بررسی تأثیر عملیات های حرارتی سطحی مختلف بر خواص سایشی فولاد 16MnCr5مورد استفاده در محور فرعی اسپیندل ماشین افزار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه جامع علمی کاربردی استان آذربایجان شرقی، تبریز، ایران

2 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه جامع علمی کاربردی استان آذربایجان شرقی، تبریز، ایران

چکیده

درگیری سطوح اسپیندل مورد استفاده در ماشین­افزار با تکیه­گاه، باعث ایجاد سایش در سطح اسپیندل شده و در نتیجه عدم کارایی اسپیندل و افت کیفیت محصول خروجی را در پی خواهد داشت. مطابق اطلاعات به دست آمده از کارخانجات فعال در حوزه ماشین­افزار، محور فرعی اسپیندل­ها از جنس فولاد 16MnCr5 تهیه می­شوند. در تحقیق حاضر، تأثیر عملیات­های حرارتی سطحی کربن­دهی، کربونیتروژن­دهی، نیتروکربن­دهی و ابتدا نیتروژن­دهی سپس کربن­دهی (به عنوان یک روش تجربی) روی خواص سایشی فولاد 16MnCr5، به منظور افزایش عمر کاری اسپیندل مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش سایش مورد استفاده در این تحقیق، از نوع بلوک روی رینگ می­باشد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون ریزسختی­سنجی و متالوگرافی جهت تجزیه و تحلیل نتایج استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهد نمونه­هایی که تحت عملیات سطحی حرارتی کربونیتروژن­دهی قرار گرفته­اند؛ از خواص سایشی بهتری در مقایسه با سایر نمونه­ها برخوردار هستند. همچنین، تصاویر به دست از  میکروسکوپ الکترونی، حاکی از عدم تاثیر نه چندان زیاد، عملیات­های سطحی بر نحوه شکست نمونه­ها بوده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Abele E., Altintas Y. and Brecher C., Machine tool spindle units, CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 59, pp. 781-801, 2010.
[2] Week M. and Bibring H., Handbook of Machine Tools, Vol. 2, Jhon Wiley, New York, 1984.
[3] Honggi L. and Yung C.S., Analysis of bearing configuration effects on high speed spindles using an integrated dynamic thermos-mechanical spindle model. Int. J. of Machine Tools & Manufacture, Vol. 44, pp. 347-364, 2004.
[4] Gagnon V., Bouzgarrou B.C., Ray P. and Barra C., Dynamics analysis and design optimization of high speed spindle bearing system, Springer, pp. 505-518, 2007.
[5] Niizeki S., Ceramic Bearings for Special Environments, Motion & Control-NSK, Vol. 1, pp. 5-12, 1996.
]6[ مهدوی نژاد ر. و غلامی نژاد ثانی آبادی م.، آنالیز تنش­های مکانیکی و حرارتی در اسپیندل ماشین­های تراش. نشریه دانشکده فنی، جلد (4)41، ص 533-525.
[7] Kolar  P. and Holkup T., Prediction of machine tool spindle’s dynamics based on a thermos-mechanical model, MM Science Journal, pp. 166-171, 2010.
[8] Kim J.D., Zverv I. and Lee K. B., Thermal model of high speed spindle units, ScriRP, pp. 306-315, 2010.
[9] Zahedi A. and Movahhedy M.R., Thermo-mechanical modeling of high speed spindles, Scientia Iranica B, Vol. 19(2), pp. 282-293, 2012.
[10] Campos P.H.S., Ferreira J.R., de Paiva A.P., Balestrassi P.P. and Davim J.P., Modeling and optimization techniques in machine of hardened steels: a brief review, Advanced Material Science, Vol. 34, pp. 141-147, 2013.
[11] Holmberg K. and Matthews A., Coating Tribology, 2nd Edition, Elsevier, 1994.
[12] Shea M.M. and Ryntz E.F., Austempering Nodular Iron for optimum toughness, Transactions of the American Foundrymen's Society, Vol. 94, pp. 683-688, 1986.
[13] Sultan J.N., Effect of austenizing and tempering heat treatment temperatures on the fatigue resistance of carburized 16MnCr5 (ASTM 5115) steel, Tikrit Journal of Engineering Sciences, Vol.  20(4), pp. 1-10, 2013.
[14] Kula P., Pietrasik P.  and Dybowski K., Vacuum carburizing-process optimization, 13th international scientific conference on achievements in mechanical and materials engineering, Poland, 2005.
[15] Wang S., Yue W., Fu Z., Wang C., Li X. and Liu J., Study on the tribological properties of plasma nitrided bearing steel under lubrication with borate ester additive. Tribology international, Vol. 66, pp. 259-264, 2013.
[16] Sert H., Can A., Arikan H., Selcuk B. and Toprak H., Wear behavior of different surface treated cam spindles, Wear, Vol. 260, pp. 1013-1019, 2006.
[17] Mann B.S. and Prakash B., High temperature friction and wear characteristics of various coating materials for steam valve spindle application, Wear, Vol. 240, pp. 223-230, 2000.
[18] Burbank J. and Woydt M., Comparison of slip rolling behavior between 20MnCr5 gear steel, 36NiCrMoV1-5-7 hot working tool steel and 45SiCrMo6 spring steel, Wear, Vol. 328, pp. 28-38, 2015.
]19[ دستمزد ن.، اسحق بیگی ع. و اشرفی­زاده ف.، سختکاری فولاد 16MnCr5 و Ck45 در ابزارهای خاک­ورز، هشتمین کنگره ملی مهندسی ماشین­های کشاورزی (بیوسیستم) و مکانیزاسیون، دانشگاه فردوسی مشهد. بهمن 1392.