استفاده از روش غیرمخرب فراصوتی برای پیش‌بینی خواص مکانیکی فولاد AISI 4140

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

محمد حمیدنیا ¹ , فرهنگ هنرور ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

Received: 2015-09-29 Accepted : 2015-09-29 Published : 2010-12-22

Keywords: خواص مکانیکی فولاد, روش غیر مخرب فراصوتی, فولاد AISI 4140, تحلیل عدم قطعیت,

Abstract :

دست‌یافتن به خواص مکانیکی فولادها پس از پروسه‌های مختلف ساخت و عملیات حرارتی، امری ضروری و مهم است. در صنایع گوناگون معمولاً بعد از نمونه‌‌سازیهای مشخص و استاندارد، به کمک روشهای مخرب این خواص را به‌دست می‌آ‌ورند که این امر باعث اتلاف هزینه و زمان زیادی می‌شود. علاوه بر این، روشهای مخرب قادر به تشخیص تغییرات جزیی خواص مکانیکی در حین عملیات حرارتی نیستند. در این مقاله، برای به‌دست آوردن خواص مکانیکی فولادAISI 4140  با دقت بالا از روش غیر‌مخرب فراصوتی استفاده شده است. برای این منظور، نمونه‌هایی از این فولاد ساخته شده و با اعمال فرایندهای مختلف عملیات حرارتی، ساختارهایی با دانه‌بندی و سختی‌های مختلف ایجاد شده است. برای پیش‌بینی خواص مکانیکی از جمله مدول الاستیسیته، مدول برشی، ضریب پواسون و مدول حجمی در این میکروساختارها، سرعت موج طولی و عرضی توسط آزمون فراصوتی اندازه‌گیری شده است. برای شناسایی عوامل خطا و تعیین دقت روش اندازه‌گیری مورد استفاده، تحلیل عدم قطعیت نیز صورت گرفته است. مقایسه نتایج به دست آمده از آزمایشها با داده‌های موجود در مراجع مختلف نشان می‌دهد با روش غیرمخرب فراصوتی می‌توان خواص مکانیکی نمونه های AISI 4140 را با دقت بسیار بالایی به‌دست آورد. محاسبه خواص مکانیکی نمونه‌های مختلف فولادAISI 4140   می‌دهند که این خواص در سخت‌ترین ساختار بیشترین مقدار و با کاهش سختی، این خواص نیز کاهش می‌یابند.

References:

[1] الوک نایار، مترجمین حسن غیاثوند، حجت اله عالی، محمدرضا رهگذر راهنمای جامع فولاد، تهران: جهان جام‌جم، 1384.

[2] Vasudevan M.,  Palanichamy P., Characterization of Microstructural Changes During Annealing of Cold Worked Austenitic Stainless Steel Using Ultrasonic Velocity Measurements and Correlation with Mechanical Properties, Jmepeg,  11, 2002, pp. 169-179. ASTM Standard,

[3] Designation: E 797 – 95, Standard Practice for Measuring Thickness by Manual Ultrasonic Pulse-Echo Contact Method.

[4] Rajendran V., Palanivelu N., Chaudhuri B. K., A device for the measurement of ultrasonic velocity and attenuation in solid materials under different thermal conditions, Measurement, 38, 2005, pp.  248–25.

[5] Murthy G. V. S., Sridhar G., Kumar A., Jayakumar T., Characterization of intermetallic precipitates in a Nimonic alloy by ultrasonic velocity measurements, MaterialsCharacterization,
60, 2009,  pp. 234-239.

[6] Carreon H., Ruiz A., Medina A., Barrera G., Zarate J., Characterization of the alumina–zirconia ceramic system by ultrasonic velocity measurements, Materials Characterization, 60, 2009, pp. 875-881.

[7] Zawrah M. F., El-Gazery M., Mechanical properties of SiC ceramics by ultrasonic nondestructive technique and its bioactivity, Materials Chemistry and Physics, 106, 2007, pp. 330–337.

[8] Moro A., Farina C., Rossi F., Measurement of ultrasonic wave velocity in steel for various structures and degrees of cold-working, NDT International, August 1980.

[9] Gur C. H., Tuncer B. O., Characterization of microstructural phases of steels by sound velocity measurement, Materials Characterization, 55, 2005, pp.160– 166.

[10] ASTM Standard, Designation:E 214, Standard Practice for Immersed Ultrasonic Examination by the Reflection Method Using Pulsed Longitudinal Waves.

[11] ASTM Standard, Designation: E 1001, Standard Practice for Detection and Evaluation of Discontinuities by the Immersed Pulse-Echo Ultrasonic Method Using Longitudinal Waves.

[12] رنجبر، ابوالفضل، حاجی‌زاده، عبدالحسین، تئوری خطاها، تهران، مقدس، 1388.

[13] دشتی زاده، مرتضی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1385.

[14] قربانی سالخورد، محسن، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، 1383.

[15] Colman H. W., Steel W. G., Experimental and Uncerainty Analysis forEngineers, 2th Edition, John wiley and Sons Inc, 1999.

[16] ASTM Standard, Designation: E 797 – 95, Standard Practice for Measuring Thickness by Manual Ultrasonic Pulse-Echo Contact Method