آزمایش سختی‌پذیری
 | این مقاله، آزمایش سختی‌پذیری، اخیراً بهواسطهٔ فرایند ایجاد مقاله ایجاد شدهاست. بازبینیکننده در حال بستن درخواست است و این برچسب احتمالاً بهزودی برداشته می‌شود.
ابزارهای بازبینی: پیشبارگیری بحث اعلان به نگارنده |
[[رده:واگذاری مقاله‌ها برای ایجاد بر پایه تاریخ/خطا: زمان نامعتبر|آزمایش سختی‌پذیری]]
خطای اسکریپتی: پودمان «AfC submission catcheck» وجود ندارد. کسب اطلاعات لازم در مورد سختی پذیری فولادها برای انتخاب عناصر آلیاژی مناسب و عملیات حرارتی مناسب برای به حداقل رساندن تنش‌های حرارتی و اعوجاج در قطعات تولیدی با اندازه‌های مختلف ضروری است.[۱]
آزمایش سختی‌پذیری (یا همان آزمایش جامینی) روشی استاندارد برای اندازه‌گیری سختی‌پذیری فولادها می‌باشد. این آزمون توانایی فولاد برای سخت شدن در اعماق مختلف پس از کوئنچ کردن را توصیف می‌کند. سختی به ترکیب شیمیایی فولاد بستگی داشته و همچنین می‌تواند تحت تأثیر عملیات‌های حرارتی قبلی قرار گیرد. درک اطلاعات اولیه ارائه شده از این آزمایش نه تنها ضروری است، بلکه می‌توان از اطلاعات به دست آمده از آزمایش جامینی، به‌منظور درک اثرات آلیاژسازی و تأثیرات ریزساختاری در فولادها استفاده می‌شود.[۲]
سختی و سختی‌پذیری[ویرایش]
یکی از مهم‌ترین خواص مواد سختی است. سختی مقاومت یک ماده را در برابر نفوذ عامل خارجی توصیف می‌کند. در فولادها، مقدار سختی به عوامل زیادی مانند غلظت کربن، عناصر آلیاژی و سرعت سرد شدن در طی فرایند سخت شدن بستگی دارد. حداکثر سختی در فولادها با تولید یک ساختار کاملاً مارتنزیتی به دست می‌آید. این کار را می‌توان با آستنیته کردن فولاد و سپس سریع سرد کردن آن انجام داد. در طول فرایند آستنیته شدن، تمام رسوبات در فاز زمینه حل شده و فاز فریت به فاز آستنیت تبدیل می‌شود. سرد کردن ناگهانی این ساختار باعث تبدیل آستنیت به مارتنزیت می‌شود. این دگرگونی آنقدر سریع است که زمانی برای خروج کربن از دانه‌های آستنیت یا تشکیل فازهای کاربیدی وجود ندارد. فاز مارتنزیت بسیار سخت و مستحکم و در عین حال بسیار شکننده است.[۳]
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم مواد سختی‌پذیری است. سختی‌پذیری توانایی مواد را برای سخت شدن در عمق زیاد بیان می‌کند. به تعبیر دیگر، اگر قسمت معینی از قطعه سریع سرد شود، تا چه عمقی از ماده تمام فاز آستنیت به فاز مارتنزیت تبدیل می‌گردد. هرچه این عمق بیشتر باشد سختی‌پذیری ماده نیز بیشتر خواهد بود. هنگامی که یک جزء فولادی ضخیم از دمای سخت شدن خود کوئنچ می‌شود، هسته داخلی قطعه نسبت به لایه‌های سطحی که در تماس با محیط پیرامونی هستند، زمان بیشتری نیاز دارد تا خنک شود. این موضوع منجر به تغییر در سختی در بخش‌های مختلف قطعهٔ فولادی می‌شود و این تغییر جرم در سختی به عنوان (اثر جرم) نامیده می‌شود. امکان دارد که این اثر جرمی در فولاد ساده کربنی با افزودن عناصر آلیاژی به فولاد مانند بور، نیکل، کروم، مولیبدن و … تا حدودی برطرف شود. اما عدم یکنواختی ساختار و سختی در فولادها (از سطح تا عمق)، می‌تواند سایر خواص مکانیکی را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. فولادهایی که سختی‌پذیری بالایی دارند برای ساخت قطعات بزرگ با استحکام بالا و مقاوم در برابر سایش (مانند پیچ‌های اکسترودر برای فرایند تزریق پلاستیک، پیستون برای سنگ‌شکن‌ها، تکیه گاه شفت دستگاه‌های حفاری معدن و قسمت‌های زیرین هواپیما) و همچنین اجزای کوچک و با دقت بالا (مانند قالب‌های شکل‌دهی ورق) مورد نیاز هستند. قالب‌های ریخته‌گری، مته‌ها و پرس‌هایی که برای فرایند ضرب سکه به کار می‌روند همگی از موادی ساخته شده‌اند که سختی پذیری بالایی دارند. سرعت خنک کردن کمتر نیز می‌تواند برای فولادهایی با قابلیت سختی‌پذیری بالا استفاده شود. در این‌صورت می‌توان تنش‌های پسماند و اعوجاج به‌وجود آمده در قطعه را کاهش داد. فولادهایی که سختی‌پذیری پایینی دارند ممکن است برای اجزای کوچکتر مانند سکه و قیچی یا برای قطعات سخت شده سطحی مانند چرخ دنده‌ها استفاده شود، جایی که تمایل به حفظ ریزساختار فریتی یا پرلیتی در هسته برای بهبود چقرمگی وجود دارد.[۴]
روش انجام آزمایش جامینی[ویرایش]
سختی‌پذیری آلیاژهای آهنی (فولاد یا چدن) را می‌توان با آزمایش خاصی به نام آزمایش جامینی (آزمایش سختی‌پذیری) بررسی کرد. در ابتدا نمونهٔ فولادی مدنظر با کمک گرفتن از دستگاه CNC تحت فرایند ماشینکاری قرار گرفته و به ابعاد استاندارد (استوانه‌ای به طول ۱۰۰ میلی‌متر و قطر ۴ اینچ) می‌رسد. که در آن یک نمونه فولادی گرم شده (با ریزساختار آستنیتی) در یک قاب به موقعیت خود رها می‌شود و با پاشیدن یک جت استاندارد از پیش تنظیم شده آب در انتهای پایین آن به‌سرعت سرد می‌شود. نمونه استاندارد در انتهای خود خیلی سریع سرد می‌شود. به تدریج بخش‌های دیگر قطعه نیز هم با سرعتی کمتر خنک می‌شوند. هنگامی که دمای قطعه تا حد قابل ملاحظه‌ای کاهش یافت، با استفاده از دستگاه سنگ‌زنی، یک لایه از آن برای مطالعات سختی‌سنجی برداشته می‌شود.[۵]
مطالعات ریزساختاری به کمک آزمایش جامینی[ویرایش]
آزمایش سختی‌سنجی (آزمایش جامینی) اثرات ریزساختاری مانند اندازه دانه و نوع و درصد عناصر آلیاژی را بر سختی‌پذیری فولادها اندازه‌گیری می‌کند. اصلی‌ترین عنصر آلیاژی که بر سختی‌پذیری تأثیر می‌گذارد، کربن می‌باشد. گروهی از عناصر شامل کروم، منگنز، مولیبدن، سیلیسیم، نیکل و بور نیز می‌توانند بر افزایش سختی‌پذیری فولاد مؤثر باشند.
کربن: درصد کربن موجود در فولاد سختی فاز مارتنزیت را کنترل می‌کند. افزایش محتوای کربن باعث افزایش سختی فولادها تا حدودی می شودکربن ۰٫۶ درصد وزنی با این حال، در سطوح کربن بالاتر، دمای بحرانی برای تشکیل مارتنزیت به دماهای پایین‌تر کاهش می‌یابد. هنگامی که فولاد تا دمای اتاق خاموش شود، ممکن است تبدیل از آستنیت به مارتنزیت ناقص باشد، که منجر به حفظ آستنیت می‌شود. این ریزساختار مرکب مارتنزیت و آستنیت منجر به سختی فولاد کمتری می‌شود، اگرچه سختی فاز مارتنزیت هنوز بالاست. کربن همچنین با به تأخیر انداختن تشکیل پرلیت و فریت، سختی‌پذیری فولادها را افزایش می‌دهد. کاهش سرعت این واکنش باعث تشکیل مارتنزیت با سرعت خنک‌تر شدن می‌شود. با این حال، اثر بسیار کوچک است که معمولاً برای کنترل سختی‌پذیری استفاده نمی‌شود. علاوه بر این، فولادهای با کربن بالا در طول عملیات حرارتی مستعد اعوجاج و ترک هستند و ممکن است ماشینکاری در شرایط آنیل شده قبل از عملیات حرارتی دشوار باشد. کنترل سختی‌پذیری با استفاده از عناصر دیگر و استفاده از سطوح کربن کمتر از ۰٫۴ درصد وزنی رایج تر است.[۶]
سایر عناصر آلیاژی: کروم، مولیبدن، منگنز، سیلیسیم، نیکل و وانادیم تبدیل فاز از آستنیت به فریت و پرلیت را به تأخیر می‌اندازند. متداول‌ترین عناصر مورد استفاده کروم، مولیبدن و منگنز هستند. این تأخیر به دلیل نیاز به توزیع مجدد عناصر آلیاژی در طول تبدیل فاز انتشار از آستنیت به فریت و پرلیت به‌وجود می‌آید. حلالیت عناصر بین فازهای مختلف متفاوت است و سطح مشترک بین فاز در حال رشد جدید نمی‌تواند بدون انتشار عناصر به آرامی حرکت کند. برهم‌کنش‌های کاملاً پیچیده‌ای بین عناصر مختلف وجود دارد که بر دمای تبدیل فاز و ریزساختار حاصل نیز تأثیر می‌گذارد؛ بنابراین، ترکیبات فولاد آلیاژی، گاهی بر حسب پارامتری تحت عنوان کربن معادل توصیف می‌شوند که میزان تأثیر همه عناصر بر سخت‌شدگی را توصیف می‌کند. فولادهایی با درصد کربن یکسان دارای سختی‌پذیری مشابهی هستند.
بور: بور یک عنصر آلیاژی بسیار قوی است، معمولاً به ۰٫۰۰۲–۰٫۰۰۳ درصد وزنی نیاز دارد تا اثر معادل ۰٫۵ درصد وزنی مولیبدن داشته باشد. تأثیر بور مستقل از مقدار بور است، مشروط بر اینکه به مقدار کافی اضافه شود. تأثیر بور در صورت حضور مقدار کربن کمتر بیشتر خواهد بود. به همین علت در فولادهای ساده کربنی به میزان درخور توجهی از آن استفاده می‌شود. بور میل ترکیبی بسیار قوی با اکسیژن و نیتروژن دارد که با آن ترکیباتی را تشکیل می‌دهد؛ بنابراین، بور تنها زمانی می‌تواند بر سختی‌پذیری فولادها تأثیر بگذارد که در فاز محلول باشد. این امر مستلزم افزودن عناصر گیرنده مانند آلومینیوم و تیتانیوم است تا ترجیحاً با اکسیژن و نیتروژن موجود در فولاد واکنش نشان دهند.
اندازه دانه: افزایش اندازه دانه آستنیت باعث افزایش سختی‌پذیری فولادها می‌شود. جوانه‌زنی دانه‌های جامد فریت و پرلیت در مکان‌های ناهمگن مانند مرزهای دانه آستنیت اتفاق می‌افتد؛ بنابراین، افزایش اندازه دانه آستنیت، مکان‌های جوانه‌زایی موجود را کاهش می‌دهد، این موضوع تبدیل فاز فریت/پرلیت را به تأخیر می‌اندازد. این روش افزایش سختی‌پذیری به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا افزایش قابل توجهی در سختی پذیری نیاز به اندازه دانه آستنیت بزرگ دارد که از طریق دماهای آستنیته بالا به دست می‌آید. ریزساختار حاصل کاملاً درشت و با چقرمگی و شکل‌پذیری کاهش یافته است. با این حال، اندازه دانه آستنیت می‌تواند تحت تأثیر سایر مراحل در پردازش فولاد قرار گیرد؛ بنابراین سختی‌پذیری یک فولاد به مراحل قبلی استفاده شده در تولید آن نیز بستگی دارد.[۷]
جستارهای وابسته[ویرایش]
پانویس[ویرایش]
- ↑ Callister، William D؛ David، Jr؛ Rethwisch، G (۲۰۱۰). Materials Science and Engineering-An Introduction (ویراست ۱۰). John Willey & Sons.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Shackelford، J.F (۲۰۱۰). Introduction to Material Science for Engineering (ویراست ۷). New Jersey: Pearson Education.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Budinski، K.G؛ Budinski، M.K (۲۰۱۰). Engineering Materials. New Jersey: Pearson Education.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Higgins، R.A (۱۹۹۴). Properties of Engineering Materials. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
منابع[ویرایش]
This article "آزمایش سختی‌پذیری" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:آزمایش سختی‌پذیری. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
- ↑ Callister، William D؛ David، Jr؛ Rethwisch، G (۲۰۱۰). Materials Science and Engineering-An Introduction (ویراست ۱۰). John Willey & Sons.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Shackelford، J.F (۲۰۱۰). Introduction to Material Science for Engineering (ویراست ۷). New Jersey: Pearson Education.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Budinski، K.G؛ Budinski، M.K (۲۰۱۰). Engineering Materials. New Jersey: Pearson Education.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Gruyter، De (ژوئن ۲۰۱۶). Metals and Alloys: Industrial Applications. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Higgins، R.A (۱۹۹۴). Properties of Engineering Materials. Industrial Press Inc.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
