چکیده

امروزه بکارگیری روشهای غیرمخرب در شناسایی تغییرات ریزساختاری به جهت صرفه جویی در دو فاکتور زمـان و هزینـه و همچنین امکان کنترل %۱۰۰ قطعات، از اهمیت بسیار بـالایی برخـوردار اسـت. در ایـن پـژوهش کـاربرد روش غیرمخـرب جریان گردابی در تعیین عمق لایه کربن زدایی، بررسی شده است. مطالعات انجام شده در این زمینه شامل بررسی لایـه کـربن زدایی در نمونههای فولادی ناشی از یک سیکل عملیات حرارتی یکسان، بوده است. اما در پژوهش حاضر بـه بررسـی پدیـده کربن زدایی در قطعاتی با ریزساختارهای متفاوت ناشی از عملیات حرارتی متفاوت پرداخته شده است. لذا این بررسی، امکان تعیین بهترین شرایط ریزساختاری جهت شناسایی غیرمخرب لایه کربن زدایی را در یک سیکل عملیـات حرارتـی چنـد گانـه مشخص مینماید. به منظور ایجاد نمونههایی با عمقهای متفاوت از لایه کربن زدایی، سـه گـروه از فـولاد CK45 در دمـای

۹۰۰C برای مدت زمانهای متفاوت قرار گرفته و سپس بر روی هر گروه از نمونهها عملیات به ترتیـب نرمالـه، کـوئنچ و کوئنچ-تمپر اعمال شد. ارتباطهای حاصل بین خروجی آزمون جریان گردابی با عمق لایه کربنزدایی در مـورد سـه گـروه از

نمونهها، بررسی شد. در انتها پس از بهینه سازی پارامترهای آزمون غیرمخـرب، سـیکل عملیـات حرارتـی کـه در آن بهتـرین ارتباط (به دلیل وجود بیشترین تفاوت در خواص مغناطیسی ریزساختارهای سطح و مغز ناشی از آن عملیات حرارتی) حاصل شد، مورد شناسایی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: پدیده کربن زدایی، روش غیرمخرب، آزمون جریان گردابی، تغییرات ریزساختاری

Email: Kahrobaee@sadjad.ac.ir

مقدمه

عملیات حرارتیهای صورت گرفته بر روی فولادها در محدوده دمای پایداری آستنیت در شرایط اتمسفر کنترل نشـده منجـر

به خروج کربن از سطح فولاد و واکنش با اتمسفر محیط میشود که به این فرایند کربن زدایی میگویند. فقدان کربن در سطح
باعث افت شدید خواص مکانیکی قطعه فولادی مانند مقاومت به خستگی [۱]، مقاوت در برابر خوردگی [۲] و نـرخ سـایش

[۳] میشود.
در صنعت روشهای کنترل و انـدازهگیـری لایـه کـربنزدایـی شـامل مشـاهدات ریزسـاختار پـس از عملیـات اچ کـردن بـا

میکروسکوپ نوری و همچنین رسم پروفیل سختی در مقطع عرضی نمونه بعـد از پـولیش سـطحی مـیباشـد. ایـن روشهـا
مخرب بوده و بکارگیری آنها در بازرسی قعات صنعتی امری وقتگیر و هزینهبر میباشند. امروزه بـا توجـه بـه توانـاییهـا و

مزایای روشهای غیرمخرب درفرایندهای کنترلی تولیدات صنعتی، در سالهای اخیر به تعیین خواص مکانیکی و متالورژیکی
مواد و بدست آوردن نتایج آزمونهای مخرب با کمک روشهای غیرمخرب توجه بسیاری شده است. این امـر سـبب صـرفه-

جویی ازلحاظ هزینه و زمان، در تولید انبوه قطعات صنعتی شده و امکان کنترل صد در صد قطعات را نیز فراهم آورده اسـت. از این میان آزمون غیرمخرب جریان گردابی مزایای منحصر بـه فـردی دارد. حساسـیت ایـن آزمـون بـه ترکیـب شـیمیایی و ریزساختار و خواص مکانیکی را میتوان جزء مهمترین عواملی دانست که باعث توجه ویژه به این روش شده است ۴] و .[۵

با توجه به تفاوت خواص مغناطیسی ایجاد شده در ریزساختارهای سطحی و مغز نمونههای فولادی کربن زدایی شده، روش-

های غیرمخرب پایه مغناطیسی مانند جریان گردابی و بارک هاوزن، پتانسـیل تعیـین ضـخامت ایـن لایـه را دارنـد. تحقیقـات

صورت گرفته در این زمینه شامل تعیین عمق لایه کربن زدایی شده با روش جریان گردابی در فولاد با ریزساختار مارتنزیتی با

کمک آنالیز هارمونیک [۶]، در فولاد با ریزساختار فریت-پرلیتی با اندازهگیری امپـدانس کویـل ۷] و [۸ و همچنـین راکتـانس کویل [۹] میباشد. همچنین از روش بارک هاوزن در بررسی پدیده کربن زدایی بعد از عملیات حرارتـی آنیـل اسـتفاده شـده است ۱۰] و .[۱۱ در هیچ یک از این پژوهش ها به بررسی غیرمخرب پدیده کربن زدایی در شرایط متفاوت عملیات حرارتـی پرداخته نشده است. بنابراین در پژوهش حاضر از روش جریان گردابی و اندازه گیری ولتاژ القایی در تعیین عمق لایـه کـربن

زدایی بعد از سه نوع عملیات حرارتی نرماله، کوئینچ و کوئینچ و تمپر پرداخته شده اسـت. بـه ایـن ترتیـب بـا مقایسـه نتـایج

حاصل شده از سه نوع عملیات حرارتی، بهترین شرایط ریزساختاری (نوع عملیـات حرارتـی) بـه منظـور تعیـین غیرمخـرب ضخامت لایه کربن زدایی حاصل شده است.

-۲ مواد و روش انجام آزمایش
در این پژوهش به منظور ایجاد نمونههایی با عمق کربنزدایی متفاوت، ۱۵ نمونه استوانهای شکل از فولاد CK45 به قطر ۲۰

و ارتفاع ۷۰ میلیمتر تهیه شد. نمونهها در سه گروه پنج تایی تحت سه نوع عملیات حرارتی متفاوت شامل نرمالـه، کـوئینچ و
کوئینچ-تمپر قرار گرفتند. به این منظور، ۱۲ نمونه در یک کوره عملیات حرارتی بدون اتمسفر کنترل شده برای مـدت زمـان-های ۲، ۴، ۶ و ۸ ساعت، دردمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد قرار داده شد. در هر مرحله (بعد از قرار گیـری نمونـههـا بـرای یـک مدت زمان مشخص در دمای آستنیته)، ۳ نمونه از کوره خارج شد و به منظور ایجاد ریزساختارهای متفاوت، به سه روش زیر سرد شدند.

-۱ دسته اول به منظور ایجاد ریزساختار تعادلی فریت/پرلیت، در هوا سرد شده و نرماله شدند.

-۲ دسته دوم، بعد از مدت زمان مشخص در داخل آب کوئینچ شدند تا ریزساختار مارتنزیتی در آنها ایجاد شود.

-۳ دسته سوم نیز همراه دسته دوم از نمونهها کوئینچ شده اما در ادامه عملیات تمپر در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد نیز بر روی آنها انجام شد.