تشخيص كاربيد سطحي در قطعات چدن خاكستری به روش آزمون غيرمخرب ادي كارنت

تشخيص كاربيد سطحي در قطعات چدن خاكستری به روش آزمون غيرمخرب ادي كارنت
يكي از مهم‌ترين مشكلات صنايع چدن‌ريزي بويژه در زمينه قطعاتي كه پس از ريخته‌گري بايد تراشكاري شوند، وجود كاربيد در سطوح مختلف قطعه است كه تراشكاري آنها را مشكل ساخته و به علت سختي بسيار زياد، به تيغه‌هاي تراش صدمه مي‌زند. تاكنون روشي علمي براي جداسازي كاربيد از اين‌گونه قطعات، وجود نداشت. در اين مقاله، سعي شده روشي علمي، سريع، ارزان، غيرمخرب و عملي، ارائه شود. اميد كه راهكاري مؤثر در رفع اين مشكل باشد.
به منظور ريخته‌گري قطعات سالم چدني بويژه قطعات نازك، كوچك و عاري از هرگونه كاربيد سطحي، لازم است عوامل بسيار زيادي از جمله: آناليز شيميايي، طراحي قالب، تعيين نوع قالب، طراحي مناسب سيستم راهگاهي، رعايت سرعت و دماي مناسب بارريزي، استفاده از جوانه‌زاي مناسب و بسياري موارد ديگر رعايت شود. از آنجا كه كنترل مداوم اين عوامل، كاري دشوار است، بويژه در كارگاه‌هاي كوچك، تشكيل كاربيد در تعداد معدودي از قطعات توليدي يك محموله، امري اجتناب‌ناپذير، است. با توجه به امتيازات فراوان آزمون‌هاي غيرمخرب تصميم گرفتم جداسازي اين‌گونه قطعات را با استفاده از روش آزمون ادي كارنت بررسي نمايم كه خوشبختانه به نتايج مثبت دست يافتم، در اين مقاله، پس از توضيح مختصر روش ياد شده، به مشخصات قطعات و اختلاف هدايت الكتريكي و مغناطيسي ناشي از ساختار متالوگرافي آن اشاره شده است.
آزمون ادي كارنت
اساس كار اين آزمون، به طور خلاصه بر مبناي القاي ميدان مغناطيسي و پردازش آن با توجه به خصوصيات متفاوت متالورژيكي و فيزيكي مواد فلزي استوار است. در دستگاه ادي كارنت، يك ميدان مغناطيسي توسط جريان الكتريكي در يك پروب ايجاد مي‌شود. وقتي اين پروب را به نزديك ماده‌اي فلزي، هادي مي‌كنيم، جريان ادي كارنت به آن ماده منتقل مي‌شود. اين جريان القايي در ماده موردنظر، ميدان مغناطيسي متضادي با پروب ايجاد مي‌كند
1

دستگاه به‌طور اتوماتيك، امپدانس را تنظيم مي‌كند و در واقع با اين ماده خاص، كاليبره مي‌شود. هرگونه تغيير در ماده، باعث ايجاد تغييرات آمپدانس مي‌شود و دستگاه، اين تغييرات را چند برابر كرده و به صورت گراف نمايش مي‌دهد. نكته مهم اين است كه براي انجام آزمون، نيازي نيست كه پروب حتماً با ماده مورد آزمايش تماس كامل داشته باشد. حتي مي‌توان به منظور صدمه نديدن پروب، از ورقه‌اي غيرفلزي (مثلاً پلاستيكي) استفاده كرد. در فلزات مختلف، عوامل: قابليت نفوذ مغناطيسي، مقاومت مغناطيسي، پسماند مغناطيسي، پايداري مغناطيسي و نيروي ضد پسماند مغناطيسي از فلزي به فلز ديگر متفاوت است. بر مبناي همين تفاوت‌ها، مي‌توان جهت دسته‌بندي فلزات از آن استفاده كرد. از طرفي، وجود ترك، خوردگي شيميايي، خوردگي سايشي و هرگونه غيريكنواختي از نظر ضخامت قطعه و تغيير ضخامت پوشش، باعث تغيير در عوامل ياد شده مي‌شود و توسط دستگاه ادي كارنت قابل رديابي است. از سوي ديگر، به علت حساسيت بالاي دستگاه، نياز است قبل از شروع به آزمون، آن را با قطعه مورد آزمايش، كاليبره كرد. در اين روش، با افزايش فركانس، افزايش هدايت الكتريكي و يا افزايش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت كاهش و برعكس با كاهش فركانس، كاهش هدايت الكتريكي و يا كاهش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت افزايش مي‌يابد ().
2
مزايا
1.سرعت بسيار بالا. به محض نزديك كردن پروب به قطعه، وضعيت آن مشخص مي‌شود.
2.دقت زياد. حساس بودن به كوچكترين تغييرات متالورژيكي و فيزيكي.
3.آسيب نديدن قطعات مورد آزمايش. تنها اتصال موجود بين قطعه و دستگاه، ميدان مغناطيسي است.
4.سهولت انتقال. به علت سبك بودن تجهيزات، براحتي قابل انتقال است.
5.بي‌خطر بودن براي اپراتور
معايب
1.نياز اپراتور به مهارت كافي (حداقل سطح?2).
2.انحصار آزمون به مواد هادي فلزي
3.عمق نفوذ كم (حداكثر حدود 8 ميلي‌متر) كه بستگي به جنس ماده دارد (شكل2).
4.دشواري آزمون مواد مغناطيسي با اين روش.
كاربردها
1.ترك‌يابي. تشخيص و اندازه‌گيري عمق، اندازه و جهت ترك. مثلاً در شكل 3، عمق ترك‌هاي c, b, a به ترتيب برابر 0.04، 0.02،0.008 اينچ است.
2.اندازه‌گيري ضخامت پوشش‌هاي غيرفلزي و فلزي بر روي فلزات (شكل3).
3
3.طبقه‌بندي مواد براساس جنس آنها (شكل 4 و 15).
4.تشخيص قطعات فلزي عمليات حرارتي شده از قطعات عمليات حرارتي نشده. مثلاً، هدايت الكتريكي آلومينيم T861ا-2024 برابر IACSا38% و O-ا2024 برابر IACSا50% و T4ا-2024 برابر IACSا29% است (.
5.تشخيص ميزان خوردگي، ساييدگي و كوچكترين تغييرات ضخامت.
طرح مشكل موجود
يك شركت ريخته‌گري قطعات خودرو با يك شركت خارجي، قراردادي مبني‌بر توليد قطعه‌اي مشابه شكل 5 منعقد كرد. از آنجا كه شركت خارجي اين قطعات را با CNC تراشكاري مي‌كرد، با توجه به مفاد قرارداد، از تحويل‌گيري قطعاتي كه داراي كاربيد سطحي بودند، امتناع مي‌كرد. زيرا اين نوع قطعات داراي كاربيد، به تيغه‌هاي دستگاه‌هاي تراش صدمه مي‌زد. در محموله‌اي هزار عددي، به‌طور تصادفي چند قطعه داراي كاربيد سطحي مشاهده شد. لذا، شركت خارجي كل محموله را تحويل نگرفت. شركت توليدكننده در پي‌يافتن راه‌حلي غيرمخرب و عملي بود تا ابتدا قطعات معيوب را جداسازي كرده و شركت خارجي را متقاعد سازد كه روش جداسازي آن كاملاً مطمئن است. به مشخصات متالورژيكي قطعات توجه كنيد.
5
1. آناليز شيميايي
عمل آناليز، پس از تهيه پولكي، با دستگاه كوانتومتر انجام شد. نتايج آناليز دو قطعه بر حسب درصد عناصر موجود، عبارت بود از:
سختي‌سنجي
از قطعه كاربيددار و سالم، به روش برينل از سطح (با ساچمه 1 ميلي‌متر و نيروي 30كيلوگرم) و مغز (با ساچمه 10 ميلي‌متر و نيروي 3000 كيلوگرم) سختي‌سنجي به عمل آمد كه نتايج آن به شرح ذيل است
3. ساختار ميكروسكوپي
هر دو نمونه، پس از برش و آماده‌سازي، مورد بررسي متالوگرافي قرار گرفت. نتايج و عكس‌هاي مربوطه در ذيل ارائه شده است:
نمونه كاربيددار (نمونه 1) داراي گرافيت‌هاي نوع A, D, E به‌طور پراكنده در سطح و مغز و نمونه سالم (نمونه 2) شامل گرافيت‌هاي نوع B و A در مغز و كمي نوع E و D در سطح بود (شكل‌هاي 6 و 7). پس از اَچ با محلول نايتال 2 درصد، مشخص شد كه در سطح (نمونه 1) حدود 80 درصد و در مغز حدود 25 درصد و در (نمونه 2) حدود كمتر از 2 درصد كاربيد وجود دارد (.
روش آزمون با دستگاه ادي كارنت
به منظور آزمون، از دستگاه NORTEC 3000 و آزمون بلوك (0ا-Ferrite to 7075) و پروب KHZا1~50 استفاده شد ().
پس از كاليبره كردن دستگاه با شش عدد آزمون بلوك موجود و قرار دادن بر روي دو نمونه چدني كاربيددار (نمونه 1) و سالم (نمونه 2)، منحني هدايت الكتريكي بر طبق نمودار ذيل به دست آمد.
فركانس و شدت، دقت دستگاه به حدي افزايش يافت كه اختلاف نمودار دو نمونه چدني، زياد و قابل تشخيص باشد. پس از تنظيمات فوق و قرار دادن پروب روي دو نمونه چدني، منحني هدايت الكتريكي آنها مطابق با نمودار ذيل حاصل شد. نقطه شروع (10,10) در واقع هدايت الكتريكي هوا دستگاه است.
پس از به دست آمدن عوامل و كاليبره كردن دستگاه بر روي نمونه‌هاي چدني، با قرار دادن پروب روي قطعات، قطعات كاربيددار براحتي از قطعات سالم قابل تشخيص بوده و هر چه ميزان كاربيد بيشتر مي‌شد، نمودار پايين‌تر از خط آبي (كاربيددار Sample 1) و هر چه كاربيد كمتري داشت، گراف بالاتر از خط صورتي (سالم Sample 2) قرار مي‌گرفت.
نتيجه‌گيري
با توجه به نتايج به دست آمده، مي‌توان به آساني و در زماني بسيار كوتاه (حدود 5 تا 10 ثانيه) و نيز بدون تخريب قطعه و انجام عمليات طولاني و پرهزينه متالوگرافي، به وجود كاربيد و حتي ميزان آن در قطعه ريختگي، پي برد. اين آزمون را مي‌توان به تعداد بيشتري از قطعات و در مواقع لزوم به كل توليد، تعميم داد. لزوم بازنگري در روش‌هاي كنترلي كنوني و جايگزيني روش‌هاي غيرمخرب كارامد، بيش از پيش احساس مي‌شود.
منابع:
1. ASM Handbook Vol. 17 Nondestructive Evaluation and Quality Control
2. ASM Specialty Handbook Cast Irons J.R. Davis
3. NDT Resource Center www.ndt-ed.org
4. EDDY CURRENT INSPECTION (The Welding Institute

براي نمايش ادامه اين مطلب بايد عضو شويد !

نام کاربری :

رمز عبور :

تکرار رمز :

موبایل :

ایمیل :

نام اصلی :

کد امنیتی :

 

 

---

اگر قبلا ثبت نام کرديد ميتوانيد از فرم زير وارد شويد و مطلب رو مشاهده نماييد !

نام کاربری :

رمز عبور :