آخرین مطالب
امکانات وب
بسمه تعالی
گزارشکار آزمایشگاه عملیات حرارتی
عنوان آزمايش:
بررسي زمان تمپر بر خواص مكانيكي (سختي)
در فولاد هاي ساده كربني
استاد مربوطه: مهندس میرحسینی
فاطمه محمودی
**94390
تاریخ تحویل:
05/09/96
تئوري آزمايش:
به علت وجود كربن فوق اشباع در شبكه bct ، مارتنزيت ، انرژي تنشي حاصل از نابجايي ها و دوقلوهاي بسيار زياد ، انرژي سطحي ناشي از فصل مشترك هاي بسيار زياد صفحات مارتنزيتي و همچنين وجود آستنيت باقي مانده مارتنزيت ناپايدار مي باشد. در هنگام سرد كردن سريع فولاد در يك محيط كوئنچ مانند آب يا روغن ، به دليل ايجاد شوك حرارتي و محبوس كردن كربن در شبكه ساختار به دست آمده يك ساختار پر تنش است. اين ساختار از نظر استحكام در حد بالايي مي باشد ولي ترد وشكننده است. جهت كاهش تردي اين ساختار از عمليات حرارتي تمپر پس از انجام عمليات سخت كاري استفاده مي شود. در اين فراين ما حق ورود به منطقه آستنيت را نداريم. عمليات تمپر عبارت است از: حرارت دادن فولد در منطقه حرارتي زير A1 ، نگهداشتن در اين دما به مدت زمان مناسب و سپس سرد كردن آهسته تا دماي محيط كه در كوره يا هوا انجام مي شود. هر چه دماي تپر افزايش يابد استحكام تسليم و كششي كاهش يافته و انعطاف پذيري افزايش مي يابد.
دما و زمان تمپر به ۳ عامل بستگي دارد: ۱ – تركيب شيميايي ( جنس قطعه) ۲ – ابعاد يا ضخامت قطعه ۳ – خواص مكانيكي مورد نظر مشتري
با توجه به اينكه عمليات تمپر يك عمليات نفوذي است جهت انجام نياز به زمان دارد با افزايش ضخامت قطعه زمان عمليات تمپر افزايش مي يابد. اصولا به ازاي هر يك اينچ ضخامت يك ساعت زمان تمپر را در نظر مي گيرند.و حداق زمان تمپر را يك ساعت قرار مي دهند.
تغيير ريز ساختار مارتنزيت در حين تمپر:
۱ – تشكيل كاربيد هاي انتقالي ( در دماي ۱۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتي گراد)
۲ – تبديل آستنيت باقي مانده به فريت و سمنتيت ( در دماي ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتي گراد)
۳ – تبديل كاربيد هاي انتقالي و مارتنزيت كم كربن به فريت و سمنتيت ( در دماي ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه سانتي راد)
۴ – تشكيل كاربيد هاي آلياژي و ايجاد سختي ثانويه انواع تردي:
تردي حاصل از بازپخت: در حين عمليات تمپر بر اثر عواملي ممكن است قطعه ترد شود كه اثر خود را روي كاهش مقاومت به ضربه (انتقال دماي تبديل به سمت دماهاي بالاتر) نشان خواهد داد.
۱ – تردي مارتنزيت بازپخت شده يا تردي ۳۵۰ درجه سانتي گراد يا TME اين تردي بيشتر در فولاد هاي ساده كربني و كم آلياژ كه در محدوده دمايي ۲۶۰ تا ۳۵۰ درجه سانتي گراد بازپخت مي شوند ( گستره دمايي تجزيه آستنيت) ديده مي شود. كاهش تافنس در اينجا ناشي از رسوب اتم هاي فسفر يا تركيبات آن در مرزدانه هاي آستنيت است. اين اتم ها در هنام تجزيه آستنيت به فريت و سمنتيت در مرزدانه هاي آستنيت باقي مانده و به همراه نوار نازك و پيوسته سمنتيت تشكيل يك فاز ترد مي دهد. اگر يك فولاد ترد شونده در حدوده دمايي فوق ( ۲۶۰ تا ۳۵۰ درجه سانتي گراد) را تا دمايي بالاتر حرارت دهيم تردي آن رفع مي شود و تافنس به مقدار اوليه بر مي گردد. حرارت دادن فولاد در اين محدوده دمايي منجر به تردي مجدد نمي گردد و اين تردي يك تردي برگشت ناپذير است.
۲ – تردي بازپختي يا حرارتي: در اثر نگهداشتن يا آرام سرد كردن فولاد در محدوه دمايي ۳۷۵ – ۵۷۵ درجه سانتي گراد به وجود مي آيد. كاهش تافنس ناشي از تشكيل يك فاز ثانويه ترد نظير فسفيد و يا افزايش غلظت ناخالصي هايي چون آنتيموان ، قلع ، آرسنيك و فسفر به صورت نوار پيوسته در مرزدانه هاي آستنيت اوليه است. ( اين تردي برگشت پذير است).
۳ – تردي نيتريد آلومينيم: رسوب ذرات ريز نيتريد آلومينيم، در مرزدانه هاي آستنيت اوليه مي تواند موجب تردي شود. اين ذرات در حين سرد شدن از دماي انجماد و يا آستنيته كردن در دناي بالا تشكيل مي شود.
هدف از عمليات تمپر چيست؟
افزايش تافنس و داكتليته مارتنزيت است.در اثر اين عمليات تنش هاي داخلي كم ، تافنس زياد، و سختي و استحكام كم مي شود.
مارتنزيت به دلايل زير فازي است ناپايدار:
۱ – وجود كربن به صورت فوق اشباع در شبكه BCT
۲ – انرژي ناشي از تشكيل نابجايي ها و دوقلويي ها در ساختمان كريستالي مارتنزيت.
۳ – وجود آستنيت باقي مانده. اگر فولا هاي آلياژي سختكاري شده با ساختار مارتنزيتي داراي عناصر كاربيد زا مثل كرم – موليبدن – اين عوامل در حين تمپر نقش نيرو محركه تغيير ساختمان كريستالي را بازي مي كنند. واناديم – تيتانيم – تنگستن به صورت محلول جامد باشند و در محدوده دمايي حرارتي ۵۰۰ – ۶۰۰ درجه سانتي گراد تمپر شوند در حين تمپر سختي آنها افزايش يافته اين امر ناشي از تشكيل كاربيد هاي عناصر آلياژي است و به سختي ثانويه موسوم است. نكته: اگر در فولاد آستنيت باقي مانده و جود داشته باشد در حين تمپر ممكن است به بينيت تبديل شود. تاثير عناصر آلياژي بر نمودار بازپخت و سختي ثانويه: به طور كلي عناصر آلياژي تا حد كمي سختي مارتنزيت حاصل از كوئنچ را افزايش دهند.
با افزايش درصد كربن به دليل كاهش دماي شروع تشكيل مارتنزيت، درصد آستنيت باقي مانده در فولاد افزايش يافته و احتمال كاهش سختي حاصل از كوئنچ افزايش مي يابد. حتي در فولاد هاي آلياژي با درصد بالاي آستنيت باقي مانده ، سختي مي تواند كمتر از فولاد كربني نيز بشود. البته حضر عناصر آلياژي در هنگام بازپخت مي تواند باعث به تعويق افتادن كاهش سختي و استحكام شود عناصري همچون سيليسيم – نيكل – منگنز به دليل انحراف در فريت و عدم تشكيل كاربيد ، باعث به تاخير افتادن كاهش سختي و استحكام در هنگام بازپخت شود زيرا پس از سریع سرد شدن مقادير زيادي آستنيت در كنار ساختار مارتنزيت وجود دارد. بيان شده است كه كرم نيز مي تواند باعث افزايش سختي در دماهاي بالا بازپخت شود. علت اين افزايش سختي تشكيل كاربيد كرم مي باشد به اين افزايش سختي ، سختي ثانويه گويند. در يك جمله نيز مي توان گفت حضور عناصر آلياژي در فولاد ها باعث افزايش سختي نموه هاي كوئنچ و بازپخت شده نسبت به فولاد هاي ساده كربني با كربن مشابه خواهد شد. در فولاد هاي پر كربن به ويزه در هنگامي كه نيكل و مننز نيز در فولاد وجود داشته باشد. به علت پايين بودن دماي شروع و پايان تشكيل مارتنزيت پس از كوئنچ در كنار تشكيل مارتنزيت درصد بالايي آستنيت باقي مانده مي ماند. با تشكيل كاربيد هاي آلياژي، درصد كربن آستنيت باقي مانده كاهش يافته و دماي شروع و پايان تشكيل مارتنزيت اين آستنيت ها افزايش مي يابد. پس در هنگام سرد شدن از دماي تمپر ، آستنيت هاي فقير از كربن به مارتنزيت تبديل مي شوند. يعني پس از پايان عمليات تمپر ساختار شامل : مارتنزيت بازپخت شده – مارتنزيت – كاربيد هاي آلياژي – و احتمالا بينيت است.
نتايج گزارش كار آزمايش تمپرينگ : بررسي اثر زمان تمپر بر خواص مكانيكي (سختي) در فولاد هاي ساده كربني
|
|
|||
|
400 |
265 |
170 |
T t |
|
47HRC |
52HRC |
53HRC |
5 |
|
45HRC |
47HRC |
52HRC |
15 |
|
41HRC |
46HRC |
52HRC |
30 |
|
39HRC |
46HRC |
50HRC |
60 |
|
35HRC |
45.5HRC |
50HRC |
90 |
سختی اولیه برابر ۵۴HRC بود. در نمونه ای که تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد آن را تمپر کردیم، تغییر محسوسی در اندازه سختی در زمان های مختلف مشاهده شد.
اما در نمونه ای که تا ۲۶۵ درجه سانتی گراد در مدت زمان ۱۵ دقیقه حرارت دادیم این تغییر محسوس ایجاد شد و برای نمونه ای که در دمای ۱۷۰ درجه سانتی گراد و به مدت ۶۰ دقیقه تمپر کردیم، تغییر محسوس ایجاد شد. با مقایسه این تغییرات، به این نتیجه می رسیم که هر چه دما بیشتر باشد، سختی بیشتر پایین می آید. و در دماهای پایین، احتمال این که سختی پایین بیاید، فقط در صورتی است که مدت زمان تمپر را افزایش دهیم.
منبع:
کتاب عملیات حرارتی دکتر گلعذار
جزوه عملیات حرارتی دکتر موسوی
سایت ایران مواد
برچسب‌ها: گزارشکار آزمایشگاه عملیات حرارتی در نمازم خم ابروی تو با یاد آمد...