مقايسه آماري عمر خستگي فولاد Ck45 آهنگري‌شده در شرايط نرماله، كوينچ و تمپرشده با شرايط كوينچ و تمپرشده

Statistical Comparison of Fatigue Lives of Forged Ck45 Steel in Normalized, Quenched and Tempered Condition with Those in Quenched and Tempered

در فرآيند توليد، نرمال كردن معمولاً پس از عمليات آهنگري و قبل از عمليات كوينچ و تمپر بر روي قطعات صنعتي انجام مي‌شود. اين عمليات موجب يكنواخت و ريز شدن ريزساختار مي‌گردد. با توجه به تاثير كم عمليات نرماله بر خواص مكانيكي فولاد Ck45 آهنگري، كوينچ و تمپرشده و ضرورت كاهش هزينه‌هاي توليد، حذف اين عمليات پس از آهنگري مطلوب به نظر مي رسد. نتايج بررسي‌هاي ريزساختاري، سختي‌سنجي و آزمايش كشش، تاثير بسيار كم عمليات نرماله را بر خواص ياد شده تاييد مي‌نمايند. لكن خواص خستگي از اهميت بالايي برخودار مي باشد كه موضوع اصلي اين تحقيق است. عمر خستگي قطعات در حالت آهنگري، كوينچ و تمپرشده و حالت آهنگري، نرماله، كوينچ و تمپرشده مورد بررسي قرار گرفت. تعداد 64 آزمون خستگي خمشي دوراني (R=-1) در چهار دامنه تنش مختلف انجام شد. اين آزمايشات در تنش‌هاي متوسط به بالا، 59/0 تا 68/0 برابر استحكام كششي، انجام شد. متوسط عمر نمونه‌هاي نرماله، كوينچ و تمپرشده در دامنه تنش‌هاي 508، 516، 534 و 583 مگاپاسكال به ترتيب برابر با 261هزار، 194هزار، 119هزار و 54هزار سيكل و متوسط عمر نمونه‌هاي كوينچ و تمپرشده در تنش‌هاي ياد شده به ترتيب برابر با 209هزار، 138هزار، 101هزار و 46هزار سيكل بود. مقايسه نتايج در هر دامنه تنش نشان دهنده متوسط عمر بيشتر نمونه‌هاي نرمال شده مي‌باشد لكن به خاطر تعداد محدود نمونه ها در هر سطح تنش آزمون واريانس، اختلاف معني‌داري را ميان عمر خستگي در دو حالت عمليات حرارتي تاييد نمي‌نمايد. در واقع توان آزمون آماري در تشخيص اختلاف بين متوسط طول عمر كم است. از اين رو، نويسندگان مقاله روشي را براي هم‌ارزسازي نتايج چهار سطح تنش پيشنهاد نموده و پس از هم‌ارز‌ نمودن، تمام نتايج را در يك آزمون ميانگين با واريانس نامعلوم و توان بيشتر مقايسه كردند. نتيجه آزمون واريانس در اين حالت حاكي از اختلاف ميانگين دو جامعه در سطح معني دار 5% بوده و عمر متوسط خستگي قطعات نرمال شده حداقل 18% بيش‌تر از عمر قطعات نرمال نشده تخمين زده مي‌شود.

A common process in auto-parts manufacturing consists of forging, normalizing, quenching and tempering. Normalizing treatment is usually employed to improve machinability of steel, and to homogenize and refine the microstructure. For simple parts, production cost would be reduced if normalizing stage were eliminated. In this paper, the effect of normalizing treatment on fatigue life of a quenched and tempered carbon steel has been studied. Samples were taken from forged, quenched and tempered parts at industrial conditions. Sixty four fatigue specimens were tested using a rotary bending fatigue machine (R=-l) at four different stress amplitudes between 500 and 600MPa. Results showed minor effect of normalizing on microstructure, hardness and tensile properties. However? specimens normalized after forging indicated improved fatigue life at the same stress amplitude. Average fatigue lives at 508, 516, 534 and 583MPa were 261000, 194000, 119000 and 54000 cycles respectively for normalized quenched and tempered samples and 209000, 138000, 101000 and 46000 cycles for quenched and tempered samples. Due to variation of fatigue life results, Studentʹs t-test was employed to prove any meaningful difference of fatigue life for specimens with or without normalizing treatment. Studentʹs t-test is often used to determine if the averages of two samples are significantly different. The test approved the difference with 95% confidence. Fatigue life of normalized samples was estimated at least 18% higher than the life of samples without normalizing.