دانلود پایان نامه درمورد عوامل دیگر و درجه حرارت


Widget not in any sidebars

عملیات ناپایدارسازی و تبدیل آستنیت در آن
تشریح فرایند
همانطور که بیان شد در حالت ریختگی، سختی چدن نایهارد نوع 4 نسبتاً کم و بین 500-400 برنیل است. این سختی ممکن است به زیاد بودن مقدار آستنیت در ریزساختار بستگی داشته باشد. برای تبدیل آستنیت به مارتنزیت از عملیات حرارتی ناپایدارسازی استفاده می‌شود تا سبب ایجاد حداکثر سختی و مقاومت به سایش شود. چدن نایهارد با ساختار کاملاً مارتنزیتی در برابر ورقه شدن تحت ضربات تکراری مقاومت زیادی دارند ]3،15،18[. در شکل‌های (2-28) و (2-29) به ترتیب نمودار پیوسته و ایزوترمال چدن نایهارد4 نشان داده شده است.
نمودارپیوسته چدن Ni-hard 4 ]2[
قطعه ریختگی تا دمای محدوده آستنیت گرم شده و در این دما کاربیدهای ثانویه از آستنیت رسوب کرده و دمای Ms را افزایش میدهند. با افزایش این دما، تغییر حالت مارتنزیتی در حین سرد شدن تا دمای محیط به آسانی صورت میگیرد. در حین سرد شدن آهسته کاربیدهای بیشتری رسوب داده میشوند، لذا دمای Ms بیشتر افزایش مییابد. با توجه به منحنی سرد شدن، بیشترین مقدار سختی در سرد شدن آهسته با رسوب کاربیدهای ثانویه بیشتر در دماهای پایینتر بدست میآید ]2،5[.
نمودار ایزوترمال چدن Ni-hard 4 ]2[
قطعه ریختگی چدن نایهارد4 معمولاً شامل 50 درصد آستنیت باقیمانده بوده که مقدار سختی در این حالت بیشتر از 550 تا 600 ویکرز نخواهد بود. تغییراتی که از استحاله آستنیت به مارتنزیت با ناپایدارسازی در دماهای بالای c°750 صورت میگیرد، باعث افزایش سختی شده و پایداری آستنیت در این حالت با رسوب کاربیدهای ثانویه کاهش مییابد. شکل فوق دیاگرام تغییر حالت ایزوترمال چدن نایهارد4 بوده که محدوده تغییر حالتهای مختلف را نشان میدهد. سختی نمونههایی که بصورت ایزوترمال در دماهای مختلف نگه داشته شدند، در سمت راست نمودار مشخص شده است ]2،5[.
چدنهای نایهارد که در حالت ریختهگری ساختمان آستنیتی دارند، با قرار گرفتن در درجه حرارت مورد نظر در عملیات ناپایدارسازی، از نظر کربن در حالت فوق اشباع هستند. در نتیجه رسوب کاربید از آستنیت آغاز شده و تا هنگامی که تعادل حاصل شود این مساله ادامه پیدا میکند. بنابراین هر قدر زمان نگهداری کمتر باشد میزان کربن و آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی بیشتر خواهد بود ]3،7،18[.
بهترین دمای ناپایدارسازی آستنیت برای رسیدن به بیشترین مقدار سختی، برای هر ترکیب شیمیایی متغیر میباشد. دمای ناپایدارسازی مقدار کربنی را که باید در محلول زمینه آستنیتی باقی بماند تعیین میکند. دماهای بیشتر از C (850-750)، پایداری آستنیت را افزایش داده و لذا مقادیر آستنیت باقیماندهی بیشتر سبب کاهش سختی میشود. دمای پایین در مارتنزیت کم کربن، باعث کاهش سختی و مقاومت به سایش می‌شود. لذا عملیات حرارتی صحیح، ناپایداری آستنیت را با رسوب کاربیدهای ثانویه در داخل زمینه‌ی آستنیتی فراهم میکند ]2،10،15،17[.
تبدیل مارتنزیتی در حین عملیات حرارتی ناپایدارسازی
مارتنزیتی که در چدن نایهارد نوع 4 تشکیل میشود، از نوع سوزنی پرکربن میباشد. درچدنهای پرکربن، کربن بیشترین تاثیر را در تبدیل مارتنزیتی دارد و تبدیل آستنیت به سختی انجام می‌شود. مقدار کربن آستنیت از طریق اثر آن بر مقدار مارتنزیت، بر سختی آلیاژ تاثیر زیادی میگذارد ]3،26،38[.
تنوع درجه حرارت ناپایدار کردن آستنیت، در ارتباط با میزان حلالیت کربن در آستنیت و سرعت سرد کردن از مهمترین عواملی هستند که تحول مارتنزیتی را تحت تاثیر قرار میدهند. سختی مارتنزیت بستگی به میزان کربن محلول در آن دارد، اما با توجه به آستنیت باقیمانده و عواملی نظیر ناهمگن بودن ساختمان آستنیت به دلیل رسوب کاربیدهای ثانویه و توزیع آنها و … سختی نیز یکسان نمی‌باشد. چدن قطعات آلیاژی کروم بالا که در هوا سخت میشوند، در انتهای مرحله سرد شدن به دلیل کاهش سرعت خروج حرارت از قطعات ضخیم، تمپر کردن خود به خود صورت میگیرد و چنانچه مقدار مارتنزیت از 50 درصد تجاوز نماید، سختی مجموعه از 25 تا 75 ویکرز کاهش مییابد ]10،15،26[.
عملیات حراتی تمپر
چدنهای نایهارد به دلیل ساختار مارتنزیتی در حالت ریختگی، تحت عملیات تمپر قرار می‌گیرند. تمپر بین C260-205 برای حداقل 4 ساعت، مقداری از تنش‌های ایجاد شده را کاهش و استحکام و چقرمگی ضربه را تا حدود % (80-50) افزایش می‌دهد. در عملیات حرارتی چدنهای نایهارد باید مراقب بود تا شوکهای حرارتی منجر به ترک نشوند، در واقع باید از گرم و یا سرد شدن سریع در این قطعات جلوگیری شود ]2،5،10،15[.
باانجام عملیات بازگشت، کاربیدهای ثانویه میتوانند در داخل زمینه مارتنزیتی رسوب کنند. کاهش سختی زمینه پس از بازگشت به دلیل تمپر شدن مارتنزیت بوده و مقدار آستنیت هم این حالت کاهش مییابد. لذا در برخی موارد اگر مقدار آستنیت باقیمانده زیاد باشد، تمپر تا دمای 400 الی 500 درجه سانتیگراد صورت میگیرد تا کربن موجود در آستنیت به شکل کاربید ثانویه کاهش پیدا کرده و ناپایدار شده و سبب تشکیل مارتنزیت از آستنیت گردد ]5،10،15[.
پارامترهای عملیات حرارتی
پارامترهای مختلفی از جمله دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت بر ریزساختار و خواص سایشی چدن نایهارد4 تاثیر میگذارد. محیط سرد شدن و سرعت سرد شدن نیز از جمله عوامل دیگر موثر بر خواص چدن میباشند. همانطور که اشاره شد، دمای ناپایدارسازی آستنیت مقدار کربن محلول باقیمانده در زمینه آستنیتی را مشخص میکند. دماهای خیلی بالا پایداری آستنیت را افزایش داده و سبب کاهش سختی میشود. دماهای پایین منجر به تشکیل مارتنزیت کمکربن شده که در نهایت هم سختی و هم مقاومت سایشی را کاهش میدهد. بنابراین حساسیت دمایی خیلی مهم بوده و کوره مورد استفاده باید دمای صحیح و یکنواختی را ایجاد کند ]5،17[.
برای رسیدن به خواص بهینه بررسی این پارامترها مهم میباشد. سختی و مقاومت سایشی وقتی ماکزیمم خواهد بود که با عملیات حرارتی تمام آستنیت به مارتنزیت تبدیل گردد و مقدار آستنیت باقیمانده کم باشد. رابطه درصد آستنیت باقیمانده قبل و بعد از عملیات حرارتی در شکل (2-30) نشان داده شده است ]5،38،39[.
دمای ناپایدارسازی آستنیت بر روی خواص چدن نایهارد موثر میباشد. افزایش دمای آستنیته باعث افزایش سختی میشود زیرا رسوب کاربیدهای ثانویه در این حالت بیشتر شده که منجر به افزایش درصدهای کربن و کروم در زمینه و نیز مارتنزیت میشود. تاثیر دمای ناپایدارسازی بر سختی چدن نایهارد را میتوان در شکل (2-31) مشاهده کرد. همانطور که بیان شد علاوه بر دمای ناپایدارسازی، پارامترهای دیگری از جمله دمای تمپر و محیط سرد شدن در عملیات حرارتی بر خواص چدن نایهارد موثر خواهند بود. ساختارهای قطعات نایهارد که با شرایط یکسان ولی در محیطهای مختلف سرد می‌شوند، با هم متفاوت خواهد بود ]38،39[.
شکل‌های (2-32) و (2-33) شرایط مختلف سرد شدن چدن نایهارد4 را نشان میدهد که در آن کاربیدهای ثانویه رسوب کرده در شکل (2-33) بیشتر خواهد بود ]38،39[.
رابطه درصد آستنیت باقیمانده، قبل و بعد از عملیات حرارتی با درجه حرارت ]39[
تاثیر دمای عملیات حرارتی بر سختی چدن نایهارد ]39[
تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونهای که در هوای آرام سرد شده است ]38[
تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونه شکل (2-32) که در روغن سرد شده است ]38[
دمای تمپر هم یکی دیگر از متغیرهای مورد بحث در عملیات حرارتی میباشد. با افزایش دمای تمپر مقدار سختی نمونهها تغییر میکند. روند تغییر سختی را میتوان با توجه به شکل (2-34) به سه منطقه تقسیم کرد. در این میان، افت سختی در منطقه اول به دلیل تمپر شدن مارتنزیت است. افزایش سختی با افزایش دما در منطقه دوم به دلیل رسوب کاربیدهای ثانویه و تا حدی استحاله آستنیت باقیمانده میباشد و افت مجدد سختی در دمای بالا به دلیل درشت شدن رسوبات در زمینه نرم بوده که سختی به دست آمده درنتیجه تمپر شدن کاهش مییابد ]3،38،39[.