بخشی از مقاله
ارزيابي استحاله هاي فازي فولادهاي حاوي نيکل ، کروم، موليبدن تحت شرايط سرمايش پيوسته با استفاده از دستگاه ديلاتومتري
چکيده
فولادهاي حاوي نيکل ، کروم، موليبدن به دليل داشتن خصوصياتي همچون استحکام بالا در کنار انعطاف پذيري مطلوب، قابليت جوشکاري در حالت کوئنچ - تمپر در صنعت کاربرد زيادي دارند. با توجه به تحقيقات انجام شده در مورد ريزساختار، استحاله هاي فازي و ارتباط انها با خواص مکانيکي فولادهاي هم خانواده xx ٤٣، اطلاعات جامعي در ارتباط با فولاد ١,٦٥٦٢ ساخت مجتمع فولاد الياژي اصفهان (تقريبا معادل ٤٣٤٠ AISI) جهت استفاده کاربران و توليدکنندگان قطعات وجود ندارد.
در تحقيق حاضر با استفاده از دستگاه ديلاتومتري مدل A.D ٨٠٥ رفتار ديلاتومتري فولاد ١.٦٥٦٢ بررسي و نتايج بر اساس مطالعات ريز ساختاري تحليل گرديد. عمليات حرارتي در اين تحقيق عمدتا شامل عمليات استنيته در اتمسفر خلاء و بدنبال ان کوئنچ با سرعتهاي متفاوت با استفاده از دمش گاز هليوم، نيتروژن يا ارگون مي باشد. کليه استحاله هاي فازي در دماهاي بالا، مياني و پائيني از طريق مطالعه منحنيهاي ديلاتومتري استخراج و دماهاي شروع و پايان استحاله هاي فازي تعيين و در نهايت منحني CCT رسم گرديد. ارزيابي ريزساختار کليه فازهاي موجود در نمونه به شکل کيفي و کمي انجام گرفت و کليه فازهاي تشکيل شده بر اساس مورفولوژي ارائه شده در استاندارد شناسايي و در نهايت جهت تاييد بررسي هاي ريزساختاري از تکنيک ريز سختي سنجي استفاده گرديد.
واژه هاي کليدي : ديلاتومتري ، CCT،٤٣٤٠ AISI.
١ مقدمه
فولادهاي کربن متوسط – کم الياژ کاربرد وسيعي در صنايع خودروسازي، هواپيمائي و صنايع قالب سازي دارند و به دليل حضور عناصر الياژي همچون نيکل ، کروم، موليبدن و تاثير اين عناصر در بالابردن قابليت سختي پذيري، کاهش مقاومت به ضربه ، افزايش سختي پذيري و چقرمگي بعد از عمليات تمپر و نهايتا پايداري در مقابل پوسته شدن در اثر اکسيداسيون توسعه يافته اند[١].
تردي هيدروژني مشکل اصلي فولادهاي کم الياژ – کربن متوسط عمليات حرارتي پذير با استحکام بالاتر از Ksi ٢٠٠ ميباشد[٢].
البته محققاني همچون Duqutte و Sponcer [٣] اين مشکل را با افزودن واناديم به ميزان ٠,٢١٪ برطرف و علت ان را در محبوس شدن واناديم و مشکل شدن نفوذ هيدروزن بيان کردهاند. مقاطع نازک اين فولاد قابليت سخت شدن در هوا را دارد، ولي در محيط کاري عمليات کوئنچ در روغن صورت ميگيرد که اين کار باعث ايمن سازي فولاد در برابر تردي تمپر ميشود[٤]. اين فولاد کاربرد وسيعي در شرايط کوئنچ - تمپر از خود نشان داده و به دليل ترکيب شيميائي مناسب امکان ايجاد مارتنزيت لايه اي و بشقابي را داراست [٢].
ديلاتومتري ابزاري قدرتمند جهت تعيين استحاله هاي فازي جامد – جامد در فولادها ميباشد. با استفاده از اناليز اطلاعات منحنيهاي ديلاتومتري، منحنيهاي CHT١ ,CCT ٢تعيين ميگردند و امکان پيشگوئي ميکروساختار را براي سرعتهاي گرمايش و سرمايش مختلف فراهم ميکند[٥]. منحنيهاي CT به صورت وسيعي در طراحي پارامترهاي بهينه فرايند و بدست اوردن مستقيم ميکروساختار و خواص مکانيکي فولادها در حين فرايندهاي توليد صنعتي کاربرد دارد. با توسعه تکنيکهاي شبيه سازي ميتوان ارتباط بين ميکروساختار، خواص و متغيرهاي فرايند را بوسيله منحنيهاي CCT پيشگوئي کرد[٨-٦].
در اين تحقيق فولاد ١,٦٥٦٢ ساخت مجتمع فولادالياژي اصفهان از لحاظ فازهاي تشکيل شده تحت شرايط سرمايش پيوسته مورد بررسي قرار گرفت . براي اين کار از دستگاه ديلاتومتري استفاده گرديد و کليه استحاله هاي فازي موجود در دماهاي بالا، مياني و پائين بررسي و نهايتا دماي شروع و پايان استحاله به نمودار T-t منتقل و منجر به رسم منحني CCT اختصاصي اين نوع فولاد گرديد. بررسيهاي متالوگرافي کليه فازها به صورت کمي و کيفي انجام گرفت و در جهت تاييد ريزساختارهاي مشاهده شده از تکنيک ريز سختي سنجي استفاده گرديد.
٢ روش تحقيق
در جدول ١ ترکيب شيميائي فولاد ٦٥٦٢ IASC توليدي مجتمع فولاد الياژي اصفهان (تقريبا معادل ٤٣٤٠ AISI) ارائه شده است .
جهت انجام ازمايش هاي ديلاتومتري از دستگاه ديلاتومتري A.D٨٠٥ واقع در مجتمع استفاده گرديد. اين نوع ديلاتومتر داراي اجزائي همچون کويل القائي، محفظه ايزوله از جنس الومينيم مقاوم به خوردگي، پمپ هاي روتاري و ديفوزيوني جهت ايجاد خلاءmbar ٤-x٥١٠ براي جلوگيري از اکسايش نمونه ها و دکربوره شدن انها، سيستم خنک کننده با استفاده از دمش گاز نيتروژن به سطح نمونه ، پتانسيومتر مجهز به سنسور LVDT٣ جهت تعيين ديلاتاسيون و نهايتا ريزپردازنده جهت تعيين ثبت اطلاعات در حين فرايند ميباشد. بعد از قرار دادن نمونه هاي استوانه اي در بين دو فک کوارتزي يا سيليکائي، گرمايش به روش القائي به نمونه اعمال شده و تغييرات ابعادي ناشي از استحاله بر روي نمودارهائي ظاهر ميگردد که اين نمونه ها مطابق استاندارد SEP1681 به طول ١٠ ميليمتر و به قطر ٤ ميليمتر و از مقاطع شعاعي ديسکهاي بريده شده از شمش و از ١.٣ مياني قطر ديسک ها تهيه ميشوند (به دليل حذف جدايش ). جهت جلوگيري از سوختگي، سطح نمونه ها بايد در نهايت دقت صاف و صيقلي شود و در صورت نياز به سرعتهاي سرمايش بالا بايد از نمونه هاي توخالي استفاده کرد.
سيکلهاي ديلاتومتري اعمالي در اين پژوهش شامل عمليات استنيته در دماي C° ٩٠٠ و به مدت زمان ١٠ دقيقه و به دنبال ان سرمايش تا دماي محيط در مدت زمانهاي متفاوت ميباشد. شکل ١ شماتيک سيکلهاي اعمالي در اين پژوهش را نشان ميدهد.
بعد از انجام عمليات ديلاتومتري، نمونه ها مانت گرم شده و با انجام بررسيهاي ريزساختاري به صورت کمي و کيفي و بر اساس استانداردهاي معتبر، فازهاي موجود شناسائي شدند. براي بررسيهاي کمي از تکنيک متالوگرافي کمي به روش شمارش با استفاده از شبکه ١١*١١ استفاده گرديد. نهايتا در جهت تاييد فازها از تکنيک ريز سختي سنجي استفاده شد.
٣ نتايج و بحث
شکل ٢ نمونه اي از منحنيهاي حاصل از انجام عمليات ديلاتومتري در اين پژوهش را نشان ميدهد. در اين شکل منحني تغييرات ابعادي و دما بر حسب زمان براي سيکلهاي اعمال شده مشخص ميشود. در اين حالت هنگام گرمايش انبساط نسبي و در هنگام سرمايش انقباض را ايجاد ميکند. با شروع هر گونه استحاله تغيير محسوس در شيب منحني ديلاتاسيون مشاهده شده و سپس در انتها با تغيير در شيب منحني پايان تغيير فاز تعيين ميشود. با بررسي دقيق منحنيهاي ديلاتاسيون، دماهاي شروع و پايان استحاله تعيين و به اين ترتيب منحني CCT مربوط به فولاد رسم ميگردد.
در منحني ارائه شده، شروع استحاله استنيتي با تغيير شيب منحني ديلاتاسيون در دماي C° ٧٤٣.٣ و پايان ان در دماي C° تعيين گرديد. در هنگام سرمايش نمونه در مدت زمان ٥ ساعت شروع استحاله بينيتي در دماي C° ٤٩٠ و پايان استحاله در دماي C° ٣٩٢ مشاهده شد. به همين ترتيب دما و زمان شروع و پايان کليه استحاله ها به روش هندسي و با بررسي شيب منحنيها تعيين ميشود[١٠-٩].
