بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش فولاد GS-45 CrNiMo4-2 بعنوان یکی از فولادهاي ابزار تحت سیکلهاي مختلف عملیات حرارتی قرار گرفت و بررسیهاي ریزساختار به کمک آزمون متالوگرافی و آزمونهاي مکانیکی - کشش، ضربه و سختی - جهت ارائه بهینهترین سیکل عملیات حرارتی صورت پذیرفت. نتایج نشان می دهد در این نوع خاص از فولاد، استفاده از دماهاي پایین آستنیت - 800œC - شرایط مطلوبتري در راستاي تشکیل فازهاي کاربیدي و ساختارهاي ریز دانه فراهم نموده و دوري از محیطهاي سردکننده قوي بدلیل سختیپذیري بسیار زیاد آن، امري ضروري میباشد. عملیات برگشت در این فولاد بعد از سیکل کوئنچ نتایج بهتري را حاصل نموده که لزوم انجام این عملیات را بعنوان عملیات نهایی فراهم میکند.
کلمات کلیدي: عملیات حرارتی، فولاد ابزار، ریزساختار، کاربید، خواص مکانیکی، سختیپذیري.
مقدمه
فولاد GS-45 CrNiMo4-2 به عنوان فولاد کم آلیاژ بهسازي شده شناخته میشود. که بسته به کاربرد و پروسههاي تولیدي بعدي، شرایط عملیات حرارتی متفاوتی را میتوان بر روي این فولاد اجرا نمود. نیاز صنعت به فولادهاي کم آلیاژ و استفاده روزافزون صنایع حساس به فولادهاي با استحکام بالا این مواد را در جایگاه ویژهاي براي پژوهش قرار داده است. این گروه فولادها با توجه به درصد عناصر آلیاژي در دستهبندي فولادهاي کم آلیاژ قرار گرفتهاند. مهمترین عنصر در این گروه فولادها، کربن است و سختی فولاد با مقدار کربن آن تعیین میشود. افزودن عناصر آلیاژي خواصی نظیر افزایش سختیپذیري و افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را در پی خواهد داشت 1] و .[2 فولادهاي کم آلیاژ و کربن متوسط با یک درصد کروم شایعترین مواد مورد استفاده در ساخت لولههاي نفت، چرخهاي جرثقیل و دیگر قطعات مهندسی میباشد 3] و .[4 از چندین دهه قبل، مطالعه اثر ریزساختار بر رفتار مکانیکی و نرخ سایش فولادها مورد توجه بسیاري از محققان قرار گرفته است 5] و .[6 مطالعات نشان میدهد که در این فولادها، ایجاد ریزساختارهاي متداول مانند مارتنزیت بازگشت شده، ایجاد استحکام بالا توام با انعطافپذیري و تافنس مناسب،کاري دشوار و حتی ناممکن است .[5-7] طراحی و ایجاد ریزساختارهاي جدید در فولادهاي ابزار کم آلیاژ، رسیدن به استحکام بالا به همراه نرمی و تافنس مناسب را امکانپذیر ساخته است 8] و .[9 در فولادهاي ابزار، ساختار شامل زمینهاي است که کاربیدها در آن قرار گرفتهاند. در فولادهاي کربنی، این کاربیدها شامل کاربید آهن می باشند. در حالی که در فولاد آلیاژي بسته به ترکیب فولاد، از کاربیدهاي کروم، تنگستن، مولیبدن و وانادیم تشکیل میشوند و از سختی بسیار بالایی برخوردار میباشند. توزیع یکنواخت کاربیدها در زمینه از اهمیت بالایی برخوردار است. عناصر آلیاژي دیگري مانند کبالت و نیکل در فولادهاي ابزار به کار برده میشوند، اما تشکیل کاربید نمیدهند. یکی از فاکتورهاي مؤثر بر مدت زمان نگهداري در دماي آستنیته براي انجام عملیات حرارتی فولادها و بهبود خواص محصولات نهایی، مقدار درصد کاربید در ساختار میباشدکه باید کاملاً در زمینه آستنیتی حل شود. از طرف دیگر اگر کاربیدها در داخل زمینه رسوب کنند باعث افزایش استحکام میشوند، اما اگر بین مرزدانهها نفوذ کنند نتیجه آن کاهش چقرمگی فولاد میباشد. کاربید آهن به راحتی در فاز آستنیت حل میشود ولی درخصوص کاربیدهاي آلیاژي نظیر کروم، با توجه به نفوذ کم، سرعت انحلال کاربیدها کمتر میباشد. براي انحلال کامل کاربیدها باید دماي آستنیته را بالا برد که نتیجه آن افزایش اندازه دانههاي آستنیت خواهد بود .[10]
روش تحقیق
در این تحقیق نمونههایی از فولاد GS-45 CrNiMo4-2 که آنالیز آن در جدول 1 آمده است، به روش برشکاري و سنگزنی تهیه گردید. نمونهها جهت انجام عملیات حرارتی در ابعاد بزرگتر مطابق با جدول 2 تهیه و براي انجام تستهاي مکانیکی، نمونههاي ضربه بعد از فرآیند ماشینکاري بر اساس استاندارد ASTM370 و نمونههاي کشش طبق استاندارد DIN50125 آماده گردیدند.
سپس عملیات حرارتی براي به دست آوردن دماي مناسب آستنیت در سه دماي 850، 950 و 1050 درجه سانتیگراد انجام و جهت بررسی ساختار نهایی براي هر دما سه محیط خنککننده آب، روغن و هوا به کار گرفته شد. با توجه به نتایج به دست آمده که در بخش بعد به آن اشاره شده است، عملیات حرارتی تکمیلی و آزمون متالوگرافی و آزمایشات مکانیکی بر روي نمونهها مطابق با جدول 3 صورت گرفت.
نتایج و بحث
با بررسی ساختارهاي متالوگرافی نمونه مرجع - شکل - 1 و نمونههاي عملیات حرارتی شده - شکل 2 و - 3 با سه دماي مختلف آستنیت 850، 950 و 1050 درجه سانتی گراد که در هوا سرد شدهاند این نتیجه حاصل شد که استفاده از محیط سردکننده هوا براي این فولاد ساختار را از مارتنزیت یا بینیت به سمت فریت و پرلیت سوق میدهد. مقایسه نتایج سختیسنجی فولاد مرجع - 20 HRC - و سختیسنجی نمونه هاي فوق - جدول - 4 گواه بر این شرایط میباشد.
از طرف د یگر با افزایش درجه حرارت آستنیت، رشد دانههاي آستنیت منجر به درشت شدن ساختار نهایی شده - شکل2 و - 3 و رسوبهاي کاربید که نقش بسزایی در سختی این فولادها دارند از حالت ریز و یکنواخت به صورت درشت تغییر حالت خواهند داد. شکل 4 و 5 نشاندهنده کاربیدهاي شکل گرفته میباشد.
در ادامه محیطهاي سرد کننده دیگر مانند آب و روغن نیز براي سه دماي آستنیته فوق مورد آزمایش قرار گرفت. در این دو محیط سختی بسیار خوبی از نمونه ها به دست آمد - تمامی نمونهها بالاي HRC - 52 ولی به دلیل سختیپذیري بسیار زیاد این فولاد و شکلگیري فازهاي برشی مثل مارتنزیت و بینیت شاهد تركهاي بسیار زیاد بوده که البته با افزایش دماي آستنیت و بالا رفتن قدرت سردکنندگی محیط این تركها نیز افزایش یافتند. نمونههایی از این تركها با دماي آستنیت 1050 درجه سانتیگراد در محیط آب و روغن در شکلهاي 6 و 7 نشان داده شده است.
