بهبود لوله‌هاي مارتنزيتي چکش‌خوار و کاربرد آنها در قطعات خودر
- توضیحات
- دسته: مجموعه شماره 7
- منتشر شده در شنبه, 23 دی 1391 19:12
- نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh
بهبود لوله‌هاي مارتنزيتي چکش‌خوار و کاربرد آنها در قطعات خودر
نويسنده : لادن ذکاء
فولادهاي جديد استحکام بالا به‌دليل خواص منحصر بفردشان، يعني استحکام بالا، همراه با قابليت چكش‌خواري مناسب در صنعت خودروسازي، موردتوجه زيادي قرار گرفته‌اند. اين فولادها اغلب به صورت لوله‌هاي مارتنزيتي با استحکام و قابليت ارتجاعي مناسب به‌کار مي‌روند.
بتازگي با تکامل تدريجي روش‌هاي سختکاري و تمپر (بازگشت) القايي توليد لوله‌هاي مارتنزيتي داکتيل سهولت بيشتري يافته است. ساختار مارتنزيتي توليد شده در اين لوله‌ها عامل ايجاد استحکام بالا و چكش‌خواري مناسب مي‌شود.
در اين مقاله فولادهاي: SAE 1026/ SAE 1035/ SAE 1541/ SAE 15B2S
براي بررسي انتخاب شده‌اند. دراينجا تاثير ترکيب شيميايي فولادهاي فوق بر روي مورفولوژي مارتنزيت و مقاومت به ضربه که حاصل عمليات سختکاري و بازگشت القايي لوله‌هاست، مورد ارزيابي قرار گرفته است. فولادهاي بردار (SAE 15B25) از استحکام و چكش‌خواري بالاتري برخوردار بودند. بعلاوه اثر دماي بازگشت بر روي مورفولوژي مارتنزيت مطالعه مي‌شود. سوزن‌هاي مارتنزيتي با افزايش دماي بازگشت ريزتر مي‌شوند.
رابطه‌اي بين دماي بازگشت القايي، استحکام تسليم و چكش‌خواري اين فولادها به‌دست آمد. آزمون خمش نيز در مورد هر چهار نوع فولاد انجام و نتايج حاصله مقايسه شد.
عمليات القايي روشي مؤثر و سريع براي سختکاري فولادها در قطعات مختلف به‌کار رفته در خودرو است. مثال بارز اين قطعات لوله‌هاي تقويب درهاست که با اين روش توليد مي‌شوند. بتازگي استفاده از فولادهاي استحکام بالا به‌عنوان جايگزين فولادهاي قراردادي سختکاري/ بازگشت، مرسوم شده است. «بازگشت» مرحله بسيار مهمي در فرايند سختکاري است. بازگشت بويژه در دماهاي پائين 150 تا 200 درجه سانتي‌گراد منجر به افزايش چقرمگي و مقاومت در برابر شکست مي‌شود و از طرفي اثر نامحسوسي روي سختي و استحکام دارد. در ساختارهاي مارتنزيتي، به منظور بهره‌گيري از اثر استحکام‌بخشي کربن، اغلب از فولادهاي کربن متوسط استفاده مي‌شود. با به‌کارگيري روش سختکاري القايي و دماي تمپر پايين براي فولادهاي کربن متوسط، دسترسي به استحکام و چكش‌خواري بالاتر، امکان‌پذير است.
آزمون
چهار گروه فولاد سختکاري شونده‌اي که در خودروسازي مرسوم هستند، براي بررسي درنظر گرفته شدند. (جدول 1)
لوله‌هاي درزجوش القايي با فرکانس بالا از هر چهار نوع فولاد مذکور تهيه شد. سپس به‌صورت سرد تا قطر 4/25ميلي‌متر و ضخامت 3ميلي‌متر، کشيده شدند. سيستم حرارت‌دهي القايي به‌همراه تجهيزات خنک‌کنندگي با آب تحت فشار بالا براي سختکاري لوله‌ها به‌کار گرفته شد. دماي بازگشت در سه محدوده : 180، 400 و 550 درجه سانتي‌گراد درنظر گرفته شد. بازگشت به‌صورت قراردادي درکورده‌هاي دمشي انجام شد.
جدول 1: ترکيب شيميايي لوله‌هاي فولادي
|
|
نمونه‌هاي کششي براساس استاندارد ASTME 8-99 ساخته شد. خواص کشش لوله‌ها با دستگاه کششي يونيورسال Shimadzn مدل AG250-IS و طول گيج 50ميلي‌متر به دست آمد.
آزمون خمش براي اطمينان از ميزان مقاومت لوله‌هاي سخت شده برابر نيروهاي خمشي انجام شد. از نرم افزار پردازش تصويري (image analyser) نيز براي بررسي دقيق ساختار استفاده شد. آزمون سختي‌سنجي ميکرو براي اندازه‌گيري سختي مارتنزيت با بار 100گرم نيز به‌کار گرفته شد.
نتايج و بحث
اثر دماي بازگشت در مورفولوژي مارتنزيت
بازگشت القايي فرايندي است که در آن به طور ذاتي، سرعت گرم کردن بالاتر و زمان غوطه‌وري (نفوذ) در حرارت کوتاه‌تر از بازگشت معمولي است. در اين مقاله، سه دماي بازگشت انتخاب شدند که بر روي هر چهار گروه فولاد اعمال گرديد.
با افزايش دماي بازگشت، مورفولوژي مارتنزيت تغيير مي‌کند. واضح است که در دماهاي بازگشت القايي بالاتر، مورفولوژي مارتنزيت تغيير مي‌کند، اما ترکيب شيميايي در به تاخير انداختن اثر دماي بازگشت نقش خود را ايفا مي‌کند. فولاد SAE 1541 ميزان مقاومت در برابر تغيير حين بازگشت بالاتري نسبت به فولاد SAE 1026 دارد.
اثر دماي بازگشت القايي روي خواص مکانيکي
نتايج آزمون کشش در مورد چهار گروه فولاد مورد بررسي، در جدول 2 ارائه شده است. به منظور درک اثر دماي بازگشت، در مورد چهار گروه فولاد بازگشت معمولي نيز در کوره دمشي انجام شده و خواص مکانيکي به‌دست آمده نيز در جدول 2 ارائه شده است. در تمامي گروه‌ها، لوله‌هاي سخت شده و بازگشت داده شده در دماي 180 درجه سانتي‌گراد درصد ازدياد طول کمتري داشت. اين امر مي‌تواند ناشي از تردي کوئنچ باشد. تردي کوئنچ ناشي از تشکيل سانتيت و تجمع فسفر در مرزدانه‌هاي استنيت حين استنيته شده و يا کوئنچ است.
جدول2: خواص مکانيکي گروه‌هاي مختلف فولاد برحسب دماي بازگشت
|
|
گرچه با افزايش دماي بازگشت، قابليت چكش‌خواري افزايش مي‌يابد، اما با افت استحکام کششي و تنش تسليم نيز مواجه خواهيم شد. از مندرجات جدول 2 مي‌توان دريافت با افزايش دماي بازگشت قابليت چكش‌خواري افزايش يافته و اين نشان مي‌دهد که تردي تمپر حذف شده است. از سوي ديگر با افزايش دماي بازگشت نسبت YS/UTS تغيير مي‌کند. هرچه درصد کربن فولاد بالاتر باشد بازگشت در دماي بالاتري براي حذف رفتار ترد فولاد لازم است.
لوله فولاد SAE 1541 در دماي 550 درجه سانتي‌گراد بازگشت داده شده استحکام بالاتري در مقايسه با لوله‌هاي فولادي ساخته شده از فولادهاي SAE 1026 و SAE 1035 از خود نشان مي‌دهد.
بين بازگشت القايي و بازگشت معمولي، لوله‌هاي بازگشت داده شده به‌روش القايي استحکام و چكش‌خواري بالاتري از خود نشان مي‌دهند. بخصوص وقتي دماي بازگشت القايي 180درجه سانتي‌گراد است.
نتايج چقرمگي خمش به‌دست آمده از آزمون خمش براي سه گروه از فولادهاي ياد شده، در جدول 3 ارائه شده است. ميزان خمکاري براي همه فولادها 150ميلي‌متر درنظر گرفته شده است. مشخص است که فولاد SAE 1541چقرمگي خمش بالاتري نسبت به دو فولاد SAE 1026 و SAE 1035 در تمامي دماهاي بازگشت از خود نشان مي‌دهد.
جدول 3: نتايج آزمون خمش
|
|
هنر و علم فولاد عمليات حرارتي‌شونده شديداً بسته به سختي است. اثر دماي بازگشت القايي بر سختي در نمودار 1 آمده است.
نمودار 1: اثر دماي بازگشت بر سختي
|
|
سختي با افزايش دماي بازگشت شديداً کاهش مي‌يابد. پس 400درجه سانتي‌گراد افت سختي آهسته است. (با شيب کمتري است). به‌همين دليل، بازگشت لوله‌هاي فولادي در دماي 180درجه سانتي‌گراد، سختي مارتنزيت حاصل از کوئنچ را تا حد زيادي حفظ مي‌کند. اين لوله‌هاي فولادي که در دماي پايين بازگشت داده شده‌اند را مي‌توان در مواردي که نياز به استحکام، مقاومت به سايش و مقاومت به خستگي خمش و ضربه‌اي بالا نياز باشد، به کار برد. لوله‌هاي فولادي که در دماي بالاتر (بيش از 400درجه سانتي‌گراد) بازگشت داده مي‌شوند را مي‌توان درمواردي که تغيير فرم پلاستيک قطعه اشکالي ايجاد نکند به کار برد.
کاربردهاي خودرويي
لوله‌هاي چكش‌خواري مارتنزيتي، سهم بسزايي در ميزان جذب انرژي و مقاومت در برابر خمش دارند و لذا اين فرايند را مي‌توان در قطعات خودرويي ذيل به کار برد:
1. لوله‌هاي تقويت در
2. تورشن بار
3. Anti-roll bar
4. Cowl bar
5. بادامک
6. B-pillar
1. لوله‌هاي بازگشت داده شده به روش القايي، استحکام و درصد ازدياد طول بالاتري نسبت به لوله‌هاي بازگشت داده شده به روش معمولي از خود نشان مي‌دهند.
2. هر چه درصد کربن فولاد بالاتر رود، اثر تردي کوئنچ بيشتر بوده و مقداربازگشت لازم براي اين تردي نيز بيشتر خواهد بود.
3. هر چه دماي بازگشت القايي بيشتر باشد دانه‌بندي ريزتر خواهد بود.
4. هر چه دماي بازگشت القايي بيشتر باشد، حتي براي زمان کوتاه، تغييرات ساختار و نرم شدن شديد خواهد بود.
5. لوله‌هاي فولادي بردار ترکيب مناسبي از استحکام بالا و چكش‌خواري دارند.
6. لوله‌هاي مارتنزيتي چكش‌خواري را مي‌توان در قطعات سيستم تعليق خودرو و نيز قطعاتي که بايستي مقاوم به ضربه باشند، به کار برد.
