الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۲
کد مقاله
MTL02
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
اثر پوشش قالب بر روی خستگی گرمایی در ریخته گری آلومینیوم با قالب دائمی
نام انگلیسی
Effect of Mold Coating on Thermal Fatigue in Al Permanent Casting
تعداد صفحه به فارسی
۳۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۷
کلمات کلیدی به فارسی
ریخته‌گری آلومینیوم ، خستگی گرمایی
کلمات کلیدی به انگلیسی
Thermal Fatigue ,Al Permanent Casting
مرجع به فارسی
دانشگاه میسوری، آمریکا
مرجع به انگلیسی
University of Missouri
کشور
ایالات متحده
اثر پوشش قالب بر روی خستگی گرمایی در ریخته‌گری آلومینیوم قالب دائمی
چکیده
در این مقاله اثر پوشش‌دهی قالب و ماتریس چدن خاکستری روی پدیدار شدن و رشد شکستگیها یا ترکهای خستگی گرمایی در ریخته‌گری آلومینیوم قالبهای دائمی‌بررسی شده است. به ویژه، اثرات نسبی دو منبع قوی کرنش گرمایی- سیکل آغاز و پایان و چرخه ریخته‌گری هر قطعه- بر روی شکستگی یا ترک خوردگی در اثر خستگی گرمایی، مورد مطالعه قرار گرفته است.
شروع ترک خوردگی به بیشترین میزان بستگی به کرنشهای گرمایی زیادی دارد که در طی مرحله روشن و خاموش شدن بوجود می‌آید. بطور نسبی تاثیر اندک پوشش قالب یا ساختار ماتریس بر روی تعدادی از این چرخه‌ها، که برای شروع ترک خوردگی لازم هستند، محرز گردید.
سرعت رشد ترکها تحت تأثیر تعداد کل چرخه‌های ریخته‌گری واحد، و بنوبه خود، در اثر پوشش قالب استفاده شده بوده است. پوششهای عایق باعث میشوند که تغییرات دمایی در داخل قالب در طی هر سیکل قالب‌گیری کاهش یافته و از اینرو باعث کاهش کرنشهای دمایی میشوند. کرنشهای کمتر باعث آهسته‌تر شدن سرعت رشد ترک خوردگی می‌شود.
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
مقدمه
خستگی گرمایی، عمر مفید قالبهای دائمی‌چدن را کم می‌کند و باعث بوجود آمدن ترک خوردگیهایی می‌شود که نهایتا منجر به از کار افتادگی قطعه می‌شود. خستگی گرمایی خود نتیجه کرنشهای – القای گرمایی می‌باشد که همراه با انقباض و انبساط غیر یکنواخت قالب بواسطه تغییرات دمایی در طی عملیات می‌باشد. بر حسب دامنه تغییرات گرمایی و کرنشهای مربوطه، عمر مفید قالب قبل از تعمیر و یا جایگزینی ممکن است بسیار اندک باشد. عارضه شکست قالب ممکن است در اثر تنشهای مکانیکی بعلت طراحی قالب / ریخته گری، پوششهای ناکافی یا سوء کاربردها باشد.
تحقیقات زیادی در زمینه شکستهای ناشی از خستگی در کاربردهایی نظیر موتورهای احتراق و قالبهای شمس صورت گرفته است و همچنین اثر مواد سازنده قالب نیز مورد بررسی قرار گرفته است که غالبا با نتایج متناقضی روبرو بوده‌اند. اطلاعات نسبتا کمی‌در حال حاضر در باره شکستهای ناشی از خستگی گرمایی در خصوص قالبهای دائمی‌موجود است و در نتیجه سزاواریهای نسبی کاندیداهای مواد متشکله قالب معمولی همانند چدن خاکستری آلیاژی، چدن نشکن، آهن گرافیتی فشرده و فولاد ریخته گری یا فولاد نوردی بخوبی و بطور کامل درک نشده‌اند.
آزمایشات مربوط به خستگی گرمایی در یک قالب حقیقی دائمی‌بسیار مشکل می‌باشد. بواسطه پیچیدگی‌های قالبهای معمولی، اندازه گیری قالب و برآورد تنشها و کرنش‌ها بسیار مشکل می‌باشد. علاوه بر این بررسی یک قالب و اعمال رویه‌های اندازه‌گیری در خصوص آن ممکن است باعث بروز ترک خوردگی شده و در نتیجه به شکست زود هنگام بیانجامد. بعلاوه، شناسایی زمان آغاز ترک خوردگی بوسیله خستگی گرمایی و برآورد رشد آن به هنگامی‌که قالب گرم بوده و یا در حال بهره‌گیری متوالی و پیوسته می‌باشد نیز از جمله موارد مشکل آفرین بشمار می‌آید. علاوه بر این، ممکن است قبل از پیدایش ترک خوردگی به تعداد زیادی از سیکلهای ریخته‌گری نیاز باشد و از نکته نظر عملی این به معنای آن است که تاسیسات تولیدی را باید برای ایجاد قطعات ریخته‌گری بکار گرفت. با این وجود، در این تاسیسات اعمال رویه‌های کنترلی و آزمایشات متوالی قالب برای مشخص نمودن ترک خوردگی مشکل است.
بررسی اخیر تلاشی جهت کنترل رویه آغاز و رشد ترک خوردگیهای ناشی از خستگی گرمایی در موقعیت آزمایشگاهی می‌باشد و از طریق بهره‌گیری از رهنمودهای وابسته سعی شده است تا نسبت به توسعه یک مدل محاسباتی برای خستگی گرمایی اقدام شود. جهت تکمیل چنین وظیفه‌ای یک قالب فلزی دائمی‌شامل حفره یا قوس و مغزی مخروطی شکل ساخته شد. بطور همزمان، یک مدل محاسباتی نیز بوجود آمده و آزمایشات مورد نظر نیز مشخص شدند.
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
رویه تجربی
در زمینه تجربه های حاصل شده مرتبط با بررسی ما، از یک ماشین قالب دائمی‌تک بار یا کج شونده ۱۸*۱۲ اینچی (۴۶*۳۰ سانتی‌متری) جهت تولید ریخته آلومینیوم A356 همانگونه که درشکل ۱ نشان داده شده است استفاده شد. نیمه متحرک قالب دو بخشی حاوی یک مغزی چدن خاکستری بزرگ می‌باشد که در مقابل خود در بردارنده یک مغزی مخروطی شکل چدن خاکستری کوچک است که در مغزی اصلی لحیم شده است (شکل ۲). هر دو مغزی بزرگ و مغزی کوچک به وسیله ترموکوبل اندازه گیری شدند (شکل ۳) تا آنکه بتوان نسبت به ثبت تغییرات دمایی در طی انجام عملیات اقدام نمود. ترموکوبل واقع در ناحیه مخروط در نزدیک پایه مغزی قرار گرفته که تا اندازه ای از ناحیه رأس فاصله دارد و در نتیجه دماهای ناحیه رأس احتمالاً گرم تر از دماهای اندازه گیری خواهد بود.
این قالب در ابتدا گرم گردیده و برای گرم نمودن آن از یک هیتر مقاومت الکتریکی، در حدود ۵۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰درجه سانتی گراد) و بیش از ۲ ساعت، بهره گرفته شد تا آنکه شوک حرارتی به حداقل برسد. پس از آن ریخته در قالب از قبل گرم شده اسپری شد. بر این اساس یکی از پوشش های روان کاوی گرافیکی یا پوشش ایزوله حاوی طلق، یا همان مل، میکا و MgO مورد استفاده قرار گرفت. در برخی از موارد نیز هیچ گونه پوششی استعمال نگردید.
برای اغلب تست ها، آلومینیوم دریک کوره القایی ذوب گردیده و در دمای ۱۵۸۹ الی ۱۶۰۷ درجه فارنهایت (۸۵۶ الی ۸۷۵ درجه سانتیگراد) نگهداری شد. فلز به وسیله پاتیل دستی به داخل حوزچه واریز یا حوزچه بار ریخته شد. یک ترموکوبل در محل حوزچه بار مورد استفاده قرار گرفت. به هنگامی‌که دمای فلز به ۱۴۳۶ الی ۱۴۷۲ درجه فارنهایت (۷۸۰ الی ۸۰۰ درجه سانتیگراد) تنزل یافت، ماشین کج گردیده و حفره قالب پر شد. مجموع زمان مورد نیاز برای این کار دوازه ثانیه مشخص شد. قالب پس از آن در حدود ۸۰ ثانیه برای انجماد بسته شده و سپس جهت تخلیه قبل از آنکه سیکل بعدی شروع شود باز شد (در حدود ۲۰ ثانیه). مجموع زمان سیکل بین عملیات ریخته گری ۱۱۰ ثانیه می‌باشد.
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
نتایج
جدول ۲ شرایط ریخته گری چندین مغزی که به وسیله خستگی گرمایی در طی روال های تست ترک خورده اند را خلاصه نموده است. شرایطی همانند ضخامت جداره مغزی، تعداد ریخته ها در هر عملیات و تفاوت دمایی در هر یک از موارد عملیاتی به صورت پایدار نبوده است، اما درعین حال می‌توان اطلاعات مفیدی را از این داده ها بدست آورد. بر این مبنا، نتایج حاصل شده به دو روش بیان می‌گردند- طول ترک خوردگی در برابر تعداد عملیات ریخته گری (سیکل های آغازین و پایانی) و طول ترک خوردگی در برابر تعداد کل قطعات ریخته شده. شکل های ۵ الی ۸ نتایج را خلاصه نموده اند.
مغزی ۲ از یک مخروط فریتی جداره نسبتاً ضخیم بدون پوشش قالبی بهره برده است. بواسطه زمان باز بودن طولانی، مغزیهای باز دارای تفاوت دمایی بالایی بین دماهای متوازن حداقل و حداکثر می‌باشند. اولین عملیات پس از ۷۱ سیکل متوقف گردید، آن هم زمانی که سوراخ منفذ پوشیده شد. دو عملیات بعدی از۱۰۰ قطعه ریخته استفاده نموده و در عملیاتهای نهایی نیز هر کدام ۵۰ قطعه را شامل می‌شدند. دو ترک خوردگی کوچک در ناحیه رأس مخروط پس از دومین عملیات مشاهده شد (مجموع دومین عملیات ریخته). ترک خوردگی سوم در طی عملیات سوم (مجموع ۲۷۱ قطعه ریخته) مشاهده شده و دو ترک خوردگی اولی به صورت طولی افزایش یافتند. دو عملیات دیگر که هرکدام در بردارنده ۵۰ قطعه ریخته بودند، انجام گردیده و کلیه سه ترک خوردگی وابسته مشاهده شد. با این وجود، پس از اتمام عملیات، دو مورد از ترک خوردگی ها به هم پیونده خورده و یک بخش از مغزی جدا شد.
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
مباحث
تست تجربی در تولید ترک خوردگی ها در ناحیه مغزی مخروطی موفق بوده است و این ترک ها تقریباً با نرخ خطی رشد یافته اند. نتایج حاصل شده به منظور درک تأثیرات پوششی و ماتریس مغزی بر روی آغاز ترک خوردگی و رشد آن مورد بررسی و آنالیز قرار گرفتند.
مغزی هایی با قالب فریتی
آغاز و رشد ترک ها را می‌توان به دو روش، بر مبنای تعداد کل ریخته های بوجود آمده بر مبنای تعداد سیکل های شروع یا خاتمه مشخص و تفسیر نمود. شکل ۹ مجموع تست مغزی شماره ۳ را مورد مقایسه قرار می‌دهد. برمبنای تعداد اجرا، مغزی ها پس از گذشت تعداد اندکی از سیکل ها – به طور معمول ۲ الی ۵ مورد از سیکل های ماکرو- با ترک خوردگی روبرو گردیدند. بر مبنای مجموع کل ریخته، این مغزی ها پس از تعداد نسبتا زیادی از سیکل ها – بیش از ۶۰۰ مایکرو سیکل در یک مورد – با شکست روبرو گردیدند.
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
مغزی با ماتریس یا قالب گلابی شکل
با وجود آنکه تعدادی از تلاش ها جهت تولید ریخته ها با استفاده از مغزی گلابی شکل انجام گردید، تنها یک مورد عملیات موفق ثبت گردید. شکل های ۷ و ۸ نشان دهنده نتایج این تست می‌باشند، که در آن از یک پوشش گرافیتی و یک جداره بسیار نازک جهت ترغیب بوجود آمدن ترک خوردگی استفاده شد. آغاز ترک خوردگی پس از تقریباً ۴ سیکل شروع و خاتمه مشاهده شد که مشابه با مشاهدات مغزی های فریتی می‌باشد، با این حال مغزی های گلابی شکل دارای مقاومت کششی همانند مغزی های فریتی می‌باشند. رشد متعاقب ترک خوردگی با نرخ خطی مشاهده شده است اما این میزان به سمت مراحلی که برای مغزی فریتی دارای پوشش گرافیتی می‌باشد ملاحظه نگردید. نرخ رشد ترک خوردگی ، برحسب ریخته، مشابه با مورد مشاهده شده برای مغزی فریتی بوده است. با وجود آنکه مغزی گلابی شکل قوی تر می‌باشد، خود مغزی دارای نازکی بیشتری بوده که منجر به بروز تغییرات دمایی بالاتر و نرخ رشد سریعتری در مقایسه با موارد دیگر خواهد شد.
بررسی های متالوگرافی
مغزی های ترک خورده برحسب شکل ۱۰ دسته بندی شده با استفاده از دستگاه اسکن الکترونی و میکروسکوپ نوری مورد استفاده قرارگرفتند تا آنکه مکانیزم آغاز و رشد ترک خوردگی مشخص شود.
آنالیز SEM موکد آن می‌باشد که ترک خوردگی های ناشی از خستگی حرارتی نازک می‌باشند و سطوح شکسته شده اکسیده شده اند (شکل ۱۱). تعداد اندکی از پولکهای گرافیتی در سطح شکستگی مشاهده شد که خود موکد آن است که ترک خوردگیهای ناشی از خستگی حرارتی در پی این موارد حاصل آمده اند که البته این امر قابل انتظار بوده است. بررسی های میکروسکوپ نوری موکد آن است که رشد ترک خوردگی در پی بوجود آمدن پولک های گرافیتی در هر دو نمونه مغزی های فریتی و گلابی شکل بوجودآمده است (شکل ۱۲). آنالیز SEM موکد آن است که مارکها یا علائم ماشین کاری بر روی سطح مغزی ممکن است سبب آغاز ترک خوردگی خستگی باشد (شکل ۱۳).
ریخته گری آلومینیوم خستگی گرمایی
خلاصه
با وجود آنکه داده های بدست آمده تا میزانی به صورت سطحی و ناقص می‌باشند نتیجه گیریهای متعددی با استفاده از آزمایشات ارائه شد. برای مغزی قالب دائمی و شرایط ریخته گری و همچنین رویه های استفاده شده در این تحقیق آغاز و رشد متعاقب ترک خوردگی ناشی از خستگی های حرارتی غالباً تحت تأثیر دو ویژگی مختلف فرآیند قالب دائمی می‌باشند. برای مغزی های فریتی، ترک خوردگی در مرحله اولیه با استفاده از تعداد سیکل های آغاز و خاتمه کنترل گردید که باعث بوجود آمدن کرنش های بزرگ اما نادر گردید.
میزان رشد ترک خوردگی ها به طور اولیه به وسیله تعداد پوشش های واحد بوجود آمده کنترل شد، که شامل کرنش های کوچک تر اما با شیوع بیشتر بوده است. هرچه پوشش قالب از عایق بیشتری برخوردار باشد میزان رشد ترک خوردگی کمتر خواهد بود که علت آن نوسانات دمایی برای هر یک از سیکل های ریخته گری می‌باشد و در نتیجه کرنشهای حرارتی نیز کوچکتر خواهند بود. در نهایت این موضوع مشخص شد، که برای مغزیهای گلابی شکل کربن زدایی- فریتی سازی در سطح مغزی ممکن است باعث ترغیب آغاز ترک خوردگی شود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
