كاربرد شبكههاي عصبي مصنوعي پرسپترون چند لايه در برآورد مقدار فاز آستنيت باقيمانده پر كربن در چدنهاي نشكن آستمپر شده

حميد پورآسيابي1*، حامد پورآسيابي2 و حسن ثقفيان3
مربي، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد اهر، گروه مهندسي متالورژي، اهر، ايران.
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد اهر، باشگاه پژوهشگران جوان، اهر، ايران.
دانشيار دانشكده مهندسي مواد و متالورژي، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، ايران.
*h-pourasiabi@iau-ahar.ac.ir
(تاريخ دريافت: 20/04/1390، تاريخ پذيرش:03/06/1390)

چكيده
خواص ايدهآلي از جمله نسبت استحكام به وزن بالا همراه با چقرمگي، انعطافپذيري، استحكام خستگي، مقاومت سايشي و هدايت حرارتي بالا، قابليت جذب ارتعاش عالي و حساسيت كم نسبت به اثر شيار در كنار هزينه توليد پايين باعث شده كه چدن نشكن آستمپر شده (ADI) بعنوان يك ماده صنعتي مورد توجه مهندسين طراح و متالورژيستها قرار بگيرد. آستنيت باقيمانده كه در طول استحاله همدماي آستمپرينگ غني از كربن ميشود، عامل اصلي اين خواص منحصر بفرد ميباشد. با توجه به روش پيچيده و هزينهبر و با مقدار خطاي بالايِ مرسوم براي تعيين ميزان كسر حجمي آستنيت باقيمانده، هدف از اين پژوهش ارائه يك مدل شبكه هوشمند عصبي مصنوعي براي برآورد اين فاز با استفاده از بانك اطلاعاتي مبسوطي كه از دادههاي علمي منتشر شده در مجلات معتبر علمي تهيه شده، ميباشد. به اين منظور از يك شبكه عصبي پِرسپترون چند لايه (MLP-ANN) با تعداد سلولهاي متغير در لايه پنهان استفاده شد كه در آن وروديها شامل درصد وزني كربن، سيليسيم، منگنز، موليبدن، نيكل، مس، دما و زمان آستنيته كردن، دما و زمان آستمپرينگ و خروجي شبكه نيز مقدار آستنيت باقيمانده بعد از عمليات حرارتي آستمپرينگ مي باشد. آزمون عملكرد شبكه بهينه شده نشان ميدهد كه شبكه سنتز شده با خطاي بسيار كم ميتواند اين مقدار را تخمين بزند. از رابطه نهايي گزارش شده ميتوان به راحتي و با دقت بسيار بالا مقدار آستنيت باقيمانده را در تركيبهاي شيميايي و سيكلهاي عمليات حرارتي مختلف اين نوع چدنها تعيين نمود.

واژه هاي كليدي:
چدن نشكن آستمپر شده (ADI)، آستنيت باقيمانده، شبكه عصبي مصنوعي (ANN)، پرسپترون چند لايه (MLP).

1- مقدمه تلفيقي بهينه از هزينه توليد پايين، انعطافپذيري و نسبتچدن نشكن آستمپر شده (ADI)، يكي از آلياژهاي جديدي استحكام به وزن بالا، چقرمگي عالي، مقاومت به سايش واست كه ميتواند طرح يك مهندس را در كاربردهاي صنعتي با خستگي مطلوب، قابليت ماشينكاري خوب، هدايت حرارتي بالا
و جذب ارتعاش عالي تكميل نمايد. در اوايل دهه 50 ميلادي،كاربرد چدن نشكن به سبب هزينه توليد پايين همراه با خواصمكانيكي مطلوب آن، بطور چشمگيري افزايش يافت. پس ازآن، گسترش و توسعه چدن نشكن آستمپر شده در دهه 70 ميلادي افق جديدي را در مسير كاربرد چدن نشكن به ارمغان آورد ؛ چرا كه اين نوع جديد از چدنها را ميتوان همانند چدن نشكن معمولي ريخته گري نمود و سپس با انجام عمليات حرارتي موسوم به آستمپرينگ، خواص مكانيكي آن را در حد مطلوبي در قياس با فولادهاي فورج بهبود بخشيد. آستمپر كردن شامل آستنيته كردن در دماي C°950 –850، كوئنچ و استحاله همدماي نمونه در منطقه بينايتي در دماي C°450 –230، براي مدت زمان معيني ميباشد. اين فرآيند در چدن نشكن شامل دو مرحله زير است:
مرحله اول استحاله : γ → α + γhcمرحله دوم استحاله : γhc → α + Carbide
استحاله آستمپر با جوانهزني و رشد فريت در زمينه آستنيتي آغاز ميشود. در پايان مرحله اول استحاله، ساختار حاوي فريت و آستنيت غني از كربن (γhc) مي باشد. در مرحله دوم آستنيت غني از كربن به دو فاز پايدارتر فريت و كاربيد تجزيه ميشود. مي -توان گفت كه آستنيت باقيمانده مهمترين فاز حاصل از آستمپر چدنهاست كه كسر حجمي آن تعيين كننده خواص نهايي آلياژ ميباشد. آستنيت در اين نوع چدنها بر سه گونه ميباشد؛ – آستنيت اولي ه يا آستنيت واكنش نكرده كه درصد كربن آن در حدود 8/0 الي 1/1 درصد ميباشد.
آستنيت واكنشيافته نيمهپايدار كه مقدار كربن آن در طول آستمپرينگ به 2/1 تا 6/1 درصد ميرسد.
آستنيت واكنشيافته پاي دار يا آستنيت غني از كربن با مقدار كربن 8/1 تا 2/2 درصد كه در دماي محيط از نظر ترموديناميكي پايدار بوده و از اينرو به آستنيت باقيمانده موسوم است. فاز آستنيت باقيمانده در ساختارِ پس از آستمپر چدن نشكن، دليل اصلي خواص منحصر بفرد اين نوع چدنهاست. اين فاز در اثر پس زده شدن كربن از تيغههاي فريت بينايتيِ در حال رشد در طي استحاله همدما، غني از كربن شده و پايدار ميگردد. آستنيت باقيمانده، فاز پيوستهاي است كه منجر به چقرمگي و انعطافپذيري بالاي اين چدنها ميشود. از طرف ديگر اعمال تنشهاي بالا، امكان استحاله آنرا به فاز سخت مارتنزيت با مكانيزم TRIP مي سر ميسازد و اين امر باعث بهبود مقاومت سايشي اين چدنها به ميزان چند ده برابر نسبت به چدن نشكن ريختگي مي -گردد[1-7]، لذا اندازهگيري و تعيين آن در آلياژهايي از اين دست، ضروري ميباشد.
در اين پژوهش از مدلهاي هوشمند شبكه عصبي مصنوعي به منظور تعيين مقدار آستنيت باقيمانده به صورت تابعي از تركيب شيميايي (درصد وزني كربن، درصد وزني سيليسيم، درصد وزني منگنز، درصد وزني نيكل، درصد وزني مس و درصد وزني موليبدن) و پارامترهاي عمليات حرارتي (دما و زمان آستنيته كردن و دما و زمان آستمپر كردن) استفاده شده و كوشش گرديده است كه كارآمدترين مدل با كمترين خطا براي تخمين مقدار آستنيت باقيمانده معرفي گردد.

2- اندازهگيري كسر حجمي آستنيت باقيمانده در چدنهاي نشكن آستمپر شده
ميزان فاز آستنيت باقيمانده در ريزساختارِ پس از آستمپر چدن نشكن، متاثر از تركيب شيمياييِ چدن ريختگي (درصد كربن، سيليسيم، منگنز، موليبدن، مس، نيكل) و پارامترهاي عمليات حرارتي (دما و زمان آستنيته كردن، دما و زمان آستمپر كردن) بوده و با تغيير اين پارامترها، مقدار آستنيت باقيمانده تغيير خواهد كرد. با توجه به وابستگي خواص چدنهاي ADI به ميزان اين فاز در ريزساختار، اندازهگيري مقدار آن بسيار حائز اهميت است ولي روش اندازهگيري مرسوم آن دشوار و بسيار حساس به نحوه آمادهسازي نمونههاست و از طرفي روشي پر هزينه و همراه با خطاهاي دستگاهي و فردي بالاست. در اين روش براي تعيين ميزان آستنيت باقيمانده، نمونههاي مورد نظر بايد تا سمباده1200 پرداخت شده و با اعمال نيروي كم به منظور كاهش اثراتكار مكانيكي با نمد و پودر آلومينا پوليش گردند. بعد از شستشوبا الكل و خشك كردن، نمونهها بايد تحت پراش اشعه X بادستگاه ديفراكتومتر قرار بگيرند. محدوده مناسب تغييرات زاويهتفرق از 40 تا 100 درجه با سرعت sec/° 04/0 ميباشد. برايافزايش دقت در محاسبات بايستي سه پيك (200)، (110) و (211) فريت با شبكه كريستالي BCC و سه پيك (111)، (200) و (220) آستنيت با شبكه كريستالي FCC در نظر گرفته شود.
روش كار در تعيين ميزان آستنيت باقيمانده مطابق با استاندارد ASTM E975-84 است كه در آن شدت پيك مورد نظر طبق رابطه (1) با كسر حجمي آن فاز متناسب ميباشد؛ رابطه (1) I hkl = K R hkl V / 2μ
كه در آن؛
397764-4175

]
m
e
)
4
π
μ
[(
)
r
32
π
2
(
P
F
[
)
1
2
2
2
2

]

m

e

)

4

π

μ

[(

)

r

32

π

2

(

P

F

[

)



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید