بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش از پاسخ ریزساختارهای متفاوت در سطح و مغز فولاد سخت کاری القائی شده به میدان مغناطیسی خارجی، استفاده شده و به تعیین سختی سطح و عمق لایه سخت شده پرداخته شده است. برای این منظور در بخشهای مختلف بر روی یک قطعه از جنس فولاد CK45 شرایط متفاوتی از عملیات سختکاری القایی اعمال شده تا مناطقی با عمقهای سخت شده متفاوت ایجاد شود.
در ادامه به منظور مشخصهیابی غیرمخرب تغییرات ریزساختاری، پس از قرارگیری نمونه تحت میدان مغناطیسی خارجی توسط یوک، با استفاده از پروبی - متناسب با شکل قطعه - تمامی سطح نمونه مورد روبش قرار گرفته و مشخصههای مغناطیسی شامل بیشینه چگالی شار و بیشینه نفوذپذیری مغناطیسی بر حسب فاصله از یک طرف نمونه اندازهگیری شدهاند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که روش مخرب پیشنهادی نه تنها قادر به تفکیک مناطق سخت شده از سخت نشده بوده، بلکه امکان جداسازی نمونههای باعمق سخت شده متفاوت و تعیین اندازه ضخامت لایه سخت شده را نیز فراهم مینماید.
مقدمه
بر طبق استانداردهای موجود، رسم پروفیل سختی در مقطع عرضی نمونه، متداولترین روش جهت کنترل و اندازه گیری عمق لایه سخت شده - که از مهمترین مشخصههای کیفی قابل بررسی در قطعات سخت کاری سطحی شده به شمار میآید - میباشد . [1] انجام این روش مستلزم صرف زمان و هزینه بالایی شامل برش، آماده سازی سطح نمونه، میکرو سختی سنجی از سطح به سمت مغز نهایتاًو رسم تغییرات میکروسختی بر حسب فاصله از سطح میباشد.
لذا تنها میتواند به عنوان روشی جهت بازرسی تعداد محدودی از نمونهها در یک محموله مورد استفاده قرار گیرد و پس از تعیین عمق لایه سخت شده نمونه مورد بازرسی، فرض شود که سایر نمونههای محموله نیز شرایط مشابهی دارند. در نتیجه بهرهگیری از روشی غیرمخرب که پس از کالیبراسیون اولیه به سرعت قابل اجرا بوده و در حد چند ثانیه امکان تعیین سختی سطح و عمق لایه سخت شده را داشته باشد، بسیار ضروری به نظر میرسد.
باتوجه به تواناییها و مزایای روشهای غیرمخرب درفرایندهای کنترل کیفی تولیدات صنعتی، امروزه کاربرد روش های غیرمخرب از بازرسی عیوب و ترکیابی فراتر رفته و تعیین مشخصههای مکانیکی و متالورژیکی مواد را نیز شامل میشود. این امر سبب صرفهجویی از لحاظ هزینه و زمان، در تولید انبوه قطعات صنعتی شده و امکان کنترل صددرصد قطعات را نیز فراهم آورده است. از این میان روشهای غیرمخرب پایه مغناطیسی - هیسترزیس مغناطیسی 1 ، سیگنالهای بارک هاوزن2 و جریان گرابی - 3 مزایای منحصر به فردی دارند. حساسیت آنها به ترکیب شیمیایی، ریزساختار و خواص مکانیکی را میتوان جزء مهمترین عواملی دانست که باعث توجه ویژه به این روشها شده است 2]و. [3 از جمله مطالعات صورت گرفته در این حوزه که در سال های اخیر صورت پذیرفته، میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
قانعی4 و همکارانش به تعیین درصد فاز مارتنزیت و همچنین خواص مکانیکی در فولادهای دو فازی با روش جریان گردابی پرداخته اند [4] و کلبر5 و همکارانش نیز در پژوهشی جداگانه، همین مشخصههای ریزساختاری را برای فولادهای دوفازی با روش بارک هاوزن تعیین نمودهاند .[5] همچنین تعیین درصد پرلیت فولادهای ساده کربنی [6] و درصد فاز آستنیت باقیمانده در فولادهای ابزار [7] که به ترتیب با روشهای جریان گردابی و هیسترزیس مغناطیسی صورت پذیرفته را میتوان به عنوان نمونههایی از تحقیقات صورت گرفته در زمینه مشخصه یابیهای غیرمخرب در حجم ماده نام برد.
در زمینه مشخصه یابی تغییرات ریزساختاری در سطح نیز میتوان به تعیین درصد کربن سطح در فولادهای کربن دهی شده [8] و عمق لایه سخت شده در قطعات سخت کاری القایی [9]، که با روش غیرمخرب جریان گردابی صورت پذیرفته، اشاره نمود. در این زمینه، مشخصهیابی قطعات کربن زدایی نیز قابل توجه است. به این ترتیب که تعیین عمق لایه کربنزدایی شده در فولاد باریزساختار مارتنزیتی، با کمک آنالیز هارمونیک [10]، براساس پیکهای اضافی ظاهر شده در پروفیل سیگنال بارک هازون [11] و همچنین بر اساس تغییر در شکل حلقه هیسترزیس مغناطیسی [12] توسط محققین گزارش شده است.
به کارگیری روشهای غیرمخرب جهت تعیین عمق لایه سخت شده در فرایند کنترل کیفیت قطعات، خصوصا در تولید انبوه، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار میباشد. اندازهگیریهای مغناطیسی مانند تلفات مغناطیسی و اثرات سیگنال بارک هاوزن [13-15] و نیز رسانایی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی [16] در قطعات سختکاری القائی شده، نشاندهنده تفاوت خواص مغناطیسی در لایه سطحی سخت شده و مرکز قطعه می-باشد. لذا در این پژوهش با هدف اطمینان از ایجاد عمق لایه سخت شده یکنواخت، سیستمی که بتواند سطح قطعه را روبش کند، طراحی شده و امکان تعیین تغییرات ریزساختاری در قطعات سخت کاری القایی بررسی شده است.
مواد و روش تحقیق
در این بررسی چهار بخش 4 سانتیمتری به فاصلههای 2/5 سانتیمتر از یکدیگر در یک نمونه با ابعاد cm3 30×2/5×2/5 و جنس فولاد CK45 تحت عملیات سخت کاری القائی، قرار گرفت. فرکانس دستگاه برای تمامی نمونهها kHz30 و توان دستگاه 50kw تنظیم شد . با تغییر سرعت عبور نمونهها از داخل سیمپیچ القاء جریان در هریک از 4 بخش مذکور، عمقهای سخت شده متفاوتی ایجاد شد . پس از انجام عملیات سخت کاری القایی مطابق با شکل 1، نمونه تحت میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و مشخصههای مغناطیسی بر حسب فاصله از یک طرف نمونه استخراج شدند. طرح شماتیک اجزای طراحی شده - در آزمایشگاه بررسیهای غیرمخرب پیشرفته مواد دانشگاه صنعتی سجاد - جهت ثبت مشخصههای مغناطیسی در شکل 1 نشان داده شده است.
برای این منظور ابتدا امواج مثلثی شکل با فرکانس 0/1 هرتز توسط کارت دیجیتال به آنالوگ مدل PCI-1720U-AE تولید و پس از تقویت به دامنه ولتاژ +10V/-10Vو جریان 1 آمپر رسیده و به دو سر سیم پیچ-های تحریک - با تعداد هر کدام 1500 دور سیم مسی با قطر 0/45 میلیمتر - اعمال میشود. در اثر عبور جریان از سیم پیچ تحریک، شار مغناطیسی تولید و در یوک مغناطیسی و همچنین قطعه مورد آزمایش انتشار مییابد.
