بخشی از مقاله
چکیده
سختی سطح یکی از مهمترین ویژگیهای آلیاژها میباشد که سنجش آن نقش کلیدی در صنعت ایفا میکند. در این پژوهش به منظور تعیین سختی سطح فولادهای زنگ نزن بهجای استفاده از روشهای مکانیکی مرسوم همچون سختیسنجی ویکرز از روش بینابنمایی فروشکست القایی لیزری استفاده شد. برای تحلیل بیناب LIBS نمونههای مورد آنالیز از روش آماری تحلیل مولفه اصلی - - PCA بهعنوان یکی از روشهای استخراج ویژگی استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که میتوان فولادهای زنگنزن با سختیهای متفاوت را از هم تفکیک و با استفاده از منحنی کالیبراسیون رسم شده، سختی آنها را تعیین کرد. با توجه به مزایای انحصاری روش LIBS-PCA این روش میتواند بهعنوان یک روش جدید در کاربردهای صنعتی و فرآیندهای کنترل تولید بهمنظور سختیسنجی استفاده شود.
مقدمه
اندازهگیری سختی سطح به روشهای مختلفی سختی سطح مواد جامد یکی از شاخصهای مقاومت در برابر امکانپذیر است که یکی از رایجترین آنها روش ویکرز است. از خوردگی سطح و یکی از مهمترین خواص در شاخه مهندسی مواد معایب این روش میتوان به سرعت پایین اندازهگیری - وقت گیربودن - ، وابستگی به هندسه سطح و اندازه ماده مورد آزمایش اشاره کرد. در سالهای اخیر روش بینابنمایی فروشکست القایی لیزری با مزایای منحصربفردی نظیر آنالیز درجا و آنی، عدم نیاز به آمادهسازی نمونه و قابلیت آنالیز از راه دور در تخمین سختی نمونه های مختلف بکار برده شده است.
نتایج
پژوهش های صورت گرفته نشاندهنده یک تناسب خطی بین آهنگ یونیزاسیون - نسبت شدت اتم یونیده به اتم خنثی - و سختی ماده هدف میباشد. اولویت در انتخاب نوع عنصری که برای آن نمودار آهنگ یونیزاسیون بر حسب سختی را بتوان رسم کرد، با توجه به فراوانی عناصر تشکیلدهنده آلیاژها، میتواند یکی از چالشهای اساسی این تحقیقات باشد. محدودیت دیگر در این
پژوهش ها اثر خودجذبی است که برای عناصر با بیشترین غلظت اتفاق میافتد.
بهمنظور ایجاد قابلیت شناسایی موادی که دارای ترکیبات عنصری مشابه هستند، طی سالهای اخیر روشهای آماری متنوعی ارائه شده که یکی از مهمترین آنها روش تحلیل مؤلفه اصلی - 4 - PCA میباشد. در این پژوهش با توجه به نقش قابل توجه عناصر آلیاژی - کروم، نیکل، مولیبدن و... - در ساختمان میکروسکوپی و خواص مکانیکی فولادهای زنگنزن، از نسبت شدت عناصر آلیاژی به عناصر ماتریسی - آهن - برای پیدا کردن رابطه با سختی سطح استفاده شده است.
آلیاژهای انتخاب شده در این پژوهش از خانواده فولادهای زنگنزن و همگی دارای ترکیبات عنصری مشابه میباشند. از روش PCA برای تقلیل دادههای آماری و قابل فهم کردن اطلاعات بهمنظور شناسایی و تفکیک نمونهها اقدام شد. علاوهبراین با استفاده از متغیرهای تعریف شده در این روش رابطهی خطی بین سختی نمونه های آلیاژی و این متغیرها حاصل شد.
مواد و چیدمان آزمایش
در این پژوهش نمونه آلیاژ فولادی زنگنزن در محدوده سختی 130 تا 330 انتخاب گردید. آلیاژهای انتخابی در کاربردهایی که نیاز به شکلپذیری، سختی بالا و حداقل اعوجاج در عملیات حرارتی هستند، استفاده میشوند. درجه سختی نمونه ها توسط دستگاه سختیسنج مدل به صورت عدد سختی ویکرز تعیین شد. نتایج اندازهگیری شده است. سطح تمامی این آلیاژها بهمنظور بالا بردن دقت آنالیز صیقل داده شد.
شرح روش، بحث و تحلیل
پس از ثبت بیناب مربوط به هر نمونه، علاوهبر عناصر سازنده آلیاژ، ناخالصیهایی چون Ti، Ca، K و Na شناسایی شد. عناصر شناسایی شده نمونه دوم در بخشی از محدوده بینابی داده شده است. بیناب نمونه دوم در محدوده بینابی400-440 nm نسبت شدت عناصر آلیاژی - کروم، نیکل، مولیبدن و... - به عناصر ماتریسی - آهن - برای 25 خط شناخته شده محاسبه و این شدت
نسبی عناصر تشکیل دهنده متناظر با 25 طولموج مرتبط بهعنوان عناصر ماتریس ورودی روش PCA انتخاب شدند.
در این روش متغیرهای موجود در یک فضای چند حالته همبسته به یک مجموعه از مولفه های غیرهمبسته که هر یک از آنها ترکیب خطی از متغیرهای اصلی میباشند، خلاصه میشوند. به مولفههای غیرهمبسته، مولفههای اساسی - PC - گفته میشوند که از بردارهای ویژه ماتریس کوواریانس یا ماتریس همبستگی متغیرهای اصلی بهدست میآیند. پس از انجام فرایند PCA در نرمافزار Matlab و تعیین ویژهمقادیر و ویژهبردارهای ماتریس کوواریانس نمونه، تصویر داده های اولیه در صفحه مولفه های اصلی اول و دوم دوم و چهارم و اول و چهارم ترسیم و به ترتیب است.
