استفاده از روش غيرمخرب فراصوتي براي پيش‌بيني خواص مكانيكي فولاد AISI 4140

Using the Ultrasonic Nondestructive Methods for Prediction of Mechanical Properties of AISI 4140 Alloy Steel

دست‌يافتن به خواص مكانيكي فولادها پس از پروسههاي مختلف ساخت و عمليات حرارتي، امري ضروري و مهم است. در صنايع گوناگون معمولاً بعد از نمونه‌‌سازيهاي مشخص و استاندارد، به كمك روشهاي مخرب اين خواص را به‌دست مي‌آ‌ورند كه اين امر باعث اتلاف هزينه و زمان زيادي مي‌شود. علاوه بر اين، روشهاي مخرب قادر به تشخيص تغييرات جزيي خواص مكانيكي در حين عمليات حرارتي نيستند. در اين مقاله، براي به‌دست آوردن خواص مكانيكي فولادAISI 4140 با دقت بالا از روش غير‌مخرب فراصوتي استفاده شده است. براي اين منظور، نمونه‌هايي از اين فولاد ساخته شده و با اعمال فرايندهاي مختلف عمليات حرارتي، ساختارهايي با دانه‌بندي و سختي‌هاي مختلف ايجاد شده است. براي پيش‌بيني خواص مكانيكي از جمله مدول الاستيسيته، مدول برشي، ضريب پواسون و مدول حجمي در اين ميكروساختارها، سرعت موج طولي و عرضي توسط آزمون فراصوتي اندازه‌گيري شده است. براي شناسايي عوامل خطا و تعيين دقت روش اندازه‌گيري مورد استفاده، تحليل عدم قطعيت نيز صورت گرفته است. مقايسه نتايج به دست آمده از آزمايشها با داده‌هاي موجود در مراجع مختلف نشان مي‌دهد با روش غيرمخرب فراصوتي مي‌توان خواص مكانيكي نمونه هاي AISI 4140 را با دقت بسيار بالايي به‌دست آورد. محاسبه خواص مكانيكي نمونه‌هاي مختلف فولادAISI 4140 مي‌دهند كه اين خواص در سخت‌ترين ساختار بيشترين مقدار و با كاهش سختي، اين خواص نيز كاهش مي‌يابند

Achieving the mechanical properties of steels after various manufacturing and heat treatment processes is significant and essential. In production lines, after producing the specific and standard samples, mechanical properties have been measured by destructive processes which cause waste of cost and time. In addition, destructive techniques cannot detect the miniscule changes made in mechanical properties of steel during heat treatment processes. In this paper, the ultrasonic nondestructive method is used for accurate measuring the elastic properties of AISI 4140 steel samples which are heat treated at different levels. Each sample has its specific microstructure and hardness due to the heat treatment process it has gone through. The elastic properties of each sample are obtained by measuring the velocities of longitudinal and shear waves in each sample. On the other hand, for detecting the error resources and evaluation of precision of measuring method, uncertainty analysis is performed. A good agreement is noted between results obtained from ultrasonic measurements and available information in reference tables and it was shown that the ultrasonic technique can measure the elastic properties of AISI 4140 samples with high accuracy. In sum, achieved results show that the maximum value of mechanical properties belongs to the microstructure with higher hardness and with decreasing the hardness these properties, also, decline.