بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله حاضر تاثیر پارامترهای مهم دما و زمان عملیات حرارتی آنیل سیکلی بر میزان ساختار نواری - باندینگ - قطعات فورج شده از جنس - 27CD4 - مطالعه شده و سیکلهای مختلف عملیات حرارتی برای رفع این مشکل مورد بررسی قرار گرفته اند. باندینگ یا همان ساختار نواری شامل نوارهای موازی و متناوبی از فریت و پرلیت است که در فولادهای با نسبت حجمی تقریبا برابر فریت و پرلیت که تحت عملیات نورد گرم و یا آهنگری گرم قرار گرفته اند دیده می شود . این ساختار نواری در نتیجه جدایش عناصر آلیاژی بوجود می آید که باعث ناهمسانگردی خواص مکانیکی و نیز افت خواص ماشینکاری قطعات می گردد. بنابراین حذف آن می تواند در دستیابی به ساختاری یکنواخت، با خواص همسانگرد و قابلیت ماشینکاری خوب مفید باشد.
یکی از راه های حذف باندینگ عملیات حرارتی می باشد و با رساندن دمای قطعات به دمای بالای 860 درجه سانتیگراد وسیکل سرد شدن مناسب صورت می گیرد؛ اما به دلیل بالا بودن درجه حرارت ونیز زمان طولانی نگهداری قطعات داخل کوره، دانه های آستنیت رشد یافته وسبب تجمع ودرشت شدن دانه های پرلیت وایجاد یک ساختارکاملا غیر یکنواخت می گردد. بهترین سیکل پیشنهادی عبارت است از انجام دو مرحله ای فرایند عملیات حرارتی که در مرحله اول با سرد کردن سریع از دمای آستنیته تا دمای 680 درجه سانتیگراد مشکل باندینگ قطعات حل شده و سپس با نگهداری در همین دما برای مدت زمان 90 دقیقه ساختاری کاملا یکنواخت وریزدانه بدست میآید.
کلمات کلیدی: قطعات آهنگری، باندینگ، ساختار نواری، آنیل سیکلی.
مقدمه
ساختار نواری یا باندینگ ساختاری متشکل از نوارهای یک در میان با ریزساختارهایی کاملا متفاوت است که در جهت نورد محصولات فولادی نورد گرم یا فورج گرم شده ایجاد می-شود.[1] این لایهها در بسیاری از حالات شامل فریت و پرلیت هستند؛ ولی همیشه اینگونه نیست. ریزساختارهای نواری شامل فریت و مارتنزیت، فریت و بینیت، دو نوع بینیت، سمنتیت بالا و سمنتیت پایین و سایر ترکیبات هم دیده شدهاند.[2]علت ایجاد ساختار نواری در فرآیند انجماد نهفته است. اگر یک فولاد مذاب حاوی مقدار کمی از یک عنصر آلیاژی به همراه کربن در نظر گرفته شود؛ این عنصر آلیاژی نقطه ذوب آهن را کاهش میدهد، لذا مقدار عنصر حل شونده در ترکیب اولین بلورکهای تشکیلشونده - که توسط خط سالیدوس تعیین میشود - کمتر از مابقی مذاب است و عنصر حل شونده توسط بلور پس زده میشود.
براساس نمودار تعادلی مقدار عنصر حل شونده در فاز جامد با کاهش دما به طور پیوسته افزایش یا فته و در لحظهای که آخرین قطره مذاب منجمد میشود، ریزساختار ترکیب یکسانی به دست میآورد. ولی سرعت نفوذ در حالت جامد در سرعتهای معمول سرد کردن به قدر کافی بالا نیست تا همگنی فاز جامد رخ دهد. لذا مادهای با ساختار غیریکنواخت از لحاظ ترکیب شیمیایی ایجاد میشود. این فرآیند به نام ریز جدایش شناخته میشود؛ چرا که در مقیاس طولی اندازه دانه رخ میدهد. در صورتی که رشد دندریتیک رخ دهد - که در سرعتهای معمول سرد کردن این چنین است - ، مقدار عنصر حل شونده در داخل و مرز بین دندریتها متفاوت است.[1] میتوان با عملیات حرارتی بعدی به ساختار همگن دست پیدا کرد. ولی به دلیل پایین بودن نسبی سرعت نفوذ عناصر بیننشین در فولادها، آنیل یا بازپخت طولانی مدت مورد نیاز است.
در فولادی که تحت نورد قرار میگیرد، نواحی بین دندریتی که از عنصر حل شونده فقیر هستند، کشیده شده و لذا ساختار به صورت نواحی متناوب غنی و فقیر از عنصر حل شونده در میآید. در حین سرد کردن از دمای کارگرم، استحاله آستنیت به فریت رخ میدهد. با فرض یک ساختار هایپویوتکتویید، فریت در نواحی حاوی مقادیر کمتر عنصر پایدار کننده آستنیت تشکیل میشود و با پس زده شدن کربن از این نواحی، آستنیت در سایر نواحی به پرلیت تجزیه شده و لذا ساختار لایهای یا نواری مذکور ایجاد میشود.[3] سرعت سرد کردن فولاد بعد از آستنیته کردن نقش اساسی در توسعه ریز ساختار آن دارد. ساختار نواری یا باندینگ در شرایط سرد کردن آهسته ایجاد میشود. ولی اگر سرعت سرد کردن بالا باشد، زمان کافی برای نفوذ کربن و جوانهزنی فریت وجود نداشته و لذا ساختار نواری ایجاد نخواهد شد4]،.[5
اگرچه سرعت سرمایش زیاد باعث عدم تشکیل باندینگ میشود، ولی نمیتوان علت آن یعنی ریزجدایش را برطرف کرد و لذا ساختار نواری در اثر گرمایش مجدد و سرد کردن آهسته دوباره ظاهر میشود.[5]اثر باندینگ بر روی خواص مکانیکی توسط محققان مختلف گزارش شده است. خواص کششی مثل استحکام تسلیم و استحکام نهایی تاثیر چندانی از ساختار نواری نمیپذیرند[6] ولی داکتیلیتی فولاد کاهش مییابد.[7] ساختار نواری بر روی عملیات حرارتی و قابلیت ماشینکاری قطعه تاثیر منفی میگذارد. به منظور حصول ساختار یکنواخت و عاری از باندینگ، آنیل سیکلی استفاده میشود. عملیات آنیل سیکلی شامل سه مرحله می باشد:
- 1 عملیات آستنیته
- 2 سرد کردن سریع قطعات تا محدوده دمای یوتکتویید به وسیله هوای فشرده
- 3 نگه داشتن قطعات در محدوده دمای یوتکتویید برای زمان معین
مشکلات ایجاد شده در طی این عملیات حرارتی به دو بخش تقسیم میشود. ایجاد ساختار لایهای یا همان باندینگ و دیگری تولید بینیت و یا فریت سوزنی. مطابق استاندارد فنی این قطعات، عملیات آنیل سیکلی به عنوان عملیات حرارتی مورد قبول تعریف شده است. در صورتی که عملیات سیکلی به درستی و با دقت انجام نشود، علاوه بر باندینگ رشد دانههای فریت و پرلیت و نیز در مواردی تشکیل فریت سوزنی و فازهای بینیتی را خواهیم داشت. لذا در این مقاله به منظور دستیابی به شرایط بهینه عملیات حرارتی، از فرآیند آنیل سیکلی با دماها و زمانهای سرد کردن متفاوت استفاده گردید.
روش تحقیق
کورههای مورد استفاده برای عملیات حرارتی از نوع مقاومتی با حداکثر ظرفیت دمایی 1000 C بوده که مجهز به ترمومتر و ترموکوپلهای کالیبره شده میباشد. برای کنترل دمای قطعات در مرحله سرد کردن سریع از پیرومتر دستی دیجیتال کالیبره شده استفاده شده است. قطعه مورد استفاده در این مقاله قطعهای خاص - شافت ورودی گیربکس پژو - از جنس فولاد 27CD4 - بر اساس استاندارد نامگذاری AFNOR فرانسه - میباشد - جدول . - 1 فولاد مذکور کاربرد گستردهای در ساخت قطعات گیربکس - چرخدنده ها، شفتهای ورودی و خروجی - دارد. این قطعات بعد از عملیات فورج، ماشینکاری میشوند و قابلیت ماشینکاری به منظور کاهش هزینه و قیمت تمام شده - عمر بیشتر ابزار ماشینکاری - از اهمیت ویژهای برخوردار است. به منظور حذف
