اثرات روش‌های خنک‌کاری در فرآیند سنگ‌زنی تخت بر مشخصه‌های سطحی و ریزساختاری فولادهای M200 و CK45

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 2، دوره 35، شماره 3 - شماره پیاپی 35، مهر 1403، صفحه 17-34   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2024.86026.1137

نویسندگان

رضا رجبی¹؛ مسعود پور^{* 2}؛ حمید سازگاران³

¹گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

²گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران.

³گروه مهندسی صنایع، دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران.

چکیده

در این پژوهش، به منظور کاهش تاثیرات مضر ناشی از افزایش حرارت در سطوح قطعات سنگ‌زنی شده، روش ابداعی جدیدی جهت روان­­کاری و خنک­کاری فرآیند سنگ­زنی تخت با عنوان روش خنک­کاری غیرمستقیم (ICG (Indirect cooling grinding)) مطالعه شد. به منظور بررسی مزایای این شیوه، فولادهای M200 و CK45 با روش خنک­کاری غیرمستقیم و روش حداقل میزان روان‌کار ((MQL(Minimum quantity lubrication)  با دبی‌های متفاوت خنک‌کاری  (15 و cc/s 40) در دماهای مختلف 10-، 0 و °C 25) و با عمق‌های برش مختلف (005/0‌، 01/0، 02/0 و mm 03/0) سنگ‌زنی شدند. سایر پارامترهای سنگ‌زنی نظیر سرعت چرخ سنگ و سرعت حرکت طولی و عرضی میزکار در هر آزمایش ثابت در نظر گرفته شد. کمیت‌های اندازه‌گیری شده شامل زبری سطح، میزان سختی سطح (برحسب راکول C) و همچنین ارزیابی‌های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی هستند. نتایج حاکی از آن است که در فولاد M200، استفاده از روش خنک­کاری غیرمستقیم نسبت به روش حداقل میزان روان‌کار، منجر به افزایش زبری‌سطح در حدود 81/31 درصد و افزایش سختی سطحی در حدود 96/2 درصد و برای فولاد CK45، افزایش زبری‌سطح حدود 7/31 درصد و افزایش سختی سطحی حدود 11/3 درصد شده است. ریزساختار سطح فولادهای M200 و CK45 بعد از سنگ‌زنی به هر دو روش خنک‌کاری به ترتیب باینایت بالایی و پایینی و فریت-پرلیت است که بر روی میزان زبری و سختی سطح موثر هستند. علاوه بر این، روش ابداع شده به منظور خنک‌کاری برای فولاد CK45 مناسب‌تر است.

کلیدواژه‌ها

روش خنک‌کاری غیرمستقیم؛ حداقل میزان روان‌کار؛ فولادهای M200 وCK45؛ زبری سطح؛ سختی؛ ریزساختار

مراجع

[1] A. Daneshi, “Microchip formation mechanism in grinding of Nickel-base superalloy Inconel 718”, Dissertation, University of Freiburg, Faculty of Engineering, pp. 10-55, 2019. https://doi.org/10.6094/UNIFR/149624

[2] S. Malkin, and C. Guo, “Thermal analysis Grinding”, CIRP Annals, vol. 56, no. 2, pp. 760-782, 2007. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2007.10.005

[3] C. Heinzel, J. Solter, S. Jermolajev, B. Kolkwitz, and E. Brinksmeier, “A versatile method to determine thermal limits in grinding”, Procedia CIRP, vol. 13, pp. 131-136, 2014. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.04.023

[4] D. C. Fricker, T. R. A. Pearce, and A. J. L. Harrison, “Predicting the occurrence of grind hardening in cubic boron nitride grinding of crankshaft steel”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, pp. 1339-1356, 2004. https://doi.org/10.1243/0954405042323577

[5]  L. Judong, Y. Wei, H. Songwei, and X. Zhilong, “Experimental Study on Grinding-hardening of 1060 Steel”, Energy Procedia, vol. 16, pp. 103-109, 2012. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.019

[6] H. Li, K. Gai, L. He, C. Zhang, H. Cui, and M. Li, “Non-isothermal phase-transformation kinetics model for evaluating the austenitization of 55CrMo steel based on Johnson–Mehl–Avrami equation”, Materials Design, vol. 92, pp.731-741, 2016. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.12.110

[7] L. Ling, L. Luo, and F. Liu, “Effects of grinding treatment on surface properties and deformation microstructure in alloy 304L”, Surface and Coatings Technology, vol. 408, pp. 126850, 2021. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.126850

[8]  D. C. Fricker, T. R. A. Pearce, and J. L. Harrison, “Predicting the occurrence of grind-hardening in cubic boron nitride grinding of crankshaft steel”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol. 218, no.10, pp.1339-1356, 2004. https://doi.org/10.1243/0954405042323577

[9]  K. Salonitis, T. Chrondros, and G. Chryssolouris, “Grinding wheel effect on grind-hardening process”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 38, no. 1, pp.48-58, 2008. https://doi.org/10.1007/s00170-007-1078-9

[10]  U. Alonso, N. Ortega, J.A. Sanchez, I. Pombo, B. Izquierdo, and S. Plaza, “Hardness control of grind-hardening and finishing grinding by means of area-based specific energy”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 88, pp. 24-33, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.09.001

[11] G. Manimaran, and M. Pradeepkumar, “Influence of Cryogenic Cooling on the Surface Grinding of Stainless Steel 316”, Cryogenics, vol. 59, pp. 76-83, 2014. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2013.11.005

[12] A. Rezaei, S. H. Kheyrandish and A. O. Esfahani, “Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties of micro alloyed medium carbon steel”, International journal of industrial engineering and production management, vol. 16, no. 3, pp.125-132, 2005 (In Persian).

 [13] Z. Ding, G. Sun, M. Guo, X. Jiang, B. Li, and S. Y. Liang, “Effect of phase transition on micro-grinding-induced residual stress”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 281, pp. 116647, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116647

[14] S. Zhang, B. Hallstedt, C. Broeckmann, S. Barth, D. Trauth, and T. Bergs, “Numerical prediction of the microstructure and stress evolution during surface grinding of AISI 52100 (din 100cr6)”, Integrating Materials and Manufacturing Innovation, vol. 7, pp. 2020213, 2018. https://doi.org/10.1007/s40192-018-0122-y

[15] C. Sharma, S. Ghosh and P. Talukda, “Finite Element Analysis of Workpiece Temperature during Surface Grinding of Inconel 718 Alloy”, 5^th International & 26^th, All India Manufacturing Technology, Design and Research Conference (AIMTDR 2014), IIT Guwahati, Assam, India, pp.420-420, 2014.

 [16] Y. Hamedi, A. R. Kiani-Rashid, H. R. Shishegar, and H. R. Azaat-Pour, “The influence of different heat treatment cycles on controlled surface graphitization in CK45 steel”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 492, no. 1-2, pp. 739-744, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.036

[17] Z. H. Xie, R. J. Moona, M. Hoffmana, P. Munroea, and Y. B. Cheng, “Role of microstructure in the grinding and polishing of α-sialon ceramics”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol. 23, no. 13, pp. 2351-2360, 2003. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00046-3

[18] A. B. Chattopadhyay, A. Bose, and A. K. Chattopdhyay, “Improvements in Grinding Steels by Cryogenic Cooling”, Precision Engineering, vol. 7, no. 2, pp. 93-98, 1985. https://doi.org/10.1016/0141-6359(85)90098-4

[19] G. Manimaran, and M. Pradeep kumar, “Influence of Cryogenic Cooling on the Surface Grinding of Stainless Steel 316”, Cryogenics, vol. 59, pp. 76-83, 2014. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2013.11.005

[20] G. Manimaran, and M. Pradeep kumar, “Effect of Cryogenic Cooling and Sol-Gel Alumina Wheel on Grinding Performance of AISI 316 Stainless Steel”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 13, no. 3, pp. 304-312, 2013. https://doi.org/10.1016/j.acme.2013.03.002

[21] W. Stachurski, J. Sawicki, B. Januszewicz, and R. Rosik, “The Influence of the Depth of Grinding on the Condition of the Surface Layer of 20MnCr5 Steel Ground with the Minimum Quantity Lubrication (MQL) Method,” materials, vol. 15, no. 4, pp. 1336-1344, 2022. https://doi.org/10.3390/ma15041336

[22] G. C. Wang, J. Chen, G. Y. Xu, and X. Li, “Influence of Cooling Condition on the Performance of Grinding Hardened Layer in Grind-hardening”, IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/307/1/012080

[23] J. R. Miller, M. J. LaLama, R. L. Kusnic, D. E. Wilson, P. M. Kiraly, S. W. Dickson, and M. Zeller, “On the nature of calcium magnesium acetate road deicer”, Journal of Solid State Chemistry, vol. 270, pp. 1-10, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.041

[24]  K. Salonitis, and A. Kolios, “Experimental and numerical study of grind-hardening-induced residual stresses on AISI 1045 Steel”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 79, pp. 1443-1452, 2015. https://doi.org/10.1007/s00170-015-6912-x

[25] A. Heydari, M. Pour, and M. R. Gharib, “Improvement of steel alloys using indirect cooling grinding (I.C.G.)”, Heliyon, vol. 9, no. 12, pp. 1-16, 2023. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e22738

[26] A. Saberi, A. R. Rahimi, H. Parsa, M. Ashrafijou, and F. Rabiei, “Improvement of surface grinding process performance of CK45 soft steel by minimum quantity lubrication (MQL) technique using compressed cold air jet from vortex tube”, Journal of Cleaner Production, vol. 131, pp. 728-738, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.104

[27] Z. G. Yang, and H. S. Fang, “An overview on bainite formation in steels”, Current Opinion in Solid State and Materials Science, vol. 9, no. 6, p. 277-286, 2005. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2006.06.005

[28] O. Seppala, A. Pohjonen, J. Mendonça, V. Javaheri, R. Podor, H. Singh, and J. Larkiola, “In-situ SEM characterization and numerical modelling of bainite formation and impingement of a medium- carbon, low-alloy steel”, Materials and Design, vol. 230, pp. 111956, 2023. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111956

[29] S. E. Offerman, L. J. G. W. van Wilderen, N. H. van Dijk, M.Th. Rekveldt, J. Sietsma, and S. van der Zwaag, “Cluster formation of pearlite colonies during the austenite/pearlite phase transformation in eutectoid steel”, Physica B: Condensed Matter, vol. 335, no. 1-4, pp. 99-103, 2003. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(03)00216-3

[30] T. Tawakoli, M. J. Hadad, and M. H. Sadeghi, “Investigation on minimum quantity lubricant-MQL grinding of 100Cr6 hardened steel using different abrasive and coolant-lubricant types”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 50, no. 8, pp. 698-708, 2010. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2010.04.009

[31] M. Shah, S. K. Das, and S. G. Chowdhury, “Effect of Alloying Elements on Microstructure and Mechanical Properties of Air-Cooled Bainitic Steel”, Metallurgy and Materials Transaction A, vol. 50, pp. 2092-2102, 2019. https://doi.org/10.1007/s11661-019-05177-1

[32] C. Hofer, H. Leitner, F. Winkelhofer, H. Clemens, and S. Primig, “Structural characterization of “carbide-free” bainite in a Fe-0.2C-1.5Si-2.5Mn steel”, Materials Characterization, vol. 102, pp. 85-91, 2015. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.02.020