اصول علم مواد

مقدمه:
برای ادامه حیات و زندگی هر چه بیشتر انسانها ابتدا باید به تولیدات فرآورده های زندگی از قبیل انواع مواد غذایی و پوشاک و لزوم درمانی و از همه مهمتر برای بر حذز بودن از خطرات جانی بایستی به ایجاد پناهگاه پرداخت. آنگاه می توان برای تولید سایر ملزومات جهت برتر کردن زندگی کمک کرد.

به همین منظور شرکت ها و کارخانه هایی برای تولید مایحتاج زندگی هر چه بیشتر افراد، بطور استاندارد ایجاد شده و و مواد تولید شده را در اختیار جامعه قرار خواهند داد. البته تولید کالاها می بایستی براساس و پایه مشخصی صورت گیرد و از طرفی چون رشد فکری افراد جامعه روز به روز رو به تکامل می باشد در این صورت سعی می شود که از مواهب زندگی بهتری برخوردار بوده و کوشش می کنند که از بهترین مواد و لوازم زندگی استفاده کنند و نیز انجمن ها و شرکت های اقتصادی بر مبنای تعداد افراد هر جامعه تولیدات خود را از نظر

کمیت و کیفیت گسترش داده و این عمل نیز بستگی به دستگاههای صنعتی و ابزارآلات بکار برده شده خواهد داشت و برای بهتر کردن کیفیت مواد و کالا به دستگاههای تولیدی کاملتری نیاز خواهد بود. بطور کلی ماشین های ابزار در ساخت دستگاههای صنعتی که در تولید لوازم زندگی انسانها کمک شایانی می کنند، اهمیت بسزایی دارند.

معرفی:
یک ماشین ساده بریا برش میلگرد در کمترین زمان و با هزینه کم و با یک نیروی بسیار کمتر می توان برای برش میلگرد استفاده نمود که بیشتر در ساخت کارهای سری به کار رفته و بسیار با صرفه بودن و می توان سرعت در انجام کار را بالا برد و علاوه بر این دارای این خاصیت نیز می باشد که هیچی آسیبی به قطعه نمی رساند و باعث پیچش و تنش در طول قطعه نمی شود.

جنس قطعات:
لبه برنده قطعه:
فولاد ابزار:

انتخاب فولاد ابزار به کاربرد ابزار بستگی دارد. سختی پذیری، مقاومت سایشی و درجه حساسیت در مقابل انقباض و مقاومت در مقابل درجه حرارت بازپخت از جمله خواص مهم برای فولاد ابزار هستند. انقباض در اغلب فولادها می تواند در حین عملیات سخت کردن صورت گیرد. اما فولادهایی وجود دارد که این انقباض در آنها به اندازه ای جزئی است که ابعاد قطعه قبل از عملیات سخت کردن می تواند همان اندازه ابعاد نهایی در نظر گرفته شود. از چنین فولادهای بدون انقباض می توان برای تولید قطعات پرسی پیچیده استفاده کرد.

به منظور تولید فولادهای ابزار تمیز و عاری از ناخالصیهای غیر فلزی امروزه اغلب از کوره های قوس الکتریکی استفاده می شود. همچنین با تغییر شکل گرم خاص و عملیات سطحی ویژه اظ ظاهر گشتن عیوب داخلی و خارجی جلوگیری خواهد شد، به طوری که از این طریق در عملیات حرارتی ابزار پیچیده، خطر ایجاد ترک را بتوان به شدت کاهش داد.

عملیات حرارتی اغلب فولادهای ابزار، که در درجه حرارتهای معمولی انجام می گیرد، تفاوت عمده ای با عملیات حرارتی ذکر شده در فولادهای غیر آلیاژی و کم آلیاژی ندارد. اما با این وجود به دلیل امکان ظهر شدن تردی حرارتی در این فولادها، عملیات حرارتی باید با دقت فراوانی انجام گیرد. فولادهای ابزار سریع سرد شده باید در درجه حرارتهای نسبتا پایینی تحت عملیات بازپخت قرار گیرند، زیرا در غیر این صورت سختی به دست آمده کاهش قابل ملاحظه ای می یابد ولی در عوض سفتی (تافنس) به اندازه قابل توجهی افزایش خواهد یافت. فولادی که طبق استاندارد آلمان (DIN) مشخص شده در مقایسه با فولاد طبق استاندارد آمریکایی (AISI) تا حدودی در آنالیز شمییایی با یکدیگر تفاوت دارند.

یک گروه خاص از فولادهای ابزار، فولادهای تندبر (خوش تراش) هستند که علاوه بر سختی بالا دارای مقاومت فوق العاده بالایی در مقابل درجه حرارت بازپخت نیز می باشند. این فولادها در ابزار ماشین های تراش، فرز و مته به کار می روند و می توانند سختی و توان برشی خود را تا دمای حدود C600 به طور کامل حفظ کنند. برای دست یافتن به مقاومت در مقابل دمای بازپخت در فولادهای پر آلیاژی باید عملیات حرارتی ویژه ای بر روی آنها انجام گیرد.

درجه حرارت لازم برای آستنیتی کردن فولاد تندبر حدود C1300 است. بدین جهت قبل از اینکه ابزار در داخل کوره ای که دارای درجه حرارت بالا است گرم شود، معمولا تا حدود C800 پیش گرم می شود و پس از آتنیتی شدن اغلب در وانهایی حاوی روغن یا نمک محلول و یا در هوای معمولی سریع سرد می شود. برای جلوگیری از ترک برداشتن (در اثر سختی بالا) باید این گونه فولادها بلافاصله بعد از سریع خنک کردن در دمای حدود C100 تحت عمل بازپخت قرار گیرند.

درجه حرارت Ms فولادهای تندبر بسیار پایین (حدود C90) است و پس از اینکه سریع سرد شد هنوز هم حدود ۲۰% آستنیت باقمیانده در آن وجود دارد. سختی به دست آمده در ابتدا در محدوده ای از درجه حرارت بازپخت بین ۲۰۰ تا C300 مقداری کاهش می یابد ولی با افزایش بیشتر دما جدایش کاربیدهای پایدار عناصر آلیاژی در مارتنزیت بازپخت شده، شروع می شود و بدین ترتیب سختی، مجددا رو به افزایش می رود. آستنیت باقمیانده آنقدر از لحاظ عناصر آلیاژی بالاست، که به فاز میانی(باینیت) تبدیل نمی شود. با وجود این در دمای بین حدود ۳۵۰ تا C600 کاربیدهایی از آن جدا می شود، به طوری که مقدار کربن و عناصر آلیاژی دیگر موجود در آستنیت باقمیانده باز هم کاهش می یابد. بدین ترتیب آستنیت تغییر کرده با سرد کردن سریع به مارتنزیت تبدیل می شود و در نتیجه سختی باز هم افزایش می یابد. از این رو فولادهای تندبر اغلب بعد از سخت کردن تحت عملیات بازپخت مجدد قرار می گیرند، تا بدین ترتیب مارتنزیت ایجاد شده از آستنیت باقمیانده تا حدودی نرمتر شده و سفتی آن افزایش یابد.

بدنه قطعه:
فولاد با کربن متوسط:
خواص این گروه از فولادها عمدتا به عملیات حرارتی انجام گرفته بر روی آنها بستگی خواهد داشت. با وجودی که با افزودن عناصر آلیاژی عمدتا سختی پذیری افزایش می یابد ولی در مقایسه با فولادهای غیر آلیاژی (کربنی) خواص دیگر هم مناسبتر خواهد شد. برای مثال فولادهایی با عناصر آلیاژی کرم – نیکل – مولیبدن دارای استحکام کششی حدود MPa 1750 و حد تسلمی MPa 1550 و شکل پذیری خوبی با تغییر طول نسبی شکست حدود ۱۲% و کاهش نسبی سطح مقطع شکست حدود ۴۵% هستند. برعکس تغییر طول نسبی تا شکست فولادهای کربنی خالص با همان استحکام برابر ۸% و کاهش نسبی سطح مقطع تا شکست در آنها حدود ۳۰% خواهد بود. همچنان که آزمایش ضربه نشان می دهد

فولادهای کربنی آلیاژدار به اندازه قابل ملاحظه ای نرمتر از فولادهای غیر آلیاژی هستند. علاوه بر آن فولادهای کربنی آلیاژی در مقایسه با غیر آلیاژی مزیتهای دیگری هم از خود نشان می دهند. برای مثال فولادهای کربنی آلیاژدار قابلیت باز پخت شدن در دماهای بالاتری را دارند، کاهش سختی را در نتیجه عملیات حرارتی باز پخت تا حدودی جبران خواهند کرد. بدین ترتیب لازم است تنش زدایی داخلی انجام گیرد. به دلیل اینکه عناصر آلیاژی اضافه شده کاهش سختی در اثر باز پخت را تا حدودی جبران خواهند کرد، در این صورت به همان سختی-

که فولادهای غیر آلیاژی دارد- می توان رسید. در حالی که تنشهای باقمیانده داخلی بسیار کمتر خواهد بود. برعکس چنانچه تاکید بیشتری بر روی سفتی (تافنس) شود نه بر روی سختی، در این صورت فولادهای آلیاژی می توانند بدون هیچ مسئله ای در دماهای بالای تردی حرارتی باز پخت شوند. همان چیزی که در فولادهای غیر آلیاژی به کاهش مجدد قالبیت شکل پذیری می انجامد.

فولادهای تبدیل شده به فاز میانی (باینیت) در مقایسه با فولادهای مارتنزیتی باز پخت شده در دمای حدود C 250 با سختی برابر (مثلاً حدود ۵۰ راکول C) دارای سفتی بیشتری هستند. زیرا در این درجه حرارت تردی حاصل از باز پخت ظاهر خواهد شد که سبب کاهش شدید مقاومت در مقابل ضربه می شود. فولادهای با مقدار درصد متوسط کربن و استحکام بسیار بالا، (درمواردی که وزن کم مورد توجه است) در طراحی و ساخت استفاده می شوند، برای مثال برای محفظه سوخت در ساخت راکتورها. در این نوع فولادهای به دست آمده با استحکامهای بالا توزیع غیر یکنواخت تنش می تواند به آسانی سبب ظاهر شدن شکست شود، زیرا قابلیت تغییر شکل فولاد به اندازه ای نیست که بتواند تنشهای ماکزممی ایجاد شده را از طریق سیلان (تغییر شکل پلاستیکی) موضعی بر طرف کند. به همین جهت این فولادها نباید دارای ناخالصیهای درشتی باشند که سبب ایجاد تمرکز تنش در قطعه شوند. بنابراین به دلایل ذکر شده باید از عیوب سطحی و عیوب جوشکاری هم پرهیز شود.

قطعات دندانه ای:
فولاد با درصد کربن بالا:
در فولادهای با درصد کربن بالا می توان به بالاترین سختی و مقاومت سایشی دست یافت. سختی فوق العاده بالا مستلزم ایجاد مارتنزیت فوق اشباع از کربن است، در حالی که مقاومت سایشی بیشتر به ترکیبات کاربیدی موجود در شبکه کریستالی مربوط می شوند. فولادهای با کربن بالا در حالت آنیل شده (نرم شده به کمک عملیات حرارتی) تغییر شکل داده می شوند. در عملیات نرم کردن، کاربیدها شکلی به خود می گیرند که تاثیر مناسبی بر روی مقاومت سایشی خواهند داشت.

اغلب فولادهای با درصد کربن بالا دارای بیش از ۸% کربن هستند. این گونه فولادها عملاً در دمایی به اندازه بسیار کمی بالاتر از A1 در محدوده دو فازی آستنیت و سمنتیت ، آستنیتی می شوند. بنابراین مقدار درصد کربن آستنیت باقمیانده پس از سریع سرد کردن کاهش می یابد و از طرف دیگر کاربیدهای نامحلول از رشد دانه های آستنیت جلوگیری به عمل می آورند. به طوری که بعد از تبرید، ساختار میکروسکوپی ریزی به دست خواهد آمد.

علاوه بر تقسمی بندی بر حسب مقدار در صد کربن و عناصر آلیاژی دیگر اغلب از فولادهای مخصوص نام برده می شود. این گونه فولادها تماماً توسط خاصیت ویژه و محدوده کاربرد خاص خود مشخص شده اند. برای مثال فولادهای مقاوم در مقابل حرارتهای بالا و در مقابل خوردگی و همچنین فولادهای مغناطیسی و فولادهای ابزار.
پیچ و مهره:

فولاد کم آلیاژی:
در فولادهای کم آلیاژی (درصد آلیاژ کمتر از ۵% وزن) آنالیز شمییایی داده خواهد شد. در این صورت به جای حروف C عددی که صد برابر مقدار متوسط کربن را به درصد مشخص م کند جایگزین می شود به دنبال آن حروفی که تعیین کننده عناصر آلیاژی هستند به ترتیب از مقدار بالاتر به کوچکتر می آیند. همچنین ضرایب معینی برای عناصر آلیاژی مختلف انتخاب می شود، به طوری که این ضرایب معینی برای عناصر آلیاژی مختلف انتخاب می شود، به طوری که این ضرایب با مقدار درصد متوسط عناصر آلیاژی ضرب خواهند شد، این ضریب برای عنصر: W,Si,Ni,Mo,Cr,Co عدد ۴ و برای عناصر: Zr,Ta,Nb,B,Pb,Be,V,Ti,Mo,Cu,Al عدد ۱۰ و برای Ce,C,N,S,P عدد ۱۰۰ است. برای مثال فولادی کم آلیاژی با مقدار متوسط ۱۵/۰ % کربن و ۷۵/۰ % کرم را نشان می دهد، مثال دیگر ۱V 100 فولاد ابزار کم آلیاژی با مقدار متوسط ۱% کربن و ۱/۰% وزنی وانادمی را مشخص می کند.

گاهی اوقات روش تولید و عملیات انجام گرفته بر روی آن نیز داده می شود. برای مثال E36CrNiMo4V فولادی تولید شده با استفاده از کوره ذوب الکتریکی و تحت عملیات حرارتی قرار گرفته را با مقدار متوسط C36/0% و Cr1% و مقدار کمی نیکل و مولیبدن نشان می دهد.
اهرم:
فولاد با کربن متوسط:
خواص این گروه از فولادها عمدتا به عملیات حرارتی انجام گرفته بر روی آنها بستگی خواهد داشت. با وجودی که با افزودن عناصر آلیاژی عمدتا سختی پذیری افزایش می یابد ولی در مقایسه با فولادهای غیر آلیاژی (کربنی) خواص دیگر هم مناسبتر خواهد شد. برای مثال فولادهایی با عناصر آلیاژی کرم – نیکل – مولیبدن دارای استحکام کششی حدود MPa 1750 و حد تسلمی MPa 1550 و شکل پذیری خوبی با تغییر طول نسبی شکست حدود ۱۲% و کاهش نسبی سطح مقطع شکست حدود ۴۵% هستند. برعکس تغییر طول نسبی تا

شکست فولادهای کربنی خالص با همان استحکام برابر ۸% و کاهش نسبی سطح مقطع تا شکست در آنها حدود ۳۰% خواهد بود. همچنان که آزمایش ضربه نشان می دهد فولادهای کربنی آلیاژدار به اندازه قابل ملاحظه ای نرمتر از فولادهای غیر آلیاژی هستند. علاوه بر آن فولادهای کربنی آلیاژی در مقایسه با غیر آلیاژی مزیتهای دیگری هم از خود نشان می دهند. برای مثال فولادهای کربنی آلیاژدار قابلیت باز پخت شدن در دماهای بالاتری را دارند، کاهش سختی را در نتیجه عملیات حرارتی باز پخت تا حدودی جبران خواهند کرد. بدین

ترتیب لازم است تنش زدایی داخلی انجام گیرد. به دلیل اینکه عناصر آلیاژی اضافه شده کاهش سختی در اثر باز پخت را تا حدودی جبران خواهند کرد، در این صورت به همان سختی- که فولادهای غیر آلیاژی دارد- می توان رسید. در حالی که تنشهای باقمیانده داخلی بسیار کمتر خواهد بود. برعکس چنانچه تاکید بیشتری بر روی سفتی (تافنس) شود نه بر روی سختی، در این صورت فولادهای آلیاژی می توانند بدون هیچ مسئله ای در دماهای بالای تردی حرارتی باز پخت شوند. همان چیزی که در فولادهای غیر آلیاژی به کاهش مجدد قالبیت شکل پذیری می انجامد.

فولادهای تبدیل شده به فاز میانی (باینیت) در مقایسه با فولادهای مارتنزیتی باز پخت شده در دمای حدود C 250 با سختی برابر (مثلاً حدود ۵۰ راکول C) دارای سفتی بیشتری هستند. زیرا در این درجه حرارت تردی حاصل از باز پخت ظاهر خواهد شد که سبب کاهش شدید مقاومت در مقابل ضربه می شود. فولادهای با مقدار درصد متوسط کربن و استحکام بسیار بالا، (درمواردی که وزن کم مورد توجه است) در طراحی و ساخت استفاده می شوند، برای مثال برای محفظه سوخت در ساخت راکتورها. در این نوع فولادهای به دست آمده با استحکامهای بالا توزیع غیر یکنواخت تنش می تواند به آسانی سبب ظاهر شدن شکست شود، زیرا قابلیت تغییر شکل فولاد به اندازه ای نیست که بتواند تنشهای ماکزممی ایجاد شده را از طریق سیلان (تغییر شکل پلاستیکی) موضعی بر طرف کند. به همین جهت این فولادها نباید دارای ناخالصیهای درشتی باشند که سبب ایجاد تمرکز تنش در قطعه شوند. بنابراین به دلایل ذکر شده باید از عیوب سطحی و عیوب جوشکاری هم پرهیز شود.

مراحل ساخت:
ابتدا کلیه ورق های مورد نیاز را توسط دستگاه گیوتین برش می دهمی و ورق های برش خورده که ۵/۰ تا ۱ میلمیتر بزرگتر از اندازه واقعی برش داده شده را توسط دستگاههای صفحه تراش و فرز و … به شرح زیر آماده می کنمی:
ثطعه شماره ۱ : ابتدا توسط خط کشی و سینه زدن بر روی خطوط قسمت هایی که باید عمل براده برداری بر روی آن صورت گیرد را مشخص می کنمی بعد از این مرحله قطعه را به صورت به گیره دستگاه (دستگاه صفحه تراش) می بندمی و با تراز کردن قطعه و آماده کردن دستگاه (سرعت و کورس دستگاه و بستن قلم مربوط به دستگاه) شروع به براده برداری از روی سطح قطعه می نمائمی تا زمانیکه به محدوده خط کشی نزدیک نزدیک شومی و بعد قطعه را برگردانده و طرف دیگر را به گیره بسته و تراز می کنمی و شروع به براده برداری می

کنمی و دوباره مثل مرحله قبل قطعه را برگردانده و طرف دیگر را نیز براده برداری می کنمی تا به اندازه واقعی برسد. بعد از اتمام این مراحل برای تراشیدن قسمت شیار قطعه شماره ۱ ابتدا قطعه کار را روی گیره دستگاه دار ستونی بسته و با بستن یک مته شماره ۱۰ و آماده کردن دستگاه چند سوراخ نزدیک به هم و در ناحیه مربوط به شیار ایجاد می کنمی البته سوراخکاری باید به گونه ای صورت گیرد که دو تا سه میلمیتر از طرفین شیار برای فرزکاری و پرداخت کاری باقی بماند بعد از سوراخ کاری برای جداسازی قطعه زائد قطعه کار را به گیره بسته چکش ضربه ای به به قسمت زائد می زنمی تا قطعه زائد از قطعه اصلی جدا گردد و برای پرداخت کاری ///////////// قطعه کار را باید به گونه ای بر روی گیره دستگاه فرز بسته شود که امکان براده برداری از قسمت شیار به راحتی امکان پذیر باشد بعد از تراز کردن قطعه کار و بستن به گیره و بستن تیغه فرز مناسب با شرایط کاری و انتخاب سرعت دوران مناسب شروع به براده برداری از قسمت شیار می کنمی تا زمانیکه شیار مورد نظر که قبلا خط کش کرده امی بوجود آید عمل براده برداری باید خیلی آهسته و با مقدار بار کم صورت گیرد و در حین براده برداری استفاده کردن از مایع آب صابون برای خنک کردن تیغه فرز و براده برداری مناسب از سطح قطعه ضروری است.