آزمایش عمليات آنیلینگ(رشته مهندسی عمران)

هدف آزمایش :

افزايش انعطاف پذيري - يكنواخت كردن ريز ساختار

آمادهسازی فولاد برای عملیات حرارتی بعدی

تئوري آزمايش :

از مشخصه هاي فولاد پس از ريخته گري ريز ساختار

شاخه اي يا (دندريتي) به همراه جدايش مو ضعي در توزيع عناصر آلياژي مي باشد كه غير يكنواختي ريز ساختار وتركيب شيميايي را بدنباي دارد.

كه باعث افت خواص مكانيكي فولاد ازجمله قابليت تغيير شكل در حالت سرد و گرم و يا كاهش كيفيت يا كارايي

عمليات حرارتي بعدي مي باشد لذا براي از بين بردن اين غير يكنواختي ها از عمايات همگن كردن يا آنيل ديفوزيوني را انجام مي دهيم. 

آنیل کامل (براي افزايش انعطاف پذيري) عبارت است از حرارت دادن فولادتا درجه حرارت مناسب (براي فولادهاي هيپويوتكتوئيد حدود ْ50 بالاي خط    )

سپس فولاد را به آهستگي (معمولا در كوره)تا درجه حرارت محيط سرد مي نمائيم در اين روش سرعت سرد شدن  حدود ْ02/0 در ثانيه مي باشد. از این رو این فرایند را آستنیتی کردن نیز نامیده  میشود.   

   پارامترهاي مهم در اين عمليات  درجه حرارت آستنيته كردنو سرعت سردشدن قطعات است. 

 وقتی دمای قطعه فولادی به دمای لازم برای تبدیل آستنیتی می رسد ، آستنیت در طی مراحل جوانه زنی و رشد تشکیل می شود و در این صورت اگر سرعت سرد شدن فولاد از دمای بالا زیاد باشد می تواند به ایجاد ترک و شکست فولاد منجر شود

معمولا ً عملیات آنیل کامل گران تمام میشود ، زیرا که کوره در مدت زمان زیادی اشغال می شود که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست

روش کار :

ابتدا دو نمونه از فولاد مورد نظر که می خواهد عملیات حرارتی روی آن انجام شود تهیه نموده و یک قطعه را به عنوان نمونه شاهد نگه داشته و قطعه دیگر را  درون کوره گذاشته تاحدود  850ºC حرارت داده و تقریباً 45 تا50 دقیقه در کوره حرارت داده و پس از آن کوره را خاموش کرده و می گذاریم که قطعه در کوره خنک شود

براي انجام عمليات متالوگرافي شروع به سنباده زني قطعات مي كنيم (اين نوع سمباده ها از انواع سمباده هاي پوست وآب هستند به همين جهت ابتدا آنها را به وسيله آب تر مي كنيم).

براي شروع كار ابتدا از سمباده شماره120استفاده مي كنيم و قطعه كار را بر روي آن به صورتي كه تمام سطح قطعه كار بطوريكنواخت با سمباده در تماس باشدبا حركت بالا وپائين بردن قطعه بر روي سمباده كه سطح سمباده قبلاًبه وسيله مايع روان ساز(آب) كاملاً تر شده است و نقش مايع روان ساز علاوه بر تسهيل در حركت كردن قطعه بر روي سطح سمباده باعث راحت تر حركت كردن ذرات سمباده هاي جدا شده بر روي سطح سمباده مي شوند.

عمليات سمباده زني را تا هنگامي كه تمام خطهايي كه بر روي قطعه ما باقي مانده است در جهت سمباده زني ما باشد ادامه ميدهيم.

2-2سپس از سمباده شماره 360 استفاده مي كنيم ،سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم براي آسان تر شدن حركت قطعه بر روي سطح سمباده و راحت تر حركت كردن ذرات سمباده هاي جدا شده بر روي سطح سمباده.

در مرحله2-2بايد قبل از شروع عمليات سمباده زني قطعه كار را 90درجه بچرخانيم

دليل اين عمل اينست كه ما بتوانيم راحت تر متوجه بشويم كه چه زماني اين مرحله از سمباده زني ما به پايان رسيده است (با توجه به شيارهايي كه فقط در جهت سمباده زني ما بر روي قطعه باقي مي ماند).

اين مرحله از سمباده زني حدوداً35 ثانيه طول كشيد .

3-2اينبار از سمباده شماره 400 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم اين بار نيز قطعه را 90درجه مي چرخانيم (كه دليل اين امر در مرحله

2-2گفته شد).اين مرحله تقريباً26ثانيه طول كشيد.

4-2در اين مرحله از سمباده 800 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم اين بار طبق مراحل قبل قطعه را 90درجه مي چرخانيم.

5-2در اين مرحله از سمباده 1000 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم وقطعه را 90درجه مي چرخانيم و عمليات سمباده زني را شروع

 مي كنيم.

6-2 در اين مرحله از سمباده 1200 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم وقطعه را 90درجه مي چرخانيم و عمليات سمباده زني را شروع

 مي كنيم.

اين مرحله از سمباده زني آخرين مرحله از سمباده زني ما مي باشد (بسته به نياز ما به هر چه صيقلي تر شدن قطعه دارد ).

بعد از اين مرحله از سمباده زني قطعه ما به تدريج به صورت صيقلي در مي آيد .

1-3پوليش كاري :

در اين مرحله از نمد پشت چسب دار كه بر روي آن خمير الماس و مايع روان ساز (مقدار آن بستگي به نياز ما براي هر چه صيقلي تر شدن قطعه دارد).

براي اين مرحله (بسته به نياز)از خمير الماس 3ميكرون استفاده مي كنيم.

از خمير الماس به جهت از بين بردن شيارهايي كه از مرحله قبل(سمباده زني)بر روي قطعه باقي مانده اند استفاده مي كنيم .

2-3خمير الماس را بر روي نمد (به مقدارلازم) مي ماليم و براي اينكه بهتر و بيشتر بر روي سطح نمد پخش شود به وسيله قطعه كار بر روي نمدو خمير الماس مي كشيم تا اينكار صورت پذيرد.

3-3 مايع روان ساز را بر روي سطح نمد مي كشيم.

ديسك (كه نمد بر روي آن قرار دارد)را روشن مي كنيم سرعت (1)،قطعه را در جهت عكس چرخش ديسك حركت مي دهيم بعد از چند لحظه سرعت را افزايش  مي دهيم (2) وقطعه را مطابق قبل در خلاف جهت گردش ديسك حركت مي دهيم.

اين مرحله به پايان رسيد،در اين مرحله عمق شيارها به 3ميكرون رسيده است.

1-4اچ كردن :براي اين منظور از وحلول نيتال 2% استفاده مي كنيم .

قطعه را به درون اچانت مي بريم(براي نگهداري اچانت ها ازشيشه هاي در سمباده اي استفاده مي كنيم)  بعد از اينكه فطعه را از اچانت خارج كرديم به وسيله الكل آنرا شستشو مي دهيم اين كار بايد سريع انجام شود(بلافاصله پس از خارج كردن قطعه از اچانت).

نمونه هارا در داخل الكل قوطه ور مي كنيم بعد از چند ثانيه سطح قطعه كدر مي شود

(كه بر حسب تجربه زمان آنرا بدست مي آوريم ) كه البته اين امربه جنس قطعه و درصد اسيد اچانت مورد استفاده بستگي دارد.

بعد از اين مرحله نمونه را با خشك كن خشك مي كنيم .

1-5براي اينكه ساختار نمونه هاي مورد آزمايش را ببينيم از ميكروسكوپ مخصوص اين كار استفاده مي كنيم .

در اين آزمايش بزرگنمايي را 400برابر در نظر مي گيريم و ميزان شدت نور را با استفاده از قسمتي كه در پائين ميكروسكوپ تعبيه شده است تنطيم مي كنيم .

حال ساختار نمونه هاي مورد آزمايش را كه به وسيله ميكروسكوپ مشاهده شده است را در زير ميتوانيد ملاحظه نمائيد.

نتایج حاصل:

در نتیجه سرد کردن این فولاد در کوره یک فریت دانه ریز و یک پرلیت دانه درشت به دست می آید

با عملیات آنیل ریز ساختار از آن حالت شاخه ای خارج شده و بسیار منظم و همگنتر شده و به طور یکنواخت در تمام سطح قطعه پراکنده شده اند

سؤالات :

1-يكنواختي ساختار آستنيت و توزيع عناصر آلياژي در نرماله كردن بيشتر است يا آنيل كردن؟ چرا ؟

در نرماله كردن . با توجه به تعريف : عمليات نرماله كردن عبارت است از حرارت دادن فولاد تا دماي آستنيته مناسب (بر اساس تركيب شيميايي قطعه) و نگه داشتن آن به مدت زمان لازم بر اساس تركيب شيميايي و ابعاد قطعه و پس از آن سرد كردن فولاد در هواي آزاد تا رسيدن به درجه حرارت محيط  كه باعث از بين رفتن غير يكنواختي ساختار و تركيب شيميايي در اثر نفوذ سريع عناصر در دماي بالا مي باشد.    

2-علت آستنیته کردن فولادهای هایپر یوتکتوئیدی در دمای بالاتر از A1 به جای دمای بالاتر از Acm در عملیات آنیل چیست ؟

در فولادهای هایپر یوتکتوئیدی ریز دانه ها در درجه حرارتی حدود 10ºCبالاتر از درجه  حرارت یوتکتوئید (A1 ) صورت می گیرد . حرارت دادن بالاتر از این درجه حرارت باعث ایجاد دانه های آستنیت درشت می شود و در تبدیل در موقع سرد کردن ، لایه های درشت سمنتیت ، پرلیت را احاطه می کند اما به دلیل اینکه این شبکه اضافی سمنتیت ترد است و وجود مرز دانه ضخیم و ترد باعث تضعیف قابلیت براده برداری می شود . بنابراین فولادهای هایپریوتکتوئیدی را هرگز نباید بالاتر از خط Acm   حرارت داد ، زیرا در این صورت در موقع سرد کردن در مرزدانه ها موجود در فولاد به علت سرد شدن پایین در هر یک ازدانه های کریستالی و مرزدانه ها رسوب کرده و سبب بالارفتن تردی فولاد شده .