ارزيابي ريزساختار و سختي قطعات ريختگي عمليات حرارتي شده با آزمون غيرمخرب جريان گردابي

Evaluation of Microstructure and Hardness of Heat Treated Cast Steel by Eddy Current Nondestructive Method

در اين تحقيق از روش غيرمخرب جريان گردابي براي ارزيابي و تشخيص ريزساختار و سختي يك فولاد ريختگي بعد از انجام عمليات حرارتي، استفاده شد. به اين منظور هشت نمونه شاهد يكسان از شمش فولاد ريختگي هايپريوتكتوئيدي كم‌آلياژ موسوم به FMU-226 تهيه شده و سپس تحت سيكل‌هاي مختلف عمليات حرارتي نظير آنيل كامل، كوئنچ و كوئنچ-تمپر قرار گرفتند. مطالعات ريزساختاري با ميكروسكپ الكتروني روبشي، ميكروسكپ نوري و سختي‌سنجي به روش ويكرز به عنوان آزمون‌هاي مخرب انجام شد. در ادامه با استفاده از يك دستگاه جريان گردابي به صورت غيرمخرب، ريزساختار و سختي نمونه‌ها در فركانس‌هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. قابليت شاخص‌هاي مختلف جريان گردابي از جمله مقاومت اهمي، مقاومت القايي، امپدانس و نسبت مقاومت اهمي به امپدانس براي توسعه يك مدل رياضي با سختي و براي تحليل ريزساختار مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه مي‌توان با استفاده از روش جريان گردابي به صورت غيرمخرب و سريع، اين قطعات فولادي را بر حسب ريزساختار و سختي از يكديگر شناسايي و تفكيك كرد. مشخص شد كه شاخص‌هاي جريان گردابي تابعي از فركانس جريان، تغييرات ميزان آستنيت باقيمانده، نوع ريزساختار زمينه و مورفولوژي كاربيدها است. با استفاده از نقشه امپدانسي دستگاه جريان گردابي در فركانس kHz20، به صورت گرافيكي مي‌توان نوع ريزساختار زمينه را تشخيص داد. همچنين امپدانس سيم‌پيچ (Z) در اين فركانس، مناسب‌ترين شاخص جريان گردابي براي سختي‌سنجي شناسايي شد و رابطه‌اي اختصاصي آن براي كنترل كيفيت قطعات عمليات حرارتي شده از اين فولاد ارائه شده است.

In this paper, the nondestructive eddy current method was used for evaluation of microstructure and hardness of the heat treated cast steel. For this purpose, eight reference samples in same sizes were prepared from the cast block of hypereutectoid low alloy steel called FMU-226 and then the samples were heat treated under different cycles such as full annealing, quenching and quench-tempering. The microstructural studies were performed using scanning electron microscope (SEM), optical microscope and Vickers hardness (HV) instrument as destructive tests. Then, the microstructure and hardness of the samples were evaluated nondestructively by an eddy current test device at different frequencies. The capacities of different eddy current characters such as resistivity, inductive reactance, impedance and resistivity to impedance ratio were examined for developing a mathematical model to hardness measuring and microstructural recognitions. The results showed that the eddy current method can be nondestructively recognized and separated the steel parts according to their microstructure and hardness, rapidly. It was recognized that the eddy current characters were related to the current frequency, variation of retained austenite content in matrix, type of matrix microstructure and carbides morphologies. By using of impedance plane in the eddy current test at 20 kHz, it can be visually detected the microstructure of the heat treated steel. In addition, the impedance (Z) at this frequency was recognized as proper eddy current character for hardness measuring and the special equation for quality control of the heat treated steel was presented.