متالوگرافی

در آزمایشات فیزیکی فلزات، مطالعه نمونه های پولیش و اچ شده زیر میکروسکوپ از جایگاه ویژه ای برخوردار است. نتایج قابل حصول از این مطالعه عبارتست از ساختار میکروسکوپی حاصل از جنس، فرآیند تولید و عملیات حرارتی انجام شده روی آلیاژها در محدوده توانمندی میکروسکوپ های نوری.

عبارت متالوگرافی آمیخته ای از دو لغت متال به معنی فلز و گراف به معنی ساختاراست که با توجه به این توضیح تعریف متالوگرافی ساده تر می شود. متالوگرافی در حقیقت نتیجه مطالعه میکروساختار فلزات و آلیاژها توسط دو عامل میکرسکوپ و کارشناس متالوگرافی به منظور حصول یک تصویرمیکروسکپی از ساختار مذکور است. یک ساختار شناس( کارشناس متالوگرافی ) می داند که خواص آلیاژها ماحصل عواملی مانند ترکیب عناصر سازنده و عملیات مکانیکی و حرارتی انجام شده روی آن می باشد.

عملیات ترمو مکانیکی انجام شده روی آلیاژها نتیجه اعمال تنش روی آنها بوده که سبب بروز تغییر فرمهای دایمی تحت شرایط گرمایش و سرمایش کنترل شده است. در عمل هرآمیزه ای از شرایط حرارتی و مکانیکی می تواند وجود داشته باشد که هریک می تواند سبب ایجاد خواص مکانیکی و متالورژیکی خاصی روی آلیاژ گردد لکن هریک از این عملیات و خواص حاصل از آن، ساختار خاص متالوگرافی را در محصول ایجاد می نماید.

همانند یک مسافر که برای بهبود کیفیت سفر نقشه راه را می خواند و باتوجه به آن مسیر خود را انتخاب می کند، یک کارشناس خبره متالوگرافی نیز توانایی خواندن و تفسیر یک تصویر متالوگرافی رادارد به گونه ای که در این مطالعه می تواند اطلاعات مفیدی از نحوه ساخت، عملیات حرارتی انجام شده در فرآیند تولید، نحوه شکل دهی محصول و …. را بدست آورد.

به عنوان مثال آلیاژی را در نظر بگیرید که از عناصر خاص در ترکیب آن استفاده شده است لکن با دانستن ترکیب شیمیایی نمی توان سختی، استحکام یا تافنس را پیش بینی نمود. یک آلیاژ به دلیل میکروساختار خاص خود است که می تواند سخت، مستحکم و چقرمه باشد.تیم طراحی، مهندسی ویا کنترل کیفیت با مطالعه ساختار میکروسکوپی ارایه شده توسط کارشناس آزمایشگاه، می تواند بفهمد که آیاقطعه مورد نظر، به درستی ریخته گری، فورج ، جوشکاری ویا عملیات حرارتی شده است یا خیر.

آزمون کشش

این آزمون از جمله روشهای مخرب آزمایشگاهی است. آزمون کشش به منظور اندازه گیری استحکام آلیاژها طراحی شده است. روش کار به این صورت است که ابتدا بخشی از محصول را مطابق با شرایطی که مطابق نظر طراح در ضمیمه فنی پیش بینی شده، برش زده و از آن نمونه ای با ابعاد مشخص شده در ضمیمه فنی و مطابق با استاندارد تهیه می شود.
نمونه مذکور در دستگاه کشش، بین دوفک بالا و پایین بسته شده و کشیده می شود و تا فرارسیدن زمان جداشدن و شکست نمونه، اعمال نیروی کششی توسط فکهای دستگاه ادامه می یابد و در طول انجام آزمایش داده های مربوطه به صورت لحظه ای توسط کامپیوتر ثبت می گردد.این داده ها شامل نیرو، کرنش لحظه ای، تنش مهندسی لحظه ای، تنش تسلیم بالایی، تنش تسلیم پایینی( درصورت وجود) ، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول، کاهش سطح مقطع، مدول یانگ و سطح زیر نمودار( تافنس شکست) است. همانطور که ذکر شد، اطلاعات مهندسی حاصل از یک آزمون کشش حاوی حداقل 6 داده مفید در طراحی و کنترل مواد است.

استاندارد های معتبرزیادی در ارتباط با آزمون کشش وجود دارد. در این استانداردها نحوه نمونه برداری، نمونه سازی، سایز و ابعاد نمونه، تعداد نمونه برداری، صافی سطح و طول گیج مطابق نقشه های جداگانه ای ارایه شده است. همچنین نوع نمونه ها ( گرد- تخت- ماکرو- میکرو و…..) بسته به پروفیل متریال می تواند متفاوت باشد. نحوه انتخاب نمونه، بستگی به نوع آلیاژ، پروفیل آلیاژ، جهت اعمال نیرو، ابعاد قطعه وحساسیت قطعه و فاکتورهای دیگرمهم در طراحی،در ضمیمه فنی مرتبط با فرآیند تولید قطعه دارد.

آزمون ضربه

هدف از انجام این آزمون اندازه گیری مقدار انرژی جذب شده در اثر شکست یک نمونه شیار دار ( با ابعاد استاندارد) تحت اعمال ضربه ناشی از سقوط یک پاندول فولادی با وزن و ارتفاع استاندارد است. نتایج آزمون ضربه عموما بیانگر مقاومت نمونه مورد آزمایش در مقابل اعمال نیروهای باسرعت بالا و احیانا انفجاری است. بالا بودن انرژی جذب شده در آزمون ضربه نشان دهنده داکتیلیته بوده و عموما نتایج آن با تافنس شکست ( سطح زیر منحی کشش) و درصد ازدیاد طول آزمایش کشش رابطه مستقیم دارد.

مواردی چون محل و نحوه نمونه برداری، نوع و ابعاد شیارو…. بسته به چگونگی طراحی کاربرد محصول و ضمیمه فنی دارد. همچنین آزمون ضربه می تواند دردمای محیط یا دماهای پایین تر انجام پذیرد. علت این امر مربوط می شود به کاربرد محصول و احتمال وجود درجه حرارت تبدیل شکست نرم به شکست ترد.(D.B.T.T) لذا در جایی احتمال به کارگیری محصول در شرایط محیطی سرد وجود دارد، دمای آزمون می تواند زیر صفر انتخاب شود.

آزمون سختی

سختی سنجی یک روش سریع و آسان برای اندازه گیری میزان مقاومت قطعه در مقابل فرورفتن یک جسم استاندارد سخت به درون آن می باشد. این روش به راحتی می تواند تخمین خوبی از استحکام محصول و همچنین مقاومت به سایش آن بدست دهد.

متدهای متعددی برای آزمون سختی سنجی ابداع شده است که هریک به تناسب کابرد نمونه مورد آزمایش، جنس و ساختارمواد تشکیل دهنده، محدوه استحکام و سختی، عمق لایه سخت شده، ابعاد قطعه کار و پارامترهای دیگری که همگی باهم در تعیین روش سختی سنجی موثرند، طراحی شده اند.

برخی از روش های متداول سختی سنجی عبارتند از:

• روش ویکرز، برای سخت کاری سطحی و جایی که رنج گسترده ای از سختی مد نظر است.
• راکول A,B,C ، برای آلیاژهایی که سخت کاری حجمی شده اند.
• برینل، برای چدن ها، آلیاژهای آلومینیم، مس و بطور کلی آلیاژهایی که دارای فازهای متعددی در زمینه هستند.
• میکرو هاردنس، برای سختی سنجی در مقیاس میکروسکپی و اندازه گیری سختی فازهای موجود در ساختار آلیاژها.