تحقیق مقاله تاثیرات خستگی در میکرو ساختار چدن داکتیل آستمپر شده

در طرحهای محور بادامک موتور ماشینهای نوین و امروزی لازم است که خواصی از قبیل سختی و مقاومت مد نظر بوده و همچنین بصورت ضد خستگی و دارای استحکام بالا و نشکن باشد.

تا به حال برای این قبیل کاربردها از فولادهای عملیاتی حرارتی شده و (آهنگری شده) استفاده می شد، که امروزه برای ساختن این قطعات کاربردی از چدن دالکتیل ریختگی آستمپر شده و به چدن  تبدیل شده استفاده می شود. که چدن  برای کاربردهای ویژه و مخصوص استفاده دارد، در نتیجه مبنا و ملاک استفاده از چدن  خواص مکانیکیشان می باشد.

          برای بدست آوردن چدن داکتیل ( ) آستمپر شده، مبنا و ملاک، فراهم کردن سلسله ترکیبات وسیع آن می باشد. در نتیجه این ترکیبات وسیع باعث تغییرات در میکرو ساختار و بخشهای عمده فازهای بنیت ، فریت ، آستنیت کربن بالا و میزان و تعداد گرافیت می شود، که امکان وجود مارتزیت، فریت  و دیگر کاربیدهای آلیاژی نیز هست، میکرو ساختار وابسته و تابع هر دو پارامتر 1- ترکیب 2- ریخته گری دقیق و درست چدن هست.

مراحل مختلف تولید و فرآوری در چهار پارامتر صورت می گیرد:

- مراحل تولید و فراوری چدن داکتیل ریخته گری شده که شامل: آستنیته کردن تا دمای حدود 950 تا 800 درجه سانتیگراد و سپس کاهش دادن دما تا درجه حرارت 400 تا 250 درجه سانتیگراد. که این عمل باعث می شود آستنیت موجود بصورت مناسب به فاز بعدی دگرگون و تغییر شکل یابد، و سپس تا دمای اتاق سرد می کنیم. در مراحل عملیات حرارتی آستمپرینگ افزایش عملیاتی حرارتی آستنیته کردن دارای اهمیت بوده و عامل مؤثری در تعیین و رخ دادن میکروساختار دقیق حاصل شده     می باشد. در مراحل اولیه عملیاتی آستمپرینگ، آستنیت بصورت تدریجی پیشرفت    می کند، که بصورت ناپایدار می باشد، در نتیجه به ترکیبی از فازهای بنیت، فریت، آستنیت کربن بالا دگرگون می شود.

چنانچه دمای آستمپرینگ بالا باشد تأثیری در ساختار بنیت و فریت خواهد گذاشت. بنابراین برای دسترسی به یک برد و یا یک رنج مناسب در فرآیند آستمپرینگ دما باید بصورت مناسب و دقیق باشد. که در غیر این صورت بنیت با کاربید آزاد ایجاد       می شود (بنیت بالایی در فولادها) و با در نظر گرفتن دمای پایین، بنیت تغییر شکل یافته همراه با رسوبات کاربید می باشد (بنیت پایینی در فولادها) که در نتیجه ترکیبی از فازهای بنیت، فریت و آستنیت کربن بالا می باشد.

سرانجام تجزیه و ترکیب، آستنیت کربن بالا می باشد. فاز فریت و کاربید دارای پایداری حرارتی شده در نتیجه پایدار می شوند، و در عملیات طولانی تر خواهد شد که در این مدت مرحله دوم واکنش صورت می گیرد. که پس از این مدت زمان ساختار پایدار به بینیت، فریت و آستینت کربن بالا وابسته است. بعضی مواقع فریت زمینه ما بین مرحله اول و دوم واکنش است. با اضافه کردن المنتهای آلیاژی می توانیم اثر زیادی از ترمودینامیکها را به حرکت در آوریم و شکل فاز چدنهای ریخته گری را به اندازه موجود در آوریم. بنابراین وظیفه این فرآیند ظرفیت آلیاژ را در بر می گیرد، و در نتیجه از روی هم افتادن میانگین این دو واکنش به پایان روزنه فرآیند می رسیم. یک فاکتور مهم در تعیین قابلیت ماشین کاری نهایی  به غلظت کربن و همچنین وجود ترکیباتی مانند فریت، آستنیت، بنیت که در قطعه ریختگی وجود دارد وابسته است. سختی عموماً باعث کاهش استحکام VF و افزایش RA می شود (در بنیت پایینی).

بنابراین با دمای کم آستمپرینگ در کوره ممکن است، باعث ایجاد رسوبات کاربید شده که باعث افزایش سختی شده و همچنین کم شدن داکتیلیتی وتافنس می شود. 

در نتیجه دمای بالای آستمپرینگ باعث ایجاد فریت، بنیت خشن شده و مقدار RA باعث ایجاد سختی کم و قابلیت اصلاح داکتیلیتی وتافنس می شود. در میکروساختار پایینی VF و RA نوع شکست را تعیین می کند و آلیاژ دالکتیل دارای محتوی کمتری تردی است و محتوی زیادی از RA است.

فاکتور مهم دیگر در شکل دادن، شامل اندازه و نحوۀ توزیع بنیت در فازهای (معمولاً سوزنی شکل) در حضور کاربید (مانند این چنین، خصوصیات زیان آور در سخت و مقاومت) و مورنولوژی گرافیت است. شروع اولین کار سخت باعث افزایش حجم بزرگی از خردۀ RA می شود. اما با فرض اینکه میکروساختار مربوط به تودۀ کشش و نیرو، و از آن به بعد چدنهای ADI که شامل آخال هایی که نیروی بیشتری دارد و در اطراف آخال در حضور میکروساختار مقدار آستنیت کمتر است.

این تغییرات و تأثیرات عمده در توسعه ترک در میکروساختار 5 نمونه ADI تأثیر بسزایی دارند. با بجا آوردن بخشی از آن ترکها، توسعه آن و تغییرات در میکروساختار ADI نشان داده شده است. تغییرات، میان ترک، کار سخت و استحکام را در آستنیت و آستمپرینگ را بوسیله اثر دما و زمان می سنجند. تولید آستمپرینگ در دمای 350 درجه سانتی گراد بهترین میکروساختار با اندک ترک کم و استحکام خوب را در بر خواهد داشت و در صورتی که در فولاد دماها °C450 تا 400 و 300 تا 275 درجه سانتیگراد کمی بدتر می باشد.

میکرو ساختار حاصل از نمونه های آستنیتی شده در دمای 950 و 850 درجه           سانتیگراد دارای استحکام کم، میزان سفتی کمتر و رشد ترک زیاد است. در نتیجه آستینتی که در دمای °C900 انجام شده نسبت به آن بهتر است.

برای توضیحات بعدی مشاهده مکانیکی نداریم. (رشد ترکهای کوچک در یک میکروساختار چدن ADI آستنیته شده در دمای 780 درجه سانتیگراد و آستمپر شده در دمای °C 375 برای 2 ساعت بررسی می ود. در مدت زمان کوتاهی ترکهای بحرانی شناسایی شده و تعداد گرافیتهای جلب شده با شتاب منفی توسعه می یابند.

برای جلوگیری از دانه های فریت که در اندازه های کوچک در مرز آستنیت تجمع کرده اند باید این چنین شناسایی کنیم pai , Lin و میزان کار سختی که در هر دورۀ کم در چدن ADI انجام می شود را باید رسیدگی کرد. قبلاً در مورد چدن ADI بهترین کار سخت RA با دوره کم انجام می شد، که بهترین کار سخت و در عین حال نامرغوبترین و بیشترین حجم ترک خوردگی را ایجاد می نمود، که بعداً برای پایداری کار سخت از RA با مدت زمان طولانی امتحان شد. تغییر شکل RA از تغییر شکل پلاستیکی مارتنزیت  کمتر است، و این تردی مؤثر قطعه در چدن ADI شامل محدودۀ زیادی است و در اطراف RA مقاومت به خستگی پاییزی دارد  ناشی از درجه تردی بیشتر، و مارتنزیت تغییر شکل یافته نشان داده می شود. نرخ مثبت R باعث می گردد که مقاومت به خستگی چدن ADI ترد و با سختی بیشتر، کمتر باشد که این ناشی از حساسیت بیشتر قالب و اثر متوسط تنش می باشد. میکروساختار چدن ADI که رفتار خستگی دارند را نمی توان بطور واضح دید. برای فهمیدن اثر تغییرات خستگی می توان از عملیات حرارتی استفاده نمود. برای موفقیت در پیش بینی پایه میکروساختار چدن ADI ، وظیفه آلیاژ در سرویس دهی نسبتی است ما بین پارامترهای عملیات حرارتی و ماشین کاری مورد نیاز است، انتخاب می شود. در بررسی چهار نمونه از میکروساختار چدن ADI که انواع ترکهای بزرگ و کوچک گزارش شده است، این ترکها تدریجاً در چدنهای ADI با یک تنش ساده بوجود   آمده اند. رفتار وارد شده این تنشهای پایدار ساده این گونه آزمایش می شود، که بخشی برای تقاضای سختی بالا که شاید برای میل بادامک استفاده شود و جزئیات عکسهای آنالیز شده محل بر موضوع، خصوصیات شکست خستگی وارد شده است.

خواص پایداری حرارتی مورد تقاضا و نمونه های جنبشی ریز ساختار توسط خصوصیات مکانیکی بدست آمده مورد تقاضا، برای راه اندازی مکانهای رده بندی شده بدست می آید. مطلوبست این خواص بدست آمده از یکسری اطلاعات اعدادی، و همچنین از مقاومت به خستگی نامرغوب و مضر ADI تهیه شده است.

یک ADI با ترکیب  (همه شمارشهای  هستند). و برای رسیدن به تعادل عملیات حرارتی در چهار مرحله انجام می گیرد. برای آستنیته کردن با چنین ترکیباتی آستنیت را در دمای 950 تا 850 به مدت 1 ساعت نگه داشته و عملیات آستمپرینگ را در دمای 400 تا 250 با نگه داشتن به مدت زمان 2 ساعت انجام می گیرد. آستنیته کردن و عملیات حرارتی ها دارای دمای مشخصی هستند. بطورکلی دمای آستمپرینگ با این ترکیبات  انجام می گیرد. و سپس با انجام پولیش کاری سطوح صاف شده و   می توان بوسیله متالوگرافی مقدار هسته گرافیت و نحوه توزیع و شکل و آنالیز و روش تولید را که در حد مطلوب باشد را تشخیص داد. بوسیله اچ کردن (با محلول نایتال 2%) می توان جزئیات میکروساختار نمونه را آشکار نمود. تصاویر از نمونه های پولیش شده و اچ نشده بوسیله یک pc برای عکسهای آنالیز استفاده شده در نرم افزار پیشرفته عکس، بررسی می شود. معیار محاسبۀ تعداد گرافیتهای ایجاد شده در واحد سطح، با محاسبه کردن درصد متوسط اندازه و تعداد گرافیتها می باشد. در تکنیکهای اضافی در دانشگاه Southampton آنالیز عکس این ماده بصورت عملی توسعه (بهبود) یافته است. در میکروساختاری با یک ترکیب مشخص و متناهی و معدود در ساختار، اگر ترک موضعی و محل آن مشخص شود. از رده خارج می شود و کاربردی ندارد.

این نقشه از مراکزی (اجسام) ساخته شده (با اندازه معدود). در نتیجه مراکز یک شبکه این چنین نقطه هایی در داخل (نقاطی) یک مرکز بسته وجود دارد. مطابق این موضوع، اندازه ذرات و شکل توزیعات بصورت مستقل می باشد. اندازه هسته های گرافیت یک رنج وسیع و زیادی دارند. بنابراین نزدیک بودن این ذرات نسبت به یکدیگر مناسب می باشد. 9 اندازه از هر سلول مشتق گرفته شده و در شکل 1 نشان داده می شود.

X1: هدف از سطح (OA) (در این مورد ترک تعیین کننده کیفیت است)

X2: هدف از شکل نسبت oAr که هست یک نسبت  در مورد اندازه ها

X3: جهت یابی از موضوع (هدف)    

OAny: با در نظر گرفتن ماکزیمم محور تقارن افقی (این مورد کشش پذیری محور تقارن)

X4: مرکز سطح، CA اطراف موضوع

 X5: کسر، سطح موضعی (داخلی) AF، موضوع سطحی، با یک نسبتی با مرکز در ارتباط است.

X6: هدف این موضوع که اشتراک مرزها با مرکز موضوع است، و بصورت دو به دو (دوتایی) تعریف می شود.

X7: فاصله نزدیکترین همسایه  (در کنار هم قرار دارند و یا حاشیه تا حاشیه) به دست می آید. که نزدیکترین همسایگی بین موضوع دوتایی می باشد.

X8: فاصله میان همسایه نزدیک، که فاصله متوسط همسایه های نزدیک      می باشد.

X9: زاویه نزدیکترین همسایه NNA ، با در نظر گرفتن خط افقی (محور تقارن) راست زاویه نزدیکترین همسایه و فاصله بین پیوند دوتایی و موضوع تعیین می شود.

و نمونه هایی برای ارسال ذرات کوچک الکترون (TEM) آماده می شوند. که برای بریدن برشهای سخت از یک اره الماس سرد شده استفاده می شود. برای سنگ زنی از کاربید سیلسیم (sic) با شماره 1200 به 5 دفعات استفاده شده و سپس برای پویش کاری  تا  از خمیر  (کراندوم) استفاده می شود. و صفحاتی از فویلها با ضخامت 3 میلیمتر بریده می شوند، و سپس به مانت مس بسته       می شوند که عموماً از نور شفاف EMA استفاده می شود، زاویه برخورد نور اغلب  می باشد تا حفره ها بصورت بزرگ دیده می شود. سپس نمونه ها با یک ولتاژ  در یک   سریع امتحان می شوند. برای تست ترک کم و تست ترک زیاد، نمونه هایی از میله و یا در اندازه های تا  که قابلیت خمیدگی دارد استفاده می شود. در تست ترک زیاد شکاف      می تواند تا  در داخل نمونه پیشروی و میل نماید؛ و از سطح صاف یکی از میله های خمیده شده بریده و پولیش می شود، و یا سطح بیرونی پولیش می شود، و یا سطح بیرونی پولیش و اچ شده، و برای تست ترک کم (کوتاه) استفاده می شود، و آزمایش سختی و یکرز به مضرب 10 kg روی هر چهار تا میکروساختار انجام       می شود. کل آزمایشات انجام شده برای خستگی یعنی قرار دادن در زیر دمای و نقطه خمیده شده براساس یک عدد بررسی شده و از کار هیدرولیکی 8501 و از یک فرکانس 20 HZ و از یک نسبت 0/1 R استفاده می شود. با قرار گرفتن ترک بزرگ در زیر فشار آستانه       رشد یافته و سپس پایدار می شود که در این حالت 10 % مراحل انجام می شود. و با فشار ثابت رشد ترک بیرونی کمتر و وضعیت  افزایش می یابد. طول ترک مطابق d.c اختلاف پتانسیل (نیرو) فشار و روش (p.d) کنترل می شود. با انتخاب روش خاص یعنی، فشار نسبتاً بالا و ثابت می توان رفتار و محل ایجاد رشد را مشخص کرد و اغلب به جزئیات زیادی پی برد. اگر از وجود ترک کم روی سطح میله ای که خمیده می شود آگاهی داشته باشیم، در اثر خمش این ترک رشد کرده و موانعی برای گردش ایجاد می کند که در این صورت از میله دیگری استفاده می شود. در این حالت نمونه هایی که در دمای آستمپر شده اند رشد ترک به سرعت بالا می رود. و اندازه گیری و تعیین ترک ناشی از خمش با مشکل مواجه شده و نادرست می باشد. این حالت عملیات حرارتی برای پایین آوردن سختی و تنش گیری نمونه های مورد آزمایش استفاده      می شود.

نوع و ایجاد ترک ناشی از مقدار نرخی و بطورکلی تابع آنالیز می باشد. و به مقدار کم تابع تلاش سطح صاف میله می باشد. و برای آزمایش خمیدگی میله باید مطابق دستور ساخته و 4 مراحل عملیات حرارتی انجام شود. برای آزمایش و امتحان کردن          نمونه های نادرست از روش الکترون کمکی (ثانویه) و جریان با ولتاژ استفاده می شود (احتمالاً جوشکاری می باشد). آنالیز جامع عکس محل بر ثبت دوباره تحقیقات برای حالتهای  و  به حمل مشخص ریز ساختار محیطی برای شناسایی محل ترک می باشد.