تحقیق و بررسی در مورد عملیات حرارتی

اختصاصی از رزفایل تحقیق و بررسی در مورد عملیات حرارتی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه

 20

برخی از فهرست مطالب

آزمایش شماره 1

عنوان آزمایش : بررسی اثرسرعت سرد کردن در ریزساختار طولی و خواص مکانیکی فولاد

مقدمه

فریت

محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه بلوری مکعب مرکز دار به فریت موسوم است.حلالیت کربن در آهن فریتی به مراتب کمتر از حلالیت آن در آهن آستنیتی است. به طوریکه حد حلالیت کربن در فریت حداکثر 0.02 درصد در 727 درجه سانتیگراد است که با کاهش دما به طور پیوسته کاهش یافته و در دمای اتاق به مقدار ناچیزی خواهد رسید.

آستنیت

آستنیت عبارتست از محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه بلوری مکعبی با وجوه مرکزدار (fcc) است کربن با وارد شدن در شبکه بلوری آهن آستنیتی ، ناحیه تشکیل و پایداری آستنیتی را در فولادها گسترش می دهد . با اضافه شدن کربن ناحیه پایداری آستنیت از 912 تا 1394 درجه سانتیگراد که گستره تشکیل و پایداری آستنیت است ، به گستره وسیعی از دما و ترکیب شیمیایی افزایش می یابد .

ماتنزیت

در آلیاژهای آهن - کربن و فولادها ، مارتنزیت از سریع سرد کردن آستنیت بدست می آید . از آنجایی که دگرگونی آستنیت به مارتنزیت بدون نفوذ انجام می شود. بسته به ترکیب شمیایی آلیاژ، تا 2درصد کربن، مارتنزیت دقیقا همان ترکیب شمیایی آستنیت اولیه را دارد .

در تشکیل فاز مارتنزیت کربن در فضای هشت وجهی شبکه bcc محبوس شده و فاز جدید مارتنزیت را بوجود می آورد . با تشکیل مارتنزیت ، کربن محلول در شبکه bcc به مقدار زیادی افزایش پیدا می کند . با افزایش درصد کربن محلول در شبکه ، جاهای خالی بیشتری از شبکه توسط کربن اشغال می شود ، درنتیجه شبکه بلوری از bcc به bct میل میکند که در آن پارامتر c شبکه بزرگتر از دو پارامتر دیگر a  است نسبت c/a که تتراگونالیته شبکه می بتشد با افزایش میزان کربن افزایش میابد .

از آنجایی که در تشکیل مارتنزیت نفوذ نقشی ندارد ، مارتنزیت فازی ناپایدار است . اگر مارتنزیت تا دمایی حرارت داده شود که اتم های کربن قدرت کافی جهت نفوذ پیدا کنند ، از فضاهای خالی هشت وجهی خارج شده و تشکیل سمانتیت می دهند . در نتیجه شبکه بلوری مارتنزیت از حالت هشت وجهی خارج شده و فازهای تعادلی در نمودار آهن کربن یعنی فریت و سمانتیت به وجود می آیند .

مارتنزیت در اثر یک دگرگونی برشی بوجود می آید . در این مکانیزم ، جهت انجام دگرگونی اتم های زیادی با هم و به طور همزمان جابجا می شوند . این جابجایی گروهی اتم ها ، کاملا متفاوت از جابجایی انفرادی آنها و حرکت در فصل مشترک ، از فاز قدیم به فاز جدید است .

بینیت

بینیت در فولادها در گستره دمایی بین پایینترین دمای تشکیل پرلیت و بالاترین دمای تشکیل مارتنزیت تشکیل می شود . بینیت همانند پرلیت  ، یک فاز نیست بلکه مخلوطی از دو فاز فریت و سمنتیت است . بنابراین دگرگونی بینیتی نیاز به تغییر ترکیب شیمیایی دارد و در نتیجه برای انجام آن نفوذ کربن لازم است . تغییر ترکیب شیمیایی که در دگرگونی بینیتی انجام می شود شامل عناصر آلیاژی جانشینی که ممکن است در فولادها وجود داشته باشد ، نمی شود . بنابراین درصد عناصر آلیاژی در فازهای فزیت و سمنتیت ثابت و برابر همان ترکیب شیمیایی اولیه آستنیت است . همچنین برخلاف پرلیت محصول حاصل از دگرگونی بینیتی شامل لایه های متناوب فریت و سمنتیت نیست  و همچنین رشد آن به صورت صفحه ای است .

شرح آزمایش :

در ابتدا یک میله فولادی را انتخام می کنیم و سه نمونه مسطح mm 15با اره دستی می ریم و سپس عملیات سوهان کاری و صیقل کاری را بر روی سه نمونه فولادی بریده شده انجام می دهیم و سپس با سنباه های نمره مختلف عمل سنباده زنی را بر روی یکی از سطوح نمونه ها انجام می دهیم.سپس سه نمونه فولادی را پس ازعلامتگذاری در کوره در دمای 900درجه سانتیگراد می گذاریم . زمان نگه داشتن قطعات بستگی به حجم قطعات دارد . سپس یکی را در آب ، یکی را در حمام روغن و آخری را در هوا سرد می کنیم . سپس قطعات را اچ ومتالوگرافی می کنیم و در نهایت سختی آنها توسط دستگاه سختی سنج اندازه گرفته می شود.

1- نمونه سرد شده در آب :

نمونه را پس از در آوردن از کوره به سرعت وارد آب میکنیم و آن را در آب حرکت می دهیم تا حباب در اطراف قطعه تشکیل نشود چون حباب های تشکیل شده باعث می شود که انتقال حرارت به سرعت انجام نگیرد پس باید قطعه را در اب حرکت داد تا حباب های تشکیل شده در اطراف قطعه ازبین بروند در این حالت دمای نمونه به سرعت تا زیر دمای تشکیل مارتنزیت افت کرده و چون فرصت کافی برای نفوذ وجود ندارد پس امکان تشکیل فازهای پرلیت و بینیت وجود ندارد و تمام قطعه مارتنزیتی میشود . سختی در این حالت 63راکول سی  بدست آمد که بیشترین عدد سختی، همین حالات می باشد.

2- نمونه سرد شده در روغن :

در این حالت نمونه پس از آستنیته شدن کامل ، سریعا از کوره خارج شده و توسط یک انبر آهنی ،نمونه در داخل حمام روغن قرار می گیرد . در این حالت آهنگ سرد شدن بیشتر از نرماله کردن می باشد  و ساختار بدست آمده در این حالت مخلوطی از پرلیت و مارتنزیت می باشد .عدد سختی در این حالی برابر با  45 راکول سی بدست آمد.

3- نمونه سرد شده در هوا :

این عملیات دقیقا همان عملیات نرماله کردن میباشد . به این صورت که ابتدا قطعه در کوره و در دمای آستنیته قرار میگیرد تا تمام قطعه آستنیتی شود و سپس قطعه را از کوره خارج میکنیم و آن را دردمای اتاق قرار میدهیم در این حالت نمونه با آهنگی بیشتر از حالت آنیل و نسبتا متوسط سرد می شود . ساختار نهایی در این حالت پرلیت ریز میباشد . سختی در این حالت از همه کمتر و برابر 17 راکول سی می باشد.

همچنین سختی نمونه شاهد توسط دستگاه سختی سنج عدد 26 راکولسی گزارش شد.

آزمایش شماره 2

عنوان آزمایش :تمپر (( Tempering

مقدمه :

سه مرحله کاملا مشخص و مجزا از یکدیگر در رابطه با تغییر میکرو ساختار مارتنزیت در ضمن بازپخت وجود دارد :

مرحله اول :

تشکیل کاربیدهای انتقالی نظیر کاربید اپسیلن ( ε ) و یا کاربید اتا ( η ) و در نتیجه کاهش درصد کربن زمینه مارتنزیتی تا حدود 25/0 درصد . گستره دمایی این مرحله 100 تا 250 درجه سانتی گراد می باشد . این کاربید های انتقالی بصورت ذرات بسیار ریز در ساختار مارتنزیت و در تمامی نقاز آن نظیر داخل صفحات مارتنزیتی و در فصل مشترک های آنها تشکیل می شود

مرحه دوم :

مرحله دوم بازپخت شامل تجزیه آستنیت باقی مانده و تبدیل آن به مخلوط فریت و سمانتیت  است . گستره دمایی این مرحله 200 تا 300 درجه سانتیگراد است .

مرحله سوم :

جایگزین شدن کاربید های انتقالی و مارتنزیت کم کربن توسط فریت و سمانتیت . در گستره دمایی 250 تا 350 درجه سانتیگراد .

در حقیقت ابتدا با تشکیل کاربید های انتقالی از درصد کربن مارتنزیت کاسته شده و بنابراین تتراگونالیتی شبکه بلوری آن کاهش میابد . به عبارت دیگر شبکه بلوری ناتعادلی bct مارتنزیت به سمت شبکه بلوری تعادلی bcc فریت متمایل می شود .و در نهایت با خروج کربن بیشتر از شبکه بلوری مارتنزیت ، صفحات فریتی جایگزین صفحات مارتنزیت در ساختار می شوند .

به علت تنش های داخلی در ضمن سریع سرد شدن ، تقریباً تمامی قطعات سخت شده نسبتاً ترد و شکننده اند . از این رو به ندرت فولاد ها پس از سریع سرد شدن و در شرایط سخت شده استفاده می شوند . معمولا فولاد پس از سرد شدن و قبل از استفاده باید بازپخت شود . بازپخت عبارت است از حرارت دادن فولاد سخت شده تا دمایی زیر دمای Ae1 ، نگه داشتن برای مدت زمان مشخص و سپس سرد کردن آهسته تا دمای اتاق . دما و زمان حرارت دادن به ترکیب شمیایی فولاد ، ابعاد قطعه ، وخواص مکانیکی مورد نظر بستگی دارد . در اثر بازپخت تنش های داخلی کاهش پیدا کرده و یا حذف می شوند و بنابراین استحکام ضربه ای افزایش می یابد . در عوض سختی و استحکام قطعه سخت شده تا حدودی کاهش خواهد یافت .

تغییرات ساختار در هنگام تمپر :

ساختار یک فولاد سریع سرد شده مارتنزیت و ناپایدار است . دلیل این ناپایداری عبارت است از:

1- وجود کربن به صورت فوق اشباع در شبکه bct

2- انرژی تنشی ناشی از وجود نابجایی ها و دوقلویی ها در ساختاربلوری صفحات مارتنزیتی

3- انرژی سطحی ناشی از فصل مشترک های بسیار زیاد بین صفحات مارتنزیتی

4- وجود آستنیت باقی مانده که حتی در فولاد های کم کربن هم اجتناب ناپذیر است

هنگامی که فولاد مارتنزیت شده به منظور تمپر شدن حرارت داده می شود هر کدام از پارامتر های فوق نقش نیرومحرکه برای تغییر ساختار در مراحل مختلف را بازی می کنند ، که عبارتند از :

1- کربن فوق اشباع در شبکه مارتنزیت نیرو محرکه جهت تولید کاربید می باشد

2- انرژی تنشی نیرومحرکه برای بازیابی می باشد

3- انرژی فصل مشترک نیرومحرکه برای رشد دانه ها و یا افزایش پیوستگی و وسعت زمینه فریتی

4- آستنیت باقی مانده نیرو محرکه برای تشکیل مخلوط فریت و سمانتیت در ضمن بازپخت می باشد

نحوه انجام آزمایش :

نمونه ای که در آب(در آزمایش قبل) سخت شده است و دارای ساختار پر تنش مارتنزیتی می باشد را در کوره که در دمای 400درجه سانتیگراد قرار داده و پس از 1 دقیقه آن را از کوره بیرون آورده و در هوا سرد می کنیم. آنگاه سختی نمونه را اندازه گیری میکنیم .

در مراحل بعد نمونه را به مدت 2 و3