توصيفگر ها :
امواج آلتراسونيك , هورن , ضريب ميرايي , سرعت صوت , فركانس طبيعي
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش، با هدف بهينهسازي خواص آكوستيكي هورنهاي اولتراسونيك، تأثير انواع عمليات حرارتي بر دو فولاد آلياژي 36CrNiMo4 و 42CrMo4 مورد بررسي قرار گرفته است. اين دو فولاد از نظر تركيب شيميايي شباهت بالايي با هم دارند و تفاوت عمده آنها در حضور عنصر نيكل در فولاد 36CrNiMo4 است. عملياتهايي شامل آنيلينگ، نرماله، سختكاري در روغن و سختكاري در آب روي نمونهها اعمال شد و پارامترهايي همچون سختي راكول C، ضريب دمپينگ، سرعت انتشار صوت، فركانس طبيعي و رفتار حرارتي در شرايط عملكردي ارزيابي گرديد.
نتايج حاصل نشان داد كه بيشترين سختي مربوط به نمونهي سختكاريشده در آب و كمترين آن در نمونهي آنيلشده مشاهده گرديد. از سوي ديگر، عمليات سختكاري در روغن در دماي 840 درجه سانتيگراد به مدت 100 دقيقه، منجر به دستيابي به كمترين ضريب دمپينگ (0٫1698) و بيشترين سرعت صوت (5097 متر بر ثانيه) شد. در اين شرايط، فولاد 42CrMo4 عملكرد بهتري نسبت به فولاد 36CrNiMo4 از خود نشان داد و بهعنوان مناسبترين گزينه براي ساخت هورنهاي اولتراسونيك مي توان در نظر گرفت. در نقطهي مقابل، نمونهي آنيلشده از فولاد 36CrNiMo4 با دارا بودن بيشترين ضريب دمپينگ (0٫9606) و كمترين سرعت صوت (1442 متر بر ثانيه)، ضعيفترين عملكرد آكوستيكي را ارائه داد. نتايج تست عملياتي يكساعته نيز نشان داد كه كمترين افزايش دما مربوط به شرايط كوئنچ در روغن و بيشترين نرخ افزايش دما مربوط به نمونههاي آنيلشده بوده است.
بررسي ريزساختاري نمونهها بيانگر حضور گستردهي فريت و پرليت در نمونهي آنيلشده است كه سبب افزايش جذب ارتعاشات و كاهش سرعت صوت ميگردد. در مقابل، نمونهي سختكاريشده در روغن عمدتاً داراي ساختار مارتنزيت سوزني همراه با مقادير اندكي آستنيت باقيمانده است كه ضمن ايجاد سختي مناسب و شكنندگي پايين، خواص ديناميكي و آكوستيكي مطلوبي را براي ساخت هورنهاي اولتراسونيك فراهم ميآورد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this study, aiming to optimize the acoustic properties of ultrasonic horns, the effects of various heat treatment processes on two alloy steels, 36CrNiMo4 and 42CrMo4, were investigated. These two steels are chemically very similar, with the primary difference being the presence of nickel in 36CrNiMo4. The applied heat treatment methods included annealing, normalizing, oil quenching, and water quenching. Parameters such as Rockwell C hardness, damping ratio, sound velocity, natural frequency, and thermal behavior under operational conditions were evaluated.
The results revealed that the highest hardness was observed in the water-quenched sample, while the annealed specimen exhibited the lowest hardness. Additionally, oil quenching at 840 °C for 100 minutes led to the lowest damping ratio (0.1698) and the highest sound velocity (5097 m/s). Under these conditions, 42CrMo4 demonstrated superior performance compared to 36CrNiMo4 and was identified as the most suitable material for ultrasonic horn manufacturing. In contrast, the annealed 36CrNiMo4 sample, with the highest damping ratio (0.9606) and the lowest sound velocity (1442 m/s), showed the weakest acoustic performance.
The one-hour thermal test results also indicated that the lowest temperature rise occurred in the oil-quenched samples, while the highest was observed in the annealed ones. Microstructural analysis revealed a significant presence of ferrite and pearlite in the annealed specimens, contributing to increased vibration absorption and reduced sound velocity. Conversely, the oil-quenched samples predominantly exhibited needle-like martensitic structures along with small amounts of retained austenite, which provide favorable dynamic and acoustic properties, along with adequate hardness and low brittleness—making them well-suited for ultrasonic horn applications.