بخشی از مقاله
استفاده از آزمون غير مخرب جهت تشخيص فاز ترد سيگما در فولاد زنگ نزن دوفازي
چکيده
نتايج حاصل از مطالعه شکست قطعه از جنس فولاد ١.٤٤٦٢ نشان داد که تشکيل فاز ترد سيگما موجب تردي و در نتيجه تخريب قطعه مذکور بوده است . به منظور شناسايي ، تشخيص و جداسازي قطعات توليد شده معيوب ، نياز به ارائه روش مناسب غير مخرب مي باشد. در مقاله حاضر با توجه به ماهيت ساختاري اين فاز و تفاوت مشخصه هاي فيزيکي آن با ساختار دو فازي آلياژ مذکور و همچنين تغيير رفتار آن نسبت به امواج الکترو مغناطيسي مورد استفاده در تجهيزات و روش غير مخرب فريت سنجي ، اين روش مبناي تشخيص فاز سيگما قرار گرفت . سپس با کاليبراسيون انجام شده در نمونه هاي با درصد متفاوت فريت - سيگما و مقايسه با خواص مکانيکي نمونه هاي با ساختار سالم و معيوب ، معيار مناسبي براي کنترل کيفي غير مخرب قطعات و مجموعه هاي با وضعيت نامشخص ارائه گرديده است .
کلمات کليدي : شکست ، فاز سيگما، فريت سنجي ، فولاد دوفازي ١.٤٤٦٢
مقدمه
فولادهاي زنگ نزن محدوده وسيعي از آلياژهايي بر پايه آهن با حداقل ١٢% کروم ميباشند. اين فولادها با توجه به ترکيب شيميايي و عناصر موجود در آنها به انواع مختلف تقسيم بندي مي شوند که شامل انواع آستنيتي ، مارتنزيتي ، فريتي ، رسوب سخت و دو فازي آستنيتي - فريتي مي باشد. شرايط مربوط به هر يک از اين نوع فولادها متناسب با ريزساختار آنها بوده و خواص مکانيکي ، خوردگي ، جوشکاري و ساير پارامترها را نيز تحت تاثير قرار مي دهد. بعنوان مثال هدف از طراحي فولادهاي زنگ نزن دوفازي اين است که ضمن برخورداري از مقاومت به خوردگي نسبتا بالا (نظير گروه هاي آستنيتي ) از استحکام مکانيکي بهتري (در حد فولادهاي فريتي ) نيز برخوردار باشند. در حقيقت موازنه عناصر به گونه اي انجام شده که در دماي محيط ، ريزساختار مربوطه ترکيبي از آستنيت و فريت باشد[١].
بطور کلي در فولادهاي زنگ نزن دو پديده متالورژيکي وجود دارد که بايد همواره مد نظر قرارگيرد تا در حين توليد قطعه و در شرايط کاري مختلف نظير فرآيندهاي عمليات حرارتي ، جوشکاري ، شکل دهي و ...، ساختار متالورژيکي آنها تغيير نکند. اين دو پديده شامل تشکيل کاربيد کروم [ ٣ و٢]. و فاز ترد سيگما [١] ميباشد. سيگما، فاز غني از کروم و ناشي از ترکيب آهن ، کرم ، موليبدن و ..... مي باشد که در فولادهاي با درصد فريت بالا و حداقل ٢١% کروم ايجاد مي شود[١]. اين فاز در صورتي تشکيل ميشود که فولاد مذکور در زمان طولاني در شرايط دمايي ٩٧٥-٨٠٠ درجه سانتيگراد قرار داشته باشد.
نمودار مربوط به تغييرات دما و زمان تشکيل فاز مذکور در شکل (١ ) آمده است . فاز سيگما بسيار ترد و شکننده بوده و در صورت تشکيل آن در قطعه اي که تحت عمليات حرارتي نامناسب و يا کارکرد طولاني در محدوده دماي تشکيل سيگما باشد، باعث افت شديد داکتليتي و مقاومت به خوردگي مي گردد[٤].
روش تحقيق
قطعه مورد بررسي در اين تحقيق از گروه فولادهاي زنگ نزن دو فازي و معادل ١.٤٤٦٢ DIN مي باشد. ترکيب شيميايي و خواص مکانيکي مربوط به اين آلياژ در جدول (١) آمده است . تصوير ريزساختار مربوط به اين آلياژ نيز در شرايط آنيل شده در شکل (٢) ارائه شده است . همانطور که ديده ميشود، ترکيب شيميايي و موازنه بين کروم و نيکل موجب شده است که در دماي محيط ساختار اين فولاد حاوي دو فاز فريت و آستنيت باشد[٥].
قطعه تحت بررسي در اين تحقيق ، در شرايط کاري تحت نيروي بسيار کمتري از حد اسمي ( بر اساس جدول ١) دچار تخريب گرديده است . بر اين اساس و به منظور بررسي دقيق ، مطالعات مخرب شامل متالوگرافي و تعيين خواص مکانيکي انجام گرفت . ابتدا مقاطع مختلف از قطعه تخريب شده برش خورده و متالوگرافي گرديد و ميزان فاز فريت ، آستنيت و سيگماي موجود در آنها بررسي شد. علاوه بر آن نمونه هاي تست کشش به صورت sub size و منطبق با استاندارد ASTM-E٨ از مواضع مختلف قطعه مذکور تهيه شده و نتايج بدست آمده مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت . در ادامه و پس از تعيين علت وقوع تردي و شکست در قطعه مذکور، به منظور تشخيص و جداسازي قطعات معيوب توليد شده و جلوگيري از اسقاط آنها، نياز به استفاده از روشهاي غير مخرب مي باشد. بر اين اساس ضمن بررسي روشهاي مختلف ، قابليتها و محدوديتهاي آنها، روش فريت سنجي به عنوان روش مناسب انتخاب گرديد و براي ايجاد يک رابطه منطقي بين ريزساختار و نتيجه حاصل از انجام اين آزمون ، نمونه هايي از قطعات سالم و معيوب به عنوان شاهد تهيه شده و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند.
نتيجه گيري و بحث
با بررسي هاي چشمي بر روي آثار و ظواهر قطعه مورد نظر، مشاهده گرديد که شکست ايجاد شده از نوع شکستهاي ترد و با حداقل جذب انرژي ( بدون ايجاد تغيير فرم ) در سطح شکست بوده است (شکل ٣). همچنين طبق نتايج بدست آمده از نمونه هاي تست کشش که از قطعه مذکور تهيه شد، افت شديد خواص مکانيکي در قطعه تخريب شده کاملا مشخص است (جدول ١).
