خواص مکانیکی فولاد ck60-میلگرد ck60-تسمه ck60-فولاد کربنی -فروش فولاد

فروش فولاد نورد سرد-فروش فولاد نورد گرم-فروش فولاد نسوز-فروش فولاد ضد خوردگی-فروش فولاد کربنی -فروش فولاد زنگ نزن-فروش انواع استیل-(فروشگاه فولاد رسول دلاکان) ((ارتباط با واحد فروش 09122136675-02128423820))

پیش بینی خواص مکانیکی فولاد Ck60 با استفاده از روش آنالیز فاکتور کوینچ

خواص مکانیکی فولاد ck60-میلگرد ck60-تسمه ck60-فولاد کربنی -فروش فولاد

خواص مکانیکی فولاد ck60

چکیده

آنالیز فاکتور کوینچ به منظور کمی کردن تغییرات خواص ناشی از سرعت های سرد شدن مختلف استفاده می شود. و به عنوان یک ابزار مناسب در پیش بینی خواص قطعات که کوینچ شدند محسوب می شود. در این روش، کینتیک رسوب گذاری به وسیله نمودار زمان-دما-خاصیت (TTP) توصیف می شود. و با ترکیب این منحنی با منحنی سرد شدن، می توان خاصیت مورد نظر را پیش بینی نمود. این روش در پیش بینی خواصی همچون استحکام تسلیم، سختی، چقرمگی و رفتار خوردگی آلیاژهای آلومینیوم. و همچنین در پیش بینی سختی بعضی از فولادهای که کوینچ شدند، استفاده می شود.

در این پژوهش، کارایی این روش در پیش بینی سختی در نقاط مختلف فولاد Ck60 که کوینچ شدند در محیط های مختلف بررسی گردید. نتایج بررسی ها نشان داد که این روش قابلیت پیش بینی خواص مکانیکی قطعاتی که با سرعت های مختلف سرد شدند. را در فولاد CK60 دارد.

مقدمه

عملیات کوینچ فلزات و آلیاژها، فرایندی است که در آن، آلیاژ از دماهای بالا به سرعت تا دمای محیط سرد می شود. این عملیات باعث افزایش خواصی مانند استحکام و سختی و کاهش انعطاف پذیری می گردد. این عمل در آلیاژهای غیرآهنی هم چون آلیاژهای آلومینیوم، با عملیات پیرسازی همراه است. از جمله روش های پیش بینی خواصی مانند استحکام یا سختی بعد از پیرسازی آلیاژهای آلومینیوم،آنالیز فاکتور کوینچ می باشد.

این روش در ابتدا Evancho و Staley در اوایل دهه 1970 به منظور پیش بینی اثر مسیر کوینچ بر رفتار خوردگی. و استحکام تسلیم آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفت. این آنالیز به منظور کمی کردن تغییرات خواص ناشی از سرعت های سرد شدگی مختلف به کار گیری می شود. همچنین این آنالیز به عنوان ابزار برای پیش بینی خواص مکانیکی با دانستن شرایط کوینچ می باشد. کینتیک رسوب گذاری در این روش به وسیله نمودار دما-زمان-خاصیت (Time-Temperature-Property) یا یک منحنی TTP یک آلیاژ توصیف می شود. همچنین فاکتور کوینچ (Q)، منعکس کننده مشخصات گرمایی خارج شده توسط محیط خنک کننده و شدت محیط کوینچ. و شامل اثرات ضخامت قطعات که کوینچ شدند و نیز منعکس کننده کینتیک استحاله می باشد.

زیرا در محاسبه فاکتور کوینچ (Q) از نسبت زمانی که فلز در یک دمای به خصوص قرار دارد. به زمان مورد نیاز برای شروع استحاله در یک دمای خاص، که در نمودار C شکل نمود پیدا می کند، استفاده میشود. امروزه از این روش در صنعت عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم، در پیش بینی سختی، استحکام تسلیم، رفتار خوردگی، چقرمگی و رفتار-شکست آلیاژهای آلومینیوم. و همچنین در پیش بینی سختی بعضی از فولادهای که کوینچ شدند مورد استفاده قرار گرفت. Totten و همکارانش، اولین محققانی بودند که از این روش در پیش بینی سختی فولادهای کوینچ شده ای همچون 4140,5140,4130,1045 استفاده نمودند.

1-1-کاربردهای آنالیز فاکتور کوینچ

از جمله مواردی که می توان در رابطه با کاربرد فاکتور کوینچ نام برد عبارتند از:

خواص مکانیکی فولاد ck60

1-1-1-طراحی کوره عملیات حرارتی افقی

از آنالیز کوینچ در پیش بینی رفتار خوردگی آلیاژ AA2024-T4 با استفاده از منحنی های سر شدن، استفاده می شود. این، یک مسئله ی مهم تجاری بود. زیرا در طراحی امکانات و ابزار کوینچ کوره های عملیات حرارتی این آلیاژها استفاده شد.

هدف، کوینچ ها ورقه ها تا جایی که بهترین خواص و کمترین عوارض به دست آید، بود. مهندسین طراح کوره می خواستند یک مدل ریاضیاتی که مد خوردگی آلیاژ AA2024-T4 کوینچ شده در هر مسیر را پیش بینی می کند، دارا باشند. Evancho,Staley با آزمایش های زیاد بر روی این آلیاژ به این نتیجه رسیدند. که در فاکتورهای کوینچ کمتر از یک، عمق خوردگی برای این آلیاژ ثابت است. و مد خوردگی به صورت حفره ای می باشد. همچنین در فاکتورهای کوینچ بزرگ تر از یک، عمق خوردگی با افزایش فاکتور کوینچ به صورت خطی افزایش می یابد.

و مد خوردگی به صورت مرزدانه ای می باشد. آنها از این موفقیت توانستند منحنی های سرد شدنی را طراحی نمایند تا بتوانند این عوارض را کاهش دهند.

1-1-2- طراحی یک سیستم کوینچ اکستروژن

یک مشکلی که در طراحی عملیات و ابزار برای کوینچ نمودن شکل های اکسترود شده AA6061. در حین این که از قالب خارج می شوند، وجود دارد این است که قطعات نازک در هوا به خوبی کوینچ می شوند. و طی عملیات پیرسازی بعدی، خواص مطلوب خود را بدست می آوردند. ولی قطعات ضخیم تر، آهسته تر سرد شده و لذا خواص مطلوبی بعد از پیرسازی بدست نمی آوردند. نیاز بود که قطعات به صورت مجزا عملیات حرارتی شوند.

که فرایند پرهزینه ای می باشد. برای تأیید توانایی خنک کردن تجهیزات، طراحان می خواستند. استحکام قابل دستیابی محصولات مورد اکسترود را بعد از هر مسیر سردسازی پیش بینی نمایند و برای این منظور از آنالیز فاکتور کوینچ استفاده نمودند. عبارت فاکتور کوینچ (Q) می تواند بر حسب عبارت سرعت سرد شدن. به عنوان معکوس مقدار بحرانی استحاله در هر دما و بازه زمانی ثبت شده نوشته شود. فرمول کلی این در معادله ملاحظه می شود.

(1)

در این رابطه C گرمای ویژه، f فاکتور مقطع، h ضریب انتقال حرارت، Tc دمای محیط کوینچ. T∆ تفاوت دمایی دمای حل سازی و دمای محیط کوینچ و p چگالی قطعه که کوینچ باشد. محققین، تعداد زیادی از طراحی خنک کننده و هندسه های اکسترود شده را با استفاده از این مدل ارزیابی کردند. و از این رو توانستند تعداد فن مورد نیاز در هر قسمت. به طوری که قطعات با حداقل سرعت سرد شدگی، بالاترین خواص را به دست آورند را طراحی نمایند.

3-1-1- بهینه سازی استحکام و تنش باقی مانده

گروهی از مهندسین طراح از آنالیزفاکتور کوینچ بهره گرفتند. و توانستند، عملیات کوینچ را که حالت بهینه ای از لحاظ بالا بودن. استحکام و کم بودن تنش باقیمانده در جسمی که سرعت های سرد شدن. در نقاط مختلف آن به دلیل تغییرات ابعادی، متفاوت می باشد، طراحی نمایند. Dolan اظهار داشت در دماهای بالا، حساسیت زیادی به ایجاد تنش باقی مانده وجود دارد. و با توجه به اینکه حساسیت خواص مکانیکی به سرعت سرد شدن در آن محدوده پایین می باشد. لذا بایستی سرعت های سرد شدن در آن محدوده پایین باشد. تا میزان تنش های حرارتی کمینه گردد.

در دماهای متوسط که خواص مکانیکی به سرعت سرد شدن حساس می باشد. سرعت سرد شدن بایستی زیاد باشد. تا خواص نهایی مطلوب به دست آید. و در دماهای پایین تر، سرعت سرد شدن می تواند کاهش یابد. زیرا تأثیر چندانی بر روی خواص آلیاژ ندارد. لذا با ایجاد منحنی C شکل مربوط به خواص مختلف هم چون استحکام و سختی، می توان ناحیه ی دمایی بحرانی. که در آن حساسیت آلیاژ مورد نظر برای به دست آوری آن خواص بیشتر می شود، را مشخص نمود.

خواص مکانیکی فولاد ck60

گفتنی است این منحنی مکان هندسی نقاطی است که بیان گر میزان ماکزیمم خواص در هر دما می باشد. برای به دست آوری خواص مطلوب بایستی فقط در این محدوده ی دمایی سرعت سرد شدگی زیاد شود. تا میزان اختلاف دمایی ما بین قسمت های مختلف نمونه کمتر و لذا میزان اعوجاج قطعات نیز کمینه گردد.

مشخصات شکست

از آنالیز فاکتور کوینچ در پیش بینی اثر شرایط کوینچ بر روی مشخصات شکست آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود. همچنین محققین توانستند از آنالیز فاکتور کوینچ در پیش بینی چقرمگی بعضی از آلیاژهای آلومینیوم استفاده نمایند.

در این پژوهش به معرفی و بررسی کارایی این روش در پیش بینی سختی در نقاط مختلف فولاد ساده کربنی Ck60 که کوینچ است. در محیط های مختلف بررسی شد.

روش تحقیق

نمونه مورد استفاده در این پژوهش، فولاد کم کربن CK60 می باشد. که ترکیب آن در جدول 1 نمایان و مشخص است. در این نمونه، سوراخ هایی به صورت طولی در مکان های مختلف نسبت به سطح قطعه تعبیه شد. و سیم ترموکوبل نوع K به منظور تعیین منحنی های سرد شدگی آن نقاط، در آن مکان ها قرار دهی شد. و با استفاده از پنبه نسوز و گچ نسوز، در آن مکان ها ثابت گردید. سپس نمونه تا دمای °830C حرارت دهی شد تا آستنیته گردد. و بعد از آن در محیط های مختلف کوینچ هم چون آب. روغن با دمای °50C، آب جوش، مخلوط آب جوش و صابون، آب نمک و… کوینچ گردید.

و منحنی های سرد شدن هریک از این نقاط با استفاده از دستگاه Data Acquisition مدل Advantech-4718 در بازه های زمانی 0/1 ثانیه ثبت گردید. و به منظور اطمینان از نتایج حاصله، این آزمون ها تکرار گردید. هم چنین سختی نقاطی که در آن نقاط، ترموکوپل قرار داده شده بود. با استفاده از دستگاه سختی سنجی بر حسب مقیاس راکول C اندازه گیری شد. به منظور تعیین سختی بیشینه و کمینه مربوط به این فولاد. دو نمونه ی آزمایش تهیه و یکی در محیط آب نمک متلاطم و دیگری، در شرایطی که در کوره قرار داشت، آنیل شد.

خواص مکانیکی فولاد ck60

و سختی فولاد حاصل از این عملیات حرارتی به ترتیب به عنوان سختی بیشینه و کمینه منظور گردید. با استفاده از محاسبه گراکسل و با توجه به منحنی های سرد شدگی و مقادیر سختی مورد حاصل در هر نقطه. ثوابت معادله منحنی C آن قدر تغییر دهی شد. تا اختلاف مقادیر سختی پیش بینی شده و اندازه گیری شده، کمینه گردد. و برای این منظور از تابع آماری RMSE استفاده گردید. هم چنین آزمون جامینی مربوط به این فولاد، انجام و منحنی سختی بر حسب فاصله از انتهای نمونه که کوینچ است حاصل گردید.

نتایج و بحث

همانطور که در بخش مقدمه بیان شد Totten و همکارانش، اولین محققانی بودند. که از این روش در پیش بینی سختی فولادهایی که کوینچ هستند . همچون 4140,5140,4130,1045 استفاده نمودند. فلسفه استفاده از چنین روشی مربوط به قانون آوارامی میباشد. که معادله آن در ذیل نمایان است. (2) X=1-exp(-kt)

X معادل با کسر حجمی استحاله یافته، t زمان و k ثابت وابسته به دما می باشد.

در مورد استحاله های هم دما معادله فوق به صورت ذیل در می آید.

خواص مکانیکی فولاد ck60

در رابطه فوق K1 معادل با کسر لگاریتمی جزء آستنیتی که متحول نشده. (0.00501-) k2 ثابت مرتبط با عکس تعداد مکان های جوانه زنی (ثانیه). k3 ثابت مرتبط با انرژی اکتیواسیون لازم برای تشکیل یک جوانه. (j/mo1) k4 ثابت مرتبط با دمای آستنیته کردن (درجه کلوین). k5 ثابت مرتبط با انرژی اکتیواسیون لازم برای نفوذ (j/mo1). T دما (درجه کلوین) و R ثابت جهانی گازها (j/mo1 K) می باشد. معادله CT بیانگر منحنی C شکل دما – زمان – خاصیت که معادل با منحنی شروع استحاله TTT فولاد مورد نظر می باشد.

و با تعیین ثوابت موجود در این معادله که از روش تکراری به دست می آید. می توانیم منحنی فوق را رسم نماییم. با استفاده از منحنی سرد شدگی به حاصله توسط دستگاه Data Acquisition در بازه های زمانی t∆. و در طول سرد شدگی نمونه و همچنین به دست آوری مقدار زمان بحرانی برای شروع یک مقدار مشخص. از استحاله که از منحنی C در هر دما به دست می آید. و تقسیم نمودن بازه زمانی در هر دما برمقدار بحرانی استحاله در آن دما. فاکتور کوینچ جزئی که معادل با کسر استحاله یافته در آن دما می باشد، به دست می آید.

خواص مکانیکی فولاد ck60

و با جمع نمودن این فاکتورهای کوینچ جزئی در بازه های بحرانی. (در مورد فولاد منظور از دمای خط AC3 تا دمای شروع تشکیل مارتنزیت می باشد.)، فاکتور کوینچ کلی (Q)، به دست می آید. باید خاطر نشان ساخت که مقدار فاکتور کوینچ پایین تر. معادل با کمتر بودن رسوب عنصر آلیاژی در طول کوینچ، استحکام با سختی بالاتر و شدت سرد کنندگی محیط کوینچ بیشتر می باشد. شکل1، شمایی از نحوه محاسبه این فاکتور را نشان می دهد.

با به دست آمدن فاکتور کوینچ و قرار دادن آن در معادله ذیل، مقدار سختی (یا استحکام) مورد نظر به دست می آید.

که در آن Pmin معادل با سختی مورد حاصل از فولاد مورد نظر که تحت شرایط آنیل قرار گرفت. و Pmax معادل با سختی مورد حاصل از فولادی که در محیطی با شدت کوینچ بی نهایت سرد است باشد. و P مقدار سختی پیش بینی شده می باشد.

اخیراً و با توجه به بهبودهایی که در مدل اولیه وجود دارد. موفقیت این روش در پیش بینی خواص، بسیار وسیع تر و دقیق تر می باشد.

در جدول 2، ثوابت معادله منحنی C (معادله 4). مربوط به این فولاد که از حالت کمینگی اختلاف مقدار سختی مورد پیش بینی (با تغییر این پارامترها). و مورد اندازه گیری حاصل گردید ، مشاهده می شود. در شکل 2 منحنی های دما-زمان-خاصیت (TTT) مربوط به این پارامترها که با قرار دهی دماهای مختلف (بر حسب کلوین). در بازه دمای آستنیته کردن تا دماهای کمتر از دمای تشکیل مارتنزیت در رابطه 4 به دست آمده است.

خواص مکانیکی فولاد ck60

مشاهده می شود. در این شکل منحنی C شکل برای فولاد در حالت های 90,95,99.5 درصد سختی ماکزیمم مشاهده می شود. از این منحنی ها می توان زمان نگهداری در هر دما که منجر به تولید سختی مورد نظر می شود را به دست آورد. به عنوان مثال برای به دست آوری سختی 59 راکول C (معادل 0.9 سختی ماکزیمم) در این فولاد. بایستی فولاد از دمای آستنیته تا دمای °500C سریع سرد شده. و در آن دما به مدت 20 ثانیه نگهداری بشود و بعد سریعاً کوینچ شود. از دمای °300C استفاده شود. با توجه به منحنی C مربوطه، نمونه بایستی حدود 100 ثانیه در آن دما قرار گیرد.

همچنین با توجه به شکل 2 مشاهده می گردد. که محدوده دمایی بحرانی برای تشکیل پرلیت ما بین 350 تا 650 درجه سانتی گراد می باشد. متذکر می شود محدوده دمای بحرانی عبارت است از محدوده دمایی که در آن حساسیت آلیاژ به سرعت سرد شدن. برای ایجاد فازهای نفوذی (مانند پرلیت)، بیشینه است. به منظور به دست آوردی حداکثر سختی و حداقل تنش باقی مانده برای این فولاد بایستی سرعت سرد شدگی. در این محدوده حداکثر مقدار خود را داشته باشد. ولی در خارج از این محدوده می توان سرعت سرد شدن را، پایین در نظر گرفت. تا میزان تنش های باقی مانده در قطعه، حداقل گردد. زیرا همان طور که در بخش مقدمه بیان شد.

در خارج از این محدوده و خصوصاً در محدوده بالایی منحنی، حساسیت آلیاژ برای ایجاد تنش باقی مانده بیشینه است. و لذا می توان سیستم های کوینچ مربوط به این فولاد. را بر مبنای این منحنی طوری طراحی نمود تا شرایط بهینه در قطعه به وجود آید.

در جدول 3 مقادیر سختی اندازه گیری شده و سختی پیش بینی شده معادل آن که توسط این روش به دست آمده است. مشاهده می شود. در فرمول مربوط به پیش بینی سختی (معادله5)، مقدار سختی بیشینه، 66HRC و مقدار سختی کمینه 13HRC می باشد. با توجه به نتایج مشخص میشود که در این روش مقادیر سختی زیاد که در آن مارتنزیت متشکل است. پیش بینی سختی به صورت دقیق می باشد. و تناظر یک به یک بین سختی پیش بینی شده و اندازه گیری شده وجود دارد. و همانطور که مشاهده می شود.

خواص مکانیکی فولاد ck60

کارایی آن تا حدود سختی 53 راکول C به صورت دقیق می باشد. ولی به تدریج و با پایین آمدن سختی، دقت پیش بینی ها کاهش می یابد. دلیل این امر ناشی از تغییر ساختار غالب فولاد از مارتنزیتی به پرلیتی می باشد. که مکانیزم های تشکیل متفاوتی دارند. بدیهی است این تفاوت مکانیزم روی متغیرهای معادله 4 اثر می گذارد.

خواص مکانیکی فولاد ck60

همانطور که در بخش مقدمه بیان شد. آنالیز فاکتور کوینچ در ابتدا در پیش بینی خواص آلیاژهای آلومینیوم رسوب سختی شونده معرفی شد. در این آلیاژها، ماهیت و ساختار ایجادی بعد از عملیات پیرسختی آلیاژ کوینچی، یکسان است. و تفاوت در سختی ناشی از تفاوت درجه فوق اشباع بعد از عملیات کوینچ آلیاژ و مقدار فاز رسوب سختی در طول پیرسازی می باشد. در مورد فولادها طبیعت کار پیچیده تر می باشد. زیرا بر خلاف آلیاژهای آلومینیوم، در مورد فولادهای کوینچی امکان ایجاد دو فاز با ماهیت و ساختار کاملاً متفاوت. که در آن یکی از فازها ماهیت نفوذی (مانند پرلیت) و دیگری ماهیت غیر نفوذی (مانند مراتنزیت) دارد.

در کنار هم تشکیل می شود. طبق نتایج حاصل از جدول 3 و بر اساس منحنی جامینی این فولاد (شکل 3)، مشخص شد. که کارایی این روش در پیش بینی سختی تار حدود سختی 53HRC می باشد. که معادل با سختی مربوط به ساختار بالای 50 درصد مارتنزیت است. زیرا این عدد (53HRC) در موقعیتی است که مقادیر سختی در آن به صورت ناگهانی تغییر می کند. و در نتیجه روش آنالیز فاکتور کوینچ، در حالت کلی. در محدوده ای که در آن، ساختار غالب متشکل به صورت مارتنزیت باشد، نتایج دقیقی می دهد.

خواص مکانیکی فولاد ck60
خواص مکانیکی فولاد ck60

نتیجه گیری

معادله انجامی در خصوص آنالیز فاکتور کوینچ نشان داد. که این آنالیز به عنوان یک ابزار مناسب در پیش بنی سختی فولادها محسوب می شود. موقعیت این روش در پیش بینی دقیق سختی در فولادهای ساده کربنی، تا عدد سختی مربوط به ساختاری با پنجاه درصد مارتنزیت می باشد. این روش به عنوان یک روش پر کاربرد در صنعت عملیات حرارتی محسوب می شود. و همچنین به عنوان یک روش مناسب در پیش بینی خواصی همچون سختی، استحکام و چقرمگی محسوب می شود. با توجه به منحنی C حاصل از این روش، می توان محیط های خنک کننده را طوری طراحی نمود تا در محصول. حداکثر سختی و حداقل تنش باقی مانده به وجود آید.

خواص مکانیکی فولاد ck60

1-مهدی کیانژاد 2-سید عبدالکریم سجادی

1- دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2- دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. و با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش میها می کند. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
02128423820 – 09122136675
واتس آپ: 09122136675 – فکس: 02128423820
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com