چکیده: هدف تعیین طول اتصال یاتاقان کف گرد فولاد- بابیت با کمک مطالعه ریز ساختار است. به منظور انجام اتصال ابتدا به روش شیمیایی ، پیش قالب شسته شد. سپس مذاب از جنس بابیت گرید ASTM B2 داخل پیش قالب از جنس فولاد  CK25 ریخته گری شد. به این ترتیب،روش کاری با لحیم کاری نرم به روش ریختن مذاب در پیش قالب اجام شد. مطالعه ریز ساختار روبش خطی در بزرگنمایی  30000 برابر از محل اتصال فولاد – بابیت با کمک میکروسکوپ الکترونیکی روبشی با تفنگ میدان نشری انجام شد. نتیجه آنکه ، آلیاژ بابیت(قلع) به طور کامل در طول 6.6 میکرومتر در فولاد نفوذ کرده است.لذا با این روش ، طول اتصال 6.6 میکرومتر میباشد.

کلمات کلیدی: اتصال غیر همجنس، بابیت، روبش خطی،یاتاقان کف گرد،یاتاقان محوری

مقدمه:

ابتدایی ترین یاتاقان از جنس الوار چوبی آغشته به آب یا روغن بود که برای به حرکت درآوردن سنگهای بسیار بزرگ استفاده میشد. با پیشرفت علم،الوار چوبی با محور و چرخ و یاتاقان چوبی جایگزین شد و برای روانکاری به جای آب یا روغن ، چربی حیوانات متداول شد.  سپس اسحاق بابیت در سال 1839 آلیاژهای پایه قلع را کشف کرد و از آن برای ساخت یاتاقان های فلزی موتورهای بخار استفاده کرد. در سال 1949،یاتاقان های لغزشی در صنایع حمل و نقل ریلی مورد استفاده قرار گرفت ودر اوایل دهه 1960 یاتاقان های غلتکی ساخته شد و در دهه 1980 یاتاقان های مغناطیسی ابداع شد.

قطعه ای که حداقل بین دو قطعه دیگر ، اجازه حرکت نسبی آسان چرخشی و یا خطی میدهد یاتاقان نام دارد.بعلاوه، یاتاقان اصطکاک سطوح درگیر را کاهش میدهد. نگهداری محور (به نحوی که لقی بیش از حد نداشته باشد)و ممانعت از حرکت جانبی محور (به طوریکه مانع برخورد قسمت های متحرک و ثابت شود) دو وظیفه مهم یاتاقان در دستگاه ها با اجزای متحرک هستند. نوع نیروی وارد بر یاتاقان در تقسیم بندی نوع یاتاقان نقش دارد که شامل نیروی شعاعی ، نیروی محوری و نیروی شعاعی – محوری می شود. همچنین یاتاقان ها از نظر ساختمان داخلی به سه گروه شاملیاتاقان های لغزشی، یاتاقان های غلتشی و یاتاقان های مغناطیسی تقسیم بندی میشود.

اگر به قطعه ای ، نیروی محوری وارد شود یاتاقان شعاعی نمیتواند از حرکت محور جلوگیری کند و لذا باید از یاتاقان محوری استفاده شود. یاتاقان محوری، یاتاقانی است که هنگام کار ، بار محوری را تحمل میکند.این نوع یاتاقان یاتاقان کف گرد نامیده میشود. بنابراین نیروی وارد شده به محل اتصال لایه ها زیاد بوده و لذا کیفیت اتصال این لایه ها بایستی پاسخگوی نیروی وارد شده باشد. لذا در این پژوهش مطالعه طول اتصال بابیت و فولاد در یاتاقان محوری مد نظر است.

یاتاقان محوری، کل وزن اجزای متحرک مجموعه قطعات ( بطور مثال درموتور دیزل ،کل وزن میل لنگ ، شاتون ، پیستون ، پیچ های مرتبط و… و همچنین در توربین کل وزن محور، پره ها و…)و همچنین فشار محوری را تحمل میکند. بخش اصلی یاتاقان ، بلوک فشاری است. فشار محوری از بلوک فشاری به قطعات یاتاقان منتقل میشود. این قطعات روی صفحات فنری و نهایتا روی براکت فشاری قرار میگیرند. روغن مورد نیاز روانکاری و خنک نمودن یاتاقان ها توسط عمل خود پمپاژ (بدون پمپ) سوراخهای شعاعی بلوک فشاری و در حین گردش این قسم تامین میشود.بنابراین کیفیت اتصال این فلزات اهمیت ویژه ای دارد چرا که اتصال این لایه های فلزی ضعیف باشد از هم جدا میشوند.  

یک روش ساخت یاتاقان های محوری فولاد- بابیت روکش کاری با لحیم کاری است. لحیم کاری برای اتصال فلزات و آلیاژها با استفاده از فلزات پر کننده ای که نقطه ذوب آنها پایین تر از فلزات پایه است انجام میشود. در لحیم کاری سطوح قطعات تا دمای ذوب فلز اتصال دهنده گرم میشوند. تفاوت اصلی لحیم کاری و جوشکاری این است که در لحیم کاری فلز پایه ذوب نمیشود ولی در جوشکاری فلز پایه ذوب میشود. در فرآیند لحیم کاری نرم، فلز پر کننده با نقطه ذوب کمتر یا مساوی 450 درجه سانتی گراد ( که دمایی کمتر از نقطه ذوب فلز پایه در محل اتصال دارد)است. بنابر این روکش کاری بابیت با نقطه ذوب حدود 210 درجه سانتی گراد روی فولاد ، لحیم کاری نرم است. برای دستیابی به اتصال قابل قبول به روش روکش کاری با لحیم کاری چهار عمل مهم شامل کیفیت سطح اتصال، کیفیت فلز پرکننده ، گرمای یکنواخت و واکنش دهنده مناسب ، دخیل هستند. صیقلی بودن دو سطح لغزان ، تضمین کننده وجود همیشگی یک لایه روغن بین آنها می باشد. اهمیت وجود این لایه روغن در کارکرد دائم و صحیح اجزا بسیار مهم است. از بین رفتن آن میتواند باعث صدمه شدید به یاتاقان ها ودر نهایت از کار افتادن دستگاه شود. یاتاقان محوری بر روی صفحات فنری بشقابی شکلی مستقر میشوند تا توزیع یکنواخت بار محوری بر روی این قطعات تضمین شود. به این ترتیب، کیفیت سطح اتصال که بخشی از کیفیت اتصال است بسیار مهم بوده و مطالعه آن ضروری است. دراین پژوهش فقط مطالعه ریزساختار مد نظراست.

روکش کاری با لحیم کاری روشی برای روکش دادن قطعات به منظور ایجاد لایه واسط است. در این روش، قطعات با فلزپر کننده که دارای نقطه ذوب کمتر از فلز پایه است روکش کاری میشوند. در فرآیند روکش کاری از پر کننده هایی به شکل مفتول ، تسمه ،پروفیل ، پودر یا حتی مذاب استفاده میشود. در این پژوهش ، از پرکننده های بابیتی به شکل مذاب استفاده میشود زیرا شکل محل اتصال ساده نیست.

در این پژوهش،مطالعه طول  اتصال بین بابیت و فولاد در یاتاقان محوری که به روش روکش کاری با لحیم کاری نرم تولید شده، مد نظر است.

2.مواد و روش تحقیق: در این پژوهش، ریز ساختار و طول اتصال بابیت ( به ضخامت 0.8 میلی متر) به فولاد در یاتاقان محوری که از طریق روش روکش کاری با لحیم کاری نرم تولید شده است مورد بررسی قرارمیگیرد. به همین منظور ، از میکروسکوپ الکترونیکی روبشی با تفنگ میدان نشری TESCAN MIRA III استفاده شده است.

مطابق جدول 1، ترکیب شیمیایی فلز پایه که قطعه ای فولاد به قطر 161 سانتی متر از جنس CK 25 است ، فهرست شده است. عمق پله قرار گیری پروفیل بابیتی 6 میلی متر و قطر پله قرار گیری پروفیل 141 میلی متر میباشد.جنس فلاکس مورد استفاده کلرید روی ، کلرید سدیم ، کلرید آمونیوم ، پودر قلع ، آب مقطر و اسید کلریدریک میباشد.

آلیاژ بابیت ریخته گری شده ASTM B2 به عنوان پرکننده فاقد هرگونه ناخالصی می باشد. ترکیب شیمیایی آلیاژ مورد استفاده در این فرآیند ، بابیت ASTM B2 مطابق جدول 2 است.

قبل از روکش کاری بابیت، فولاد به صورت زیر تمیز کاری و آماده سازی می شود:

1. تمیز کاری مکانیکی توسط فرچه سیمی انجام می شود.

2.قطعات در محلول اسید کلریدریک به مدت 5 دقیقه غوطه ور میشوند.

3.برای خنثی سازی اسید، قطعات با الکل متانول (اتیلیک)به مدت 10 دقیقه شستشو می شوند.

4.قطعات به روش دستی با فلاکس (کلرید روی، کلرید سدیم ، کلرید آمونیوم ، پودر قلع، آب مقطر و اسید کلریدریک) پوشانده می شوند.

مراحل روکش کاری به شرح زیر است: 

1. ابتدا پیش قالب ( فولاد ck25) ماشینکاری میشود.

2. بابیت مورد نظر (ASTM B2) تا دمای 240 درجه سانتی گراد فوق ذوب مشود.

3. پیش قالب فولادی تمیز کاری و آماده سازی میشود.

4. پیش قالب توسط مشعل تا دمای 270 درجه سانتی گراد پیش گرم میشود.

5. بابیت مذاب داخل پیش قالب پیش گرم شده ریخته می شود.

6. سرمایش با جریان آب و هوا انجام می شود تا دمای قطعه به حدود 150 درجه سانتی گراد برسد.

7. در ادامه ، محصول در هوا خنک میشود تا به دمای محیط برسد.

   3. نتایج و بحث:

در ریز ساختار اطراف محل اتصال ، سه فاز سفید رنگ D,خاکستری تیره A,خاکستری روشن B به همراه زمینه  C مشاهده می شود. به منظور مطالعه این فازها ، مطابق شکل 2 ، ابتدا اشعه روی فازی با حداقل اندازه برابر با 2 میکرومتر تنظیم میشود. سپس طیف تفکیک انرژی تهیه می شود.

مطابق طیف تفکیک انرژی زمینه بابیت (C) و مقادیر کمی آن ، فاز زمینه بابیت (C) ، غنی از قلع (85.87)و مس(5.43) و 8.70 درصد وزنی بقیه عناصر اما فاقد عنصر سرب است. بنابراین تمام سرب به همراه بخشی از عناصر قلع و مس و آنتیموان به صورت ترکیب یا محلول جامد در زمینه حضور خواهد داشت.