معرفة

التبريد بالموجات فوق الصوتية هو تسخين الأجزاء المسقية إلى درجة حرارة التسقية والحفاظ على دفئها بشكل صحيح، ثم وضعها في خزان التسقية مع اهتزاز بالموجات فوق الصوتية لتبرد لتحقيق تبريد قطعة العمل. التبريد هو عملية رئيسية لتحسين القوة والمتانة، وتنقسم عملية التبريد في وسط التبريد (الماء، الزيت، إلخ) بشكل عام إلى ثلاث مراحل: غليان الغشاء، وغليان الفقاعة، والتبادل الحراري بالحمل الحراري.

من بينها، غليان الفقاعة هو المرحلة الأكثر أهمية، لأن الشغل في مرحلة التبريد السريع، يجب التأكد من أن منطقة درجة الحرارة الداخلية لقطعة الشغل في مرحلة غليان الفقاعة للتبريد. في الوقت نفسه، يجب أن يكون معدل التبريد أكبر من معدل التبريد الحرج، بحيث يمكن تحويل الهيكل الفولاذي المروي إلى اتجاه المارتينسيت. في عملية التبريد والتبريد التقليدية، يصعب سحق طبقة الغاز الموجودة في منطقة درجة الحرارة المرتفعة حتى في ظل ظروف التحريك الشديدة.

بعد إدخال مجال الموجات فوق الصوتية، بسبب تأثير "التجويف" للموجات فوق الصوتية في الوسط، يؤدي تأثير موجة الصدمة عالية الضغط الناتج إلى تمزق فيلم الغاز ويدخل بسرعة إلى مرحلة غليان الفقاعة، مما يزيد بشكل كبير من شدة التبريد منطقة درجة الحرارة بأكملها.

باعتبارها سبيكة هيكلية شائعة من الفولاذ، تتمتع 42CrMo4 بقوة وصلابة عالية، ولا توجد هشاشة واضحة في التقسية، وحد إجهاد مرتفع ومقاومة بعد التبريد ومعالجة التقسية، وصلابة جيدة عند التعرض لدرجات الحرارة المنخفضة. وفي الوقت نفسه، يتم استخدامه بشكل عام لتصنيع الأعمدة، والتروس، وأجزاء قضيب التوصيل ذات المقاطع العرضية الكبيرة. لقد كانت عملية المعالجة الحرارية ناضجة نسبيًا، لكن عملية التبريد لا تزال عرضة لتأثير عوامل مثل وسط تبريد التبريد وسمك المقطع العرضي للأجزاء، ومن السهل إنتاج شقوق بعد التبريد بالماء، خاصة قطعة عمل ذات اختلاف كبير في سماكة المقطع العرضي، والتي من السهل جدًا أن تتشقق عند التبريد بالماء.

عندما يتم إستخدام تبريد الزيت، بسبب قدرة التبريد المنخفضة، لا يمكن تصلب الفولاذ ذو المقطع العرضي الكبير 42CrMo4، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التأهيل لخصائصه الميكانيكية. في هذا البحث، يتم إدخال الموجات فوق الصوتية في عملية التبريد والتسقية للفولاذ 42CrMo4، مما يحسن شدة التبريد لوسط التبريد، ويوفر مرجعًا للبحث وتطبيق عملية التبريد للفولاذ 42CrMo4.

 

2. مواد وأساليب التجربة

2.1 مواد التجربة

يظهر في الجدول 42 التركيب الكيميائي للمطروقات الفولاذية 4CrMo1 المستخدمة في الاختبار.

الجدول 1 التركيب الكيميائي لـ 42CrMo4 (نقاط الجودة) (%)

عناصر	C	Mn	Si	S	P	Cr	Mo
Standard (إن 10083-3—2006)	0.38 ~ 0.45	0.60 ~ 0.90	≤ 0.40	≤ 0.035	≤ 0.025	0.90 ~ 1.20	0.15 ~ 0.30
قياس	0.42	0.77	0.29	0.010	0.019	1.14	0.224

من أجل دراسة عملية التبريد للأجزاء الفولاذية 42CrMo4 ذات المقطع العرضي الكبير، تمت معالجة المطروقات إلى عينات مستديرة بحجم φ90mm × 150mm بواسطة الآلة.

2.2 المبدأ التجريبي والأساليب

يوضح الشكل 1 جهاز التبريد بالموجات فوق الصوتية، حيث تكون طاقة مولد الطاقة بالموجات فوق الصوتية قابلة للتعديل عند 0~1500W.

 

أ) مولدات الموجات فوق الصوتية

ب) حالة الطلب

الشكل 1: جهاز التبريد بالموجات فوق الصوتية

 

في عملية التبريد، يتم إدخال الموجات فوق الصوتية بتردد 28 كيلو هرتز في محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية من خلال مولد الطاقة بالموجات فوق الصوتية، ويقوم محول الطاقة بتحويل إشارة نبض التذبذب الكهربائي المنقولة بواسطة مولد الموجات فوق الصوتية إلى اهتزاز ميكانيكي عالي التردد، وعينة التبريد يتم وضعها في وسط خزان التبريد، ويكون الوضع ثابتًا نسبيًا لتقليل خطأ الاختبار.

 

يتم تسخين العينة باستخدام فرن الغطاس المصنوع من ألياف السيراميك TC15L-12، ويلبي الفرن متطلبات فرن الفئة III (±10 درجة مئوية) وأداة النوع D المحددة في GB/T30825-2014 "قياس درجة حرارة المعالجة الحرارية". يظهر منحنى عملية المعالجة الحرارية المحددة في الشكل 2، وتظهر متطلبات العملية في الجدول 2

 

الشكل 2 منحنى عملية المعالجة الحرارية للصلب 42CrMo4

 

الجدول 2: متطلبات عملية التبريد السريع لصلب 42CrMo4

رقم العينة	التبريد المتوسطة	ما إذا كان سيتم إضافة الموجات فوق الصوتية أم لا	السلطة / ث
1	20 درجة مئوية ماء	نعم	1500
2	20 درجة مئوية ماء	لا	/
3	زيت 20 درجة مئوية	نعم	1500
4	زيت 20 درجة مئوية	نعم	1000
5	زيت 20 درجة مئوية	نعم	500
6	زيت 20 درجة مئوية	لا	/

 

بعد المعالجة الحرارية، تم أخذ العينات في نصف قطر لمراقبة البنية المعدنية واختبار الخصائص الميكانيكية. تم أخذ مجموعة واحدة من العينات (عينتين شد، عينتين صدمتين، عينة ميتالوغرافية واحدة) لكل عينة.

3. النتائج التجريبية والتحليل

3.1 تأثير عملية التبريد بالموجات فوق الصوتية على الخواص الميكانيكية

يوضح الشكل 3 الخواص الميكانيكية للفولاذ 42CrMo4 بعد التبريد بعمليات مختلفة. ويمكن رؤية ذلك في الشكل 3.

 

Figure3 The Mصدى Pخصائص 42CrMo4 Sالى teel Aأي fter Qينشينغ بواسطة Different Pعمليات

تكون قوة الشد (Rm) ومقاومة الخضوع (Rp0.2) للعينات بعد التبريد بالزيت أقل من تلك الخاصة بالتبريد بالماء، لكن الاستطالة (A) وانكماش القسم (Z) وطاقة امتصاص الصدمات (KV) أكبر من تلك الخاصة بالتبريد المائي، ومع زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية، تزداد قوة الشد وقوة الخضوع تدريجيًا، في حين تنخفض تدريجيًا طاقة الاستطالة وانكماش القسم وامتصاص الصدمات.

 

3.2 تأثير عملية التبريد بالموجات فوق الصوتية على البنية المجهرية

يوضح الشكل 4 البنية المجهرية للفولاذ 42CrMo4 بعد التبريد بعمليات مختلفة.

كما يتبين من الشكل 4، فإن إدخال الموجات فوق الصوتية له تأثير كبير على البنية المجهرية للفولاذ 42CrMo4 بعد التبريد. هيكل تبريد المياه بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو خفف من السوستينيت، كما هو مبين في الشكل 4A. هيكل التبريد المائي التقليدي عبارة عن سوكسليت مقسى + كمية صغيرة من الفريت، والحبوب أكثر خشونة من تلك الموجودة في الشكل 4أ، كما هو موضح في الشكل 4ب. تم تقوية الهياكل تحت قوى مختلفة لتبريد الزيت بمساعدة الموجات فوق الصوتية من السوستينيت + الباينيت الحبيبي + الفريت، ولكن مع انخفاض طاقة الموجات فوق الصوتية، زاد محتوى الباينيت الحبيبي والفريت تدريجيًا وأصبح توزيع البنية المجهرية غير متساوٍ أكثر فأكثر، كما هو موضح في الشكل 4ج~ه. هيكل تبريد الزيت التقليدي عبارة عن سوستينيت مقسى خشن + بينيت حبيبي جزئيًا + فريت، والهيكل غير متساوٍ للغاية، ومحتوى البينيت الحبيبي والفريت أكبر من محتوى تبريد الزيت بمساعدة الموجات فوق الصوتية، كما هو موضح في الشكل 4f.

 

الشكل 4: البنية المجهرية للفولاذ 42CrMo4 بعد التبريد بعمليات مختلفة

نظرًا لأن الفولاذ 42CrMo4 عبارة عن فولاذ شبه سهل الانصهار، مقارنةً بالفولاذ سهل الانصهار، فإن منحنى مخطط الانتقال متساوي الحرارة للأوستينيت يتحول إلى اليسار، ويكون استقرار الأوستينيت فائق التبريد منخفضًا، وفترة الحمل قصيرة، ويتطلب معدل تبريد كبير في منطقة درجة حرارة التحول الحرجة للتبريد، وإلا فمن السهل أن يكون هناك تحول غير مارتنسيت بسبب عدم كفاية التبريد الفائق.

علاوة على ذلك، فإن لزوجة الزيت والمقطع العرضي للعينة كبيران، وقدرة التبريد منخفضة، ولا يمكن تجنب موضع "طرف الأنف" لمنحنى الانتقال متساوي الحرارة للأوستينيت تمامًا أثناء التبريد، ولا يمكن تصلب الفولاذ، لذلك ستحدث مشكلة الباينيت بسبب عدم كفاية معدل التبريد بعد التبريد. بعد إدخال الموجات فوق الصوتية في وسط التبريد، تزيد قدرة التبريد لوسط التبريد، ويزداد معدل التبريد، مما سيعزز تحويل المارتينسيت. مع زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية، يتناقص محتوى الباينيت والفريت تدريجيًا، وعندما تزيد طاقة الموجات فوق الصوتية إلى 1500 وات، يكون تأثير التبريد قريبًا من تأثير التبريد بالماء.

 

4. الخاتمة

1) بالمقارنة مع التبريد التقليدي بالزيت والماء، يمكن تحسين قوة الشد وقوة الخضوع للفولاذ 42CrMo4 بعد المعالجة الحرارية عن طريق إضافة الموجات فوق الصوتية، ولكن يتم تقليل الاستطالة والانكماش بعد الكسر وطاقة امتصاص الصدمات.

 

2) في عملية تبريد الزيت بالموجات فوق الصوتية، مع زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية، يزيد معدل التبريد تدريجيًا، وتزداد قوة الشد وقوة الخضوع تدريجيًا، في حين تنخفض الاستطالة ومعدل الانكماش بعد الكسر وطاقة امتصاص الصدمات تدريجيًا. وفي الوقت نفسه، يتناقص محتوى حبيبات الباينيت والفريت في الأنسجة تدريجيًا، ويصبح الهيكل أكثر تجانسًا.