تعریف چقرمگی فولاد قالب

تعریف چقرمگی فولاد قالب

درجه­ هایی را در نظر بگیرید که تحت فرایند ذوب مجدد الکترواسلاگ (سرباره­ی الکتریکی) قرار گرفته ­اند.

ملاحظات بسیاری وجود دارند که یک طراح و قالب­ساز باید هنگام انتخاب ماده­ ی ابزار کار، بالانس کنند تا هنگام عملیات انتظارات را برآورده یا فراتر از آن برود. هندسه­ ی قطعه، اندازه­ ی قالب، نیازهای صیقل کاری و مدت زمان اجرای تولید همه در این تصمیم ­گیری نقش دارند. یک فاکتور مورد توجه دیگر که اغلب اشاره می­ شود، اما همیشه به صورت واضح تعریف نمی ­شود، سطح چقرمگی فولاد قالب می­ باشد.

درجه­ ی فولاد قالب با سطح چقرمگی بالا، احتمال شکل گیری ترک و یا انتشار ترک را کاهش خواهد داد. طرح ­­های چالش برانگیز که به گذار دیوار ضخیم به نازک، شعاع­ های نسبتاً تیز  یا دیگر محل­ های تحت تنش زیاد نیاز دارند، از استعمال قالب فولاد ذاتاً چقرمه بهره خواهند برد. این چقرمگی زیاد به صورت ضروری سطح اضافی امنیت را در حین عملیات فراهم می­ کند و از نگه­داری و زمان توقف ناخواسته جلوگیری می­ کند.

اندازه­ گیری سطح چقرمگی

سطح چقرمگی فولاد قالب توسط تست برخورد استاندارد تعیین می­ شود. این تست آماده­ سازی نمونه و فرایند تست را طرح ریزی می­ کند (به عنوان مثال، ASTM A370). فرایند با تست کننده­ای آغاز می­ شود که قطع ه­ای را از انتهای یک تیر یا بلوک فولاد قالب جدا می­ کند.  این کار با توجه به جهت گیری آن به سمت جهت نوردکاری یا آهن­کاری اولیه انجام می ­شود. سپس بخش بندی و ماشین کاری بیشتر این قطعه انجام می­ شود تا مطابق اندازه­ های مشخص شده نمونه ­های چندگانه ایجاد شود. این نمونه­ ها تحت عملیات حرارتی نیز قرار می­ گیرند تا به سطحی از سختی برسند که نشان دهنده­ ی همان بازه­ی سختی کار استفاده شده توسط قالب در حین کار می­ باشد.

هنگامی که نمونه آماده شود در یک فیکسچر قرار گرفته و پاندول از ارتفاع معین رها می­ شود. با برخورد پاندول و شکستن نمونه، پاندول به نوسان روبه بالا ادامه می­دهد. ارتفاعی که پاندول به آن می­رسد به مقدار انرژی که نمونه جذب می­ کند بستگی دارد. یک درجه­ ی فولادی که سطح چقرمگی نسبتاً بالایی نشان می­ دهد، مقدار قابل توجه ی از انرژی را جذب خواهد کرد. بنابراین، ارتفاع صعود پاندول را کاهش خواهد داد.

وسیله ­ی اندازه گیری، مقدار انرژی جذب شده توسط نمونه­ را به صورت عبارات فوت-پوند (واحد­های مربوط به بریتانیا) و یا به صورت ژول (واحدهای متریک) ثبت خواهد کرد. هر چه، مقدار اندازه گیری شده بزرگتر باشد، سطح چقرمگی فولاد بزرگتر خواهد شد. باید توجه شود که ممکن است در نحوه­ی آماده سازی نمونه­ ها تفاوت­ هایی باشد، با این حال، یک روش مشترک شامل ساییدن یک شکاف کوچک V شکل می­ باشد  که در حین آزمایش عمود بر جهت طول نمونه و در جهت عمودی می­ باشد. پاندول به سمت مخالف شکاف برخورد می­کند و نمونه را در این موقعیت از پیش تعیین شده می­شکند. به این تست، تست شکاف V شارپی (تست ضربه­ ی شارپی) می­ گویند.

برای آماده سازی نمونه، روش­ های مختلف زیادی وجود دارد که شامل استفاده از نمونه­ های تست بدون شکاف می­ شوند. هنگام بررسی داده ها، مطمئن شوید که شما همواره مقادیری را مقایسه می­ کنید که از نمونه­ هایی گردآوری شده اند که به یک روش یکسان آماده سازی شده­ اند.

فاکتورهای موثر بر چقرمگی

دو نوع فاکتور مهم وجود دارد که سطوح چقرمگی را تحت تاثیر قرار می­ دهند. مورد اول، همگنی فولاد می ­باشد که سطح اتصال یا تفکیک المان­ های آلیاژی و یا کاربید­های آلیاژ می­ باشد. فاکتور دیگر تمیزی در سطح میکرو می­ باشد که مقدار ناخالصی­ های[۱] نامطلوب، غیر فلزی می­ باشد.

هنگامی که ذوب اولیه و فرایند­های بارریزی متالورژی کامل شدند، فولاد مذاب در داخل شمش قالب گیری می­ شود. دمای بالای ذوب و حجم زیاد فولاد مذاب ریخته­ شده به درون هر قالب شمش، به نرخ جامد سازی نسبتاً آهسته­ ای منتهی می­ شود. با جامد شدن شمش از سطح به سمت هسته، طبیعت فرایند به تفکیک آلیاژ منجر می­ شود. در اصل، این یک تغییر در ترکیب شیمیایی فولاد در سراسر سطح مقطع شمش می­ باشد.

این تفکیک آلیاژی ممکن است تا حدودی در چرخه ­ی تولید توسط افزودن فرایند آنیل کاری کاهش پیدا کند که در نتیجه، نفوذ و همچنین مدت رخ دادن کار مکانیکی در حین فرایند­های آهن­کاری و یا نوردکاری را تقویت می­ کند. یعنی، در حین انجام کار مکانیکی بر روی شمش تا به عنوان ورق، تیر، تخت و غیره به ابعاد نهایی خود برسد، شبکه ­های کاربید و آلیاژ شکسته می­ شوند و به صورت یکنواخت­ تری پراکنده می ­شوند. درجه­ ی آهن­کاری و نوردکاری نقش بسیار مهمی در فراهم کردن ماده ­ی همگن ایفا می­ کنند.

برای بهبود همگنی و ریزساختار فولاد و به منظور حداقل سازی سطح ناخالصی­ های غیر فلزی، باید یک مرحله­ ی اضافی در فرایند تولید فولاد قالب اجرا شود که به عنوان ذوب مجدد الکترواسلاگ (ESR) یا یک نوع پیشرفته تر به نام ذوب مجدد حفاظتی تحت فشار شناخته می­ شود.

فرایند ESR، شمش ریختگی ابتدایی را می­ گیرد و آن­ را تحت شرایط کاملاً کنترل شده دوباره ذوب می­ کند. یک انتهای شمش ریختگی به یک فیکسچر جوش زده می­ شود و به صورت عمودی در بالای قالب حاوی ظرف سرباره ­ی مذاب نگه داشته می­ شود. هنگامی که انتهای الاًکترود به مجاورت سرباره­ ی مذاب آورده شود، فرایند ذوب مجدد آغاز می­شود. حرارت شروع به ذوب سرباره خواهد کرد و قطره­ های فولاد مذاب را ایجاد می­ کند. به دلیل اینکه فولاد دارای چگالی بیشتری نسبت به سرباره می­ باشد به پایین سقوط خواهد کرد و از آن می­گذرد و در انتهای قالب جمع می­ شود و به سرعت دوباره جامد خواهد شد.

در حین این فرایند، بخشی از شمش ذوب مجدد که در حالت مایع است نسبتاً کوچک می­ باشد. نتیجه­ ی کار، نرخ جامد سازی سریع­تر و در نتیجه­ ی آن تفکیک و اتصال آلیاژی کاهش پیدا می­ کند. ترکیب شیمیایی در سراسر سطح مقطع شمش ESR منسجم­ تر می­ باشد. به علاوه، کاربید­های آلیاژی که شکل می ­گیرند، احتمالاً نسبتاً کوچک می ­باشند و به صورت یکنواخت توزیع می ­شوند.

یک مزیت اضافه شده­ ی فرایند ESR این است که با عبور هر قطره ­ی فولادی از آن، ظرف سرباره، المان­ های سرگردان مانند سولفور را از مذاب خارج می­ سازد. فرایند می­تواند میزان سولفور را به سطوح ۰٫۰۰۳ درصد یا کمتر کاهش دهد که میزان ناخالصی­ های غیر فلزی شکل گرفته در جامدسازی را کاهش می­دهد. فرایند ESR به تضمین سطح بسیار تمیز در حد میکرو، کمک می­کند. عدم وجود ذرات سولفید شکننده در ماتریس (قالب) فولاد، خواص چقرمگی و همچنین توانایی جلا دهی فولاد قالب به یک سطح کاملاً صیقلی را بهبود می­ بخشد.

درجه ­های فولاد قالب را در نظر بگیرید که تحت پالایش اضافی فراهم شده توسط فرایند ESR قرار گرفته­اند. مزایای اصلی این فرایند عبارتست از: افزایش سطح چقرمگی و مقاومت در برابر ترک؛ پاسخ منسجم و یکنواخت به فرایندهای قلم زنی بافتن[۲]؛ و توانایی دست­یابی به یک سطح صیقل شده­ با کیفیت لنزی در حین فرایند صیقل کاری.

——————————————————————————————————————–

[۱] inclusions

[2] Etching/texturing

 

منبع : اینترنت

برگردان : ایران ملد