایت از کار افتادن دستگاه شود. یاتاقان محوری بر روی صفحات فنری بشقابی شکلی مستقر میشوند تا توزیع یکنواخت بار محوری بر روی این قطعات تضمین شود .[4 ,3] به این ترتیب، کیفیت سطح اتصال که بخشی از کیفیت اتصال است بسیار مهم بوده و مطالعه آن ضروری است. در این پژوهش فقط مطالعه ریزساختار مد نظر است.
روکشکاری با لحیمکاری روشی برای روکش دادن قطعات به منظور ایجاد لایه واسط است. در این روش، قطعات با فلز پرکننده14 که دارای نقطه ذوب کمتر از فلز پایه است روکشکاری میشوند. در فرایند روکش-کاری از پرکننده هایی به شکل مفتول، تسمه، پروفیل، پودر یا حتی مذاب استفاده میشود .[7-5] در این پژوهش، از پرکننده های بابیتی به شکل مذاب استفاده میشود زیرا شکل محل اتصال ساده نیست. در این پژوهش، مطالعه طول اتصال بین بابیت و فولاد در یاتاقان محوری که به روش روکشکاری با لحیمکاری نرم تولید شده، مدنظر است.
-2مواد و روش تحقیق:
در این پژوهش، ریزساختار و طول اتصال بابیت - به ضخامت 0/8 میلیمتر - به فولاد در یاتاقان محوری - شکل1الف - که از طریق روش روکشکاری با لحیمکاری نرم تولید شده است مورد بررسی قرار میگیرد. به همین منظور، از میکروسکوپ الکترونی روبشی با تفنگ میدان نشری TESCAN MIRA III استفاده شده است.
