دانلود پایان نامه درمورد مورفولوژی و پیچیدگی

تاثیر دمای تمپر بر روی سختی چدن نایهارد ]38[
Widget not in any sidebars

مقاومت به سایش چدن‌های نایهارد
مقاومت سایشی یک خاصیت مستقیم از مواد مثل سختی یا استحکام کششی نیست اما به ریزساختار مواد و محیط سایشی بستگی دارد که نسبتاً پیچیده است. تغییر فرم الاستیک و پلاستیک، پدیده کارسختی و چقرمگی و مقاومت خستگی مواد نقش مهمی را ایفا میکنند. چدنهای سفید مقاوم به سایش به دلیل مقاومت به سایش بهتر خود مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خاصیت ناشی از ریزساختار آنهاست که شامل % (40-20) از کاربیدهای خیلی سخت در زمینه‌ای که شامل مارتنزیت، بینیت، آستنیت و کاربیدهای ثانویه می‌باشد. در مجموع ساختار زمینه هم روی سایش و هم روی مقاومت به ضربه تاثیر میگذارد. مقاومت سایشی با عملیات حرارتی، به بیشترین مقدار خود میرسد ]2،3،5،12،19،40،41،42[.
همانطور که اشاره شد ریزساختار یک نقش اساسی را در رفتار سایشی ایفا میکند. مقدار حجمی کاربیدها و اندازه آنها و ساختار زمینه میتواند بر مقاومت سایشی چدن نایهارد تاثیرگذار باشد. در حین سایش تغییرات مهمی در ریزساختار منطقه تماسی و ناحیه نزدیک تماسی، بصورت تغیر فرم پلاستیک مشاهده میشود. چنین تغییر فرمی در حین سایش منجر به کارسختی شده و سختی سطح را افزایش میدهد ]42،43[.
رابطه بین سختی و مقاومت به سایش
سختی معمولاً به عنوان پارامتری برای مقاومت سایش یک ماده در نظر گرفته میشود. این مطلب بطور تقریبی برای رنج وسیعی از فلزات و آلیاژها، در صورتیکه ساینده نرم در نظر گرفته شود، صحیح میباشد. اما برای مثال الاستومرها رفتار متفاوتی دارند که میتواند بدلیل رفتار سایشی آنها باشد ]2،19[.
شکل (2-35) نشان میدهد که چگونه مقاومت سایشی چدن سفید با نسبت سختی ماده به سختی ساینده تغییر میکند. در نسبتهای بالاتر مقاومت سایشی بالا بوده ولی هنگامی که این نسبت به کمتر از 6/0 کاهش مییابد، پراکندگی زیادی ایجاد شده و شیب منحنی کاهش موثری را روی سختی ماده نشان میدهد ]2،3،27[.
تغییرات مقاومت سایش با نسبت سختی ماده به سختی ساینده در چدن سفید ]2،40[
درصد کربن و ریزساختار
مقاومت سایشی آلیاژهای فولادی و نیز چدنهای مقاوم به سایش بطور قابل قبولی به مقدار کربن و ریزساختار آنها مرتبط میباشد. اگر کربن بصورت گرافیت آزاد نباشد، با افزایش آن مقاومت سایشی نیز افزایش مییابد ]2،5،12،40[.
مقاومت سایشی بر حسب مقدار کربن و ریزساختار فولادها و چدنهای سفید ]2[
افزایش مقاومت سایش با مقدار کربن از فولادهای کم کربن تا چدن سفید در شکل (2-36) آمده است. با هر مقداری از کربن، بالاترین مقاومت به سایش توسط موادی با ساختار زمینه مارتنزیتی ایجاد میشود. پراکندگیهای مشاهده شده مربوط به وضعیت عملیات حرارتی میباشد. مارتنزیت تمپر نشده بالاترین مقاومت سایشی را دارد و تمپر کردن مارتنزیت باعث کاهش مقاومت سایشی شده تا جایی که منجر به افت مقدار سختی هم میشود ]2،5،12،27،40،43[.
در حالیکه سختی هر یک از انواع چدنها و یا فولادها با افزایش درصد کربن و ایجاد زمینه مارتنزیتی افزایش یافته، مقاومت سایشی نیز متناسب با سختی افزایش مییابد. اگر چه باید در نظر گرفت که سختی، مقاومت سایشی را به تنهایی بهبود نمیبخشد، اما به این معناست که میتواند به عنوان تنها معیاری از ریزساختار آلیاژهای خاص در نظر گرفته شود. برای مثال مقاومت سایشی چدن نایهارد از فولادهای کم آلیاژ کوئنچ و تمپر شده با سختی برابر، بدلیل بالاتر بودن درصد کربن زمینه و در نتیجه وجود کاربیدهای سخت، بیشتر میباشد. بنابراین در عمل، سختی معمولاً بهترین و تنها معیار واقعی کنترل کیفیت چدن سفید میباشد. درصد کربن چدن سفید با تشکیل کاربیدهای اولیه خشن محدود میشود. چنانچه کاربیدها توسط زمینه فلزی احاطه شوند تا از پارگی و شکست آنها ممانعت به عمل آید، مفید خواهد بود در غیر این صورت درصد کربن نباید از ترکیب یوتکتیک بیشتر شود. حضور گرافیت به شدت برای مقاومت به سایش زیان آور خواهد بود ]3،19،27،40،41،42،43[.
مورفولوژی، مقدار حجمی و اندازه کاربید یوتکتیک
همانطور که پیش‌تر اشاره شد دو مورفولوژی جداگانه از کاربیدها در چدنهای نایهارد 4 بصورت M3C و M7C3 وجود دارد. نتایج آزمایشگاهی نشان میدهند که کاربیدهای M7C3 به دلیل مورفولوژی میلهای و تیغهای مانند آن و نیز سختی بالاتر، مقاومت سایشی بهتری را فراهم میکند ]5،43،44[.
افزایش بیشتر مقدار حجمی این کاربیدها، مقاومت سایشی را به دلیل تردتر شدن چدن، کاهش می‌دهد. اندازه‌ی کاربیدها هم روی مقاومت به سایش چدن نایهارد موثر می‌باشد. در برخی تحقیقات مشخص شد که در چدن‌های نایهارد با ساختارهای کاربید ریزتر، نرخ سایش کاهش یافته است ]43[.
دمای تمپر
مقاومت سایش چدن نایهارد 4 با افزایش دمای تمپر کاهش مییابد. ساختار سخت شده بیشترین مقاومت سایشی را دارد در حالیکه ساختار تمپر شده کمترین مقاومت سایشی را نشان میدهد ]43،44[. با افزایش دمای تمپر، زمینهی نرمتری در ساختار ایجاد شده که این زمینه حمایت مکانیکی کمتری از کاربیدهای سخت را فراهم میکند و در نتیجه مقاومت سایشی کاهش مییابد ]43[.
اثر آستنیت باقیمانده
چدنهای نایهارد مقاومت عالی در مقابل آسیابهای ساینده تنش بالا و سایندههای خراشان تنش پایین از خود نشان میدهند. این چدنها به دلیل داشتن مقادیر بالای 10 درصد از عناصر نیکل و کروم، مقاومت سایشی خود را در مقابل محیطهای شیمیایی خورنده حفظ میکنند. بدیهی است که مقدار آستنیت باقیمانده بر روی مقاومت به سایش چدن های نایهارد4 موثر میباشد ]43،44[.
البته پیچیدگی‌ها و نیز مغایرت‌هایی در مورد اثر آستنیت بر روی مقاومت به سایش وجود دارد. برخی معتقدند زمینه‌ای که شامل مارتنزیت خالص باشد، بیشترین مقاومت سایشی را فراهم میکند، اما برخی بیان کرده‌اند که مقاومت سایشی بهینه می‌تواند توسط یک ریزساختار عمومی متشکل از آستنیت و مارتنزیت فراهم شود. لذا شرایط آزمون‌های بکار گرفته می‌تواند این تناقض‌ها را توجیه نماید ]5،41،42،43،44[.
روش‌های آزمون سایش
پدیده سایش یکی از مهمترین عوامل تخریب قطعات صنعتی است. برای کاهش این پدیده، انتخاب جنس قطعات درگیر با یکدیگر و نیز انتخاب پوشش سطحی مناسب بسیار حائز اهمیت میباشد. برای دستیابی به اهداف فوق، انجام آزمایشهای سایش ضروری میباشد. روشهای سایشی را میتوان به سایش ساینده Two body و Three body و نیز تنش آرام و تنش بالا تقسیم بندی کرد. آنچه که مهم به نظر میرسد، تعیین فرایند سایش غالب از جمله سایش ضربه، شکست، خوردگی یا سایش / خوردگی است ]5،43،45[.
آزمونهای سایشی مختلفی در مورد مکانیزمهای سایش به کار گرفته شدهاند، اما نتایج حاصل منجر به پیش بینی صحیحی از رفتار سایشی نشده است. چنین تستهایی ممکن است ابزار مفیدی در تحقیق و توسعه و بهبود سایش باشند اما در بهترین حالت تنها منجر به طبقهبندی خاصی از مواد مختلف در کاربردهای صنعتی میشوند. در واقع یک رابطه عمومی بین مقاومت سایشی و دیگر خواص مواد وجود ندارد ]2،3،5،44[.