بخشی از مقاله
بررسی تاثیر زمان آستنیته کردن بر میزان سختی و رفتار سایشی فولاد 1/3505
چکیده
در این تحقیق تاثیر زمان آستنیته کردن بر سختی و رفتار سایشی فولاد 1/3505 بررسی شد. نمونه هاي تهیه شده که به شکل دیسک هایی با قطر 5 سانتی متر و ضخامت 0/5 سانتی متر می باشند ، پس از آستنیته کردن در دماي 850 درجه سانتی گراد به مدت زمان هاي 0/5 ، یک و 1/5 ساعت در روغن سرد شدند. عملیات بازپخت ایـن نمونه ها در دماي 200 درجه سانتی گراد و به مدت زمان 0/5 ساعت انجام پذیرفت. سختی کلیه نمونه ها قبل و بعد از تمپر در مقیاس راکول سی انجام پذیرفت و در ادامه آزمون سایش از نوع پین بر روي دیسک با نیروي 120 نیوتن و با سرعت 0/08متر بـر ثانیـه و طـی مسـافت حـداکثر 1000 متـر صـورت گرفـت. در انتهـا سـاختار میکروسکوپی نمونه ها بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که سختی نمونه اي که نیم ساعت آستنیته شده بود قبل از تمپر28 و بعد از تمپر 26 ، براي نمونه اي که یک ساعت آستنیته شده بود قبل از تمپر 59 و بعد از تمپر 55 و براي نمونه اي که یک ساعت و نیم آستنیته شده بود قبل از تمپر 63 و بعـد از تمپـر 55 راکـول سـی است. نتایج به دست آمده از آزمون سایش گویاي این مطلب است که با افزایش زمان آستنیته ، رفتار سایشی این فولاد بهبود می یابد.
واژههاي کلیدي: آستنیته کردن ، باز پخت ، سختی راکول سی ، رفتار سایشی ، فولاد 1/3505
مقدمه
سایش یکی از مخرب ترین پدیده ها در صنایع مختلف از جمله صـنایع فـولاد ، پتروشـیمی،غذایی،حمل و نقل،معادن و ... است. سایش هزینه هاي کلانی را بر کشورهاي جهان تحمیل می نماید و کاهش سایش و مقابله با آن یکی از چالش هاي مهم کشورهاي جهان می باشد.[1]
فولاد AISI1 52100 و فولادهاي کربوره شده براي بلبرینگ و رولبرینگ استفاده می شود و مقاومت سایشی و عمر خستگی بالایی دارند.[2] یاتاقان هاي لغزشی عموما به صورت دو فلزي ساخته می شوند. قطعات دو فلزي از دو لایه فلز یا آلیاژ مختلـف
تشکیل شده اند. به صورتی که فصل مشترك و بین اتم هاي آن ها نوعی پیوند فلزي برقرار است. در یاتاقان هاي دو فلزي لایه بیرونی از فولاد کم کربن، آلیاژي و یا برنز ساخته می شود چون وظیفه آن تحمل نیرو است. لایه نازك داخلی نیز از آلیاژهایی با خواص ضد اصطکاکی و روغن کاري مناسب مثل بابیت (آلیاژي عمدتا از روي و کمی هم آنتیموان، مس و سرب ) یا آلیاژهاي آلومینیوم ساخته می شود. در نوع غلتشی ساچمه ها و غلتک ها از فولادهاي خاص و قفسه ها نیز از نوع پلی آمید، فولاد یا برنج ساخته می شود. یاتاقان هاي غلتشی از فولادهاي مختلفی ساخته می شوند که برخی منابع آن ها را بر حسب نوع عملیات حرارتی و برخی دیگر بر حسب درصد کربن دسته بندي می کنند:[3] -1 فولادهاي داراي کربن بالا با عملیات حرارتی و سخت کاري کامل که داراي یک درصد کربن و مقداري Cr هستند.
-2 فولادهاي داراي کربن پایین با عملیات حرارتی و سخت کاري موضعی و سـطحی کـه داراي 0/2 درصـد کربن و مقداري Ni وCr اند و تحت عملیات کربوره کردن (کربن دار کردن) قرار می گیرند تا سطح آن بـه سختی مناسب برسد.
-3 فولادهاي داراي کربن متوسط و عملیات حرارتی و سخت کاري سطحی شعله اي یا القایی که داراي 0/5 درصد کربن اند و تنها مناطق خاصی در سطح تماس آن ها سخت کاري می شود.
-4 فولادهاي زنگ نزن که حدود 0/5 تا 1 درصد کربن و مقداري Ni وCr و Mo اند و براي یاتاقان هایی که در دماهاي بیش از 150درجه سانتیگراد کار می کنند مناسب اند. [3] خواص فولادهاي پرکربن :
الف) توانایی تحمل تنش تماسی بالا براي یاتاقان هاي ساچمه اي که نیروي تماسی در آن ها به صورت نقطه اي است.
ب) قابلیت کوئنچ و تمپر شدن که عملیات حرارتی ساده تري در مقایسه کربوره کردن است.
ج) پایداري ابعادي مناسب در دماي بالا به دلیل درصد آستنیت (یکی از فازهاي ترکیبی آهن و کربن) باقیمانده کم تر. [3]
خواص فولادهاي کم کربن :
الف) قابلیت انعطاف و نرمی سطح بیشتري به دلیل درصد آستنیته باقیمانده.
ب) چقرمگی مغزي بالاتر که باعث می شود که در برابر شکست درون مقطعی ناشی از شرایط کاري شـدید مقاومت کنند.
ج) وجود تنش سطحی فشاري باقی مانده که باعث مقاومت در برابر نیروهاي خمشی وارد بر یاتاقان هاي غلتکی می شود. [3] یکی از روش هاي کاهش سایش استفاده از تجهیزات و ورق هاي ضد سایش به جـاي تجهیـزات و ورق هـاي
متداول درصنایع است.[4] ورق هاي ضد سایش کاربرد هاي خیلی متنوعی دارند و قابلیت هاي بالایی در برابر سایش و مقاومت به ضربه از
خود نشان می دهند. ورق هاي ضد سایش از مقاومت سایشی نزدیکی به سرامیک ها برخوردارند ضمن این که از جوش پذیري بالایی مانند فولادهاي کربن متوسط برخوردارند. این خـواص بـی نظیـر سـبب افـزایش قابـل ملاحظه عمر قطعات و کاهش زمان توقف می گردد.5] و[6 ورق هاي ضد سایش به صورت ورق هاي فولادي ، چدنی و ورق هاي پوشش داده شده وجود دارد که از بین
آن ها می توان به فولادهاي کم آلیاژ ، چدن سفید ، چدن خاکستري و فولاد هاي نیتروره ، کربـوره ، سـطح سختی شده اشاره نمود.[10-7] از میان این مواد فولاد هاي کم آلیاژ با قیمت مناسب و امکان تهیه آسان براي برخی مصارف سایشی انتخاب می
شوند و تا درجه حرارت هاي 150-100 درجه سانتی گراد قابل استفاده می باشند. با انجام عملیات حرارتی می توان سختی و چقرمگی مورد نظر را در فولاد هاي کم آلیاژ به دست آورد.[11] فولاد هاي زنگ نزن در درجه حرارت هاي بالا و محیط هاي خورنده براي ساخت قطعات مناسب است. فولاد
هاي زنگ نزن آستنیتی در شرایط خشک تمایل به چسبندگی و جوش سرد دارند و به این دلیل از فولاد هاي مارتنزیتی و یا رسوب سختی شده استفاده می گردد. [12] به دلیل این که از فولاد 1/3505 در ساخت یاتاقان ها استفاده می شود ، بررسی راه هاي افزایش مقاومت این نوع
فولاد در مقابل سایش اهمیت پیدا می کند و هدف از انجام این تحقیق آستنیته کردن این فولاد براي افـزایش مقاومت به سایش است.
مواد و روش تحقیق
در جدول 1 ترکیب شیمیایی فولاد مورد استفاده در این پـژوهش آورده شـده اسـت. لازم بـه ذکـر اسـت کـه فولاد 1.3505 به فولاد 100Cr6 نیز معروف می باشد.
جهت بررسی تاثیر زمان آستنیته کردن بر سختی و رفتار سایشی این فولاد ، نمونه هـایی بـه شـکل دیسـک بـا قطر 5 cm و ضخامت 0/5 cm تهیه شد. این نمونه ها در دماي 850 درجه سانتی گراد و در زمان هاي مختلف
آستنیته و سپس در روغن کوئنچ گردید. پس از آن نمونه ها در دماي 200 درجه سانتی گراد و بـه مـدت 0/5 ساعت تمپر شده و سپس در هوا سرد گردید. سختی نمونه ها قبل و بعد از تمپر اندازه گیري شد. رفتار سایشی نمونه ها به وسیله آزمون پین بر روي دیسک با نیروي 120نیوتن و سرعت 0/08 متر بر ثانیه و تا مسافت 1000متر مورد بررسی قرار گرفت. در انتها ساختار میکروسکوپی نمونه ها با میکروسکوپ نوري بررسی شد.
نتایج و بحث
-1 نتایج سختی سنجی :
در جدول 2 اعداد سختی به دست آمده، براي نمونه هاي شماره 1 و 2 و 3 قبل از تمپر کردن آورده شده است. نمونه شماره 1 نیم ساعت نمونه شماره 2 یک ساعت و نمونه شماره 3 یک و نـیم سـاعت در دمـاي 850 درجـه سانتیگراد آستنیته شده اند و سپس در روغن سرد شده اند. در نمونه شماره1 ، نمونه اصلا وارد منطقه آسـتنیت نشده، در نتیجه پس از سرد شدن در آب همان ساختار تعادلی را دارد که سختی آن کم است. در نمونه شماره2 ، نمونه وارد منطقه آستنیت شده است، ولی به طور کامل آستنیته نشده است. این نمونه پس از سرد شـدن در روغن علاوه بر فاز مارتنزیت، مقداري فاز تعادلی نیز دارد که باعث می شود سختی آن در مقایسه با نمونه شماره 1 بیش تر باشد. در نمونه شماره3 ، نمونه کاملا وارد منطقه آستنیت شده و به طور کامل آستنیته شده است. این نمونه پس از سرد شدن در روغن فاز مارتنزیت به مقدار زیاد و کمی هم آستنیت باقی مانده دارد.
در جدول 3 اعداد سختی به دست آمده، براي نمونه هاي شماره 1 و 2 و 3 بعد از تمپر کردن آورده شده است. همان گونه که مشاهده می شود، با مقایسه سختی هر نمونه قبل و بعد از تمپر کردن آن مشخص می شود کـه سختی هر نمونه ، مقداري افت کرده است. این به این دلیل است که با تمپر کردن ، فاز سخت و ترد مارتنزیت به فازي با سختی کم تر و انعطاف پذیري بیش تر به نام مارتنزیت تمپر شده تبدیل می شود. نمونه اي که سـختی بیش تري داشته ، بیش تر افت سختی پیدا کرده است که نشان می دهد، نمونه اي که فاز مارتنزیت آن سخت تر بوده پتانسیل بیشتري براي کاهش سختی دارد.
-2 نتایج تست سایش :
جدول4 نتایج مربوط به تست سایش را براي نمونه هاي آستنیته شده در زمان هاي مختلف نشان می دهد. همان گونه که مشاهده می شود ، براي هر نمونه هر چه مسافت بیش تري طی شود ، وزن کاهش می یابد.
نکته دیگري که از اعداد این جدول بر می آید، این است که در ابتدا سرعت کاهش وزن شدید است. ولی با گذشت زمان سرعت کاهش وزن کمتر می شود تا به یک مقدار ثابت می رسد.
همان گونه که در شکل 1 مشاهده می شود ، براي هر سه نمونه در ابتدا شیب منحنی زیاد است. یعنی در ابتدا نرخ کاهش وزن شدید است. هر چه می گذرد ، نرخ کاهش وزن کم تر می شود تا به یک مقدار ثابت می رسد. این می تواند به دلیل ایجاد پدیده کار سختی و افزایش میزان سختی نمونه ها در اثر اعمال نیرو توسط پـین بـر روي سطح سایش باشد.
