بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر، تأثیر دماي آستنیته 1040œC - و - 1070œC، دماهاي تمپر 300-400œC و زمانهاي تمپر 2 - و 5 ساعت - بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI 422 مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ریز ساختار از میکروسکوپ نوري و میکروسکوپ الکترونی روبشی و ارزیابی خواص مکانیکی از آزمونهاي کشش، ضربه و سختی و همچنین به منظور بررسی، تأثیر دماي آستنیته بر روي درصد حجمی کاربیدها از دستگاه پراش اشعه X استفاده شد. نتایج نشان داد، با افزایش دماي آستنیته از 1040œC به 1070œC، انرژي ضربه کاهش و سختی و استحکام کششی نهایی افزایش مییابد. پدیده سختی ثانویه در فولاد مذکور در محدوده دمایی 400-500œC مشاهده شد که منجر به افزایش سختی و استحکام کششی نهایی و کاهش انرژي ضربه میگردد. همچنین در دماي تمپر 700œC با افزایش زمان تمپر از 2 به 5 ساعت بدلیل افزایش اندازه کاربیدهاي رسوب کرده، انرژي ضربه افزایش یافته اما سختی و استحکام کششی نهایی کاهش مییابد.
مقدمه
فولادهاي زنگنزنمارتنزیتی به طور همزمان با دارا بودن خواص مکانیکی بهینه، مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش بالا به طور گسترده در صنایع پتروشیمی، دریایی، هوا- فضا و صنایع غذایی مورد استفاده قرار میگیرند .[1-4] در این میان فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI 422 در نیروگاههاي اتمی، وسایل دندانپزشکی، تیغههاي جراحی و تیغههاي برشی استفاده میشود .[5] برخلاف سایر فولادهاي زنگنزن، در فولادهاي زنگنزن مارتنزیتی عملیات حرارتی نقش بسیار بالایی دارد. بنابراین کنترل روند انجام عملیات حرارتی براي تشکیل مارتنزیت لایهاي، کمترین میزان فریت دلتا و آستنیت باقیمانده بسیار ضروري است .[6] همچنین در فولادهاي زنگنزن مارتنزیتی استحکام و انرژي ضربه وابستگی زیادي به میزان کربن و عناصر آلیاژي موجود در آستنیت دارد. عملیات حرارتی پیشنهادي براي فولاد زنگنزن مارتنزیتی AISI 422 شامل الف - آستنیته کردن در محدوده دمایی 1000-1050œC به مدت زمان 60 دقیقه و بدنبال آن کوئنچ در روغن، ب - عملیات تمپر در محدوده دمایی 200-300œC به مدت زمان 60 دقیقه براي دستیابی به استحکام بالا و انرژي ضربه متوسط و عملیات تمپر در محدوده دمایی 600-700œC به مدت زمان 60 دقیقه براي استحکام متوسط و انرژي ضربه بالا میباشد. براي دستیابی به مقدار بهینه از چقرمگی و استحکام بالا بایستی سیکل عملیات حرارتی با دقت انجام گیرد .[7] در مطالعه اي که توسط شفر[8] 1 بر فولاد کروم- مارتنزیتی به منظور تأثیر فریت دلتا و کاربیدهاي دندریتی بر روي انرژي ضربه انجام گرفت، کاربیدهاي دندریتی رسوب کرده روي مرز فریت دلتا منجر به کاهش انرژي ضربه شده است. در حالی که وانگ2 و همکارانش [9] معتقد بودند که حضور فریت دلتا در ریزساختار، انرژي ضربه فولاد زنگنزن مارتنزیتی 13Cr-4Ni را کاهش میدهد. در مطالعهاي که توسط کالیاري3 و همکارانش [10] بر روي فولاد زنگنزن مارتنزیتی Ni-Mo به منظور بررسی تأثیر دماي تمپر بر روي سختی انجام گرفت، پدیده سختی ثانویه در محدوده دمایی 500-560œC مشاهده شد. با توجه به لزوم دستیابی به استحکام و انرژي ضربه بالا در فولاد زنگنزن مارتنزیتی AISI 422، در تحقیق حاضر تأثیر دماي عملیات آستنیته کردن و تأثیر دما و زمان تمپر در فولاد مذکور بر استحکام، انرژي ضربه و ریزساختار مورد ارزیابی قرار میگیرد.
روش تحقیق
در این پژوهش فولاد زنگنزن مارتنزیتی AISI 422 مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول 1 آمده است. این فولاد طی مراحل ذوب در کوره قوس الکتریکی به صورت شمشهایی به قطر 397 mm و طول 2000 mm ریختهگري میشود. سپس این شمشها در محدوده دمایی 1150-1180œC آهنگري شده و عملیات آنیل در دماي 700œC به مدت زمان 120 دقیقه انجام میشود. سپس نمونههاي استاندارد کشش و ضربه را به صورت طولی و به شکل بلوك از سطح دیسک انتخاب و توسط اره نواري برش داده میشوند. در نهایت نمونههاي کشش و ضربه به صورت نیمه تمام و مجزا آمادهسازي میشوند. جهت عملیات حرارتی، نمونهها با نرخ گرمایشی 8°C/min تا دماي 620œC به مدت زمان 30 دقیقه پیشگرم شدند. سپس نمونهها با همان نرخ حرارتی جهت مقایسه تأثیر دماي آستنیته بر خواص مکانیکی تا دماي - SA1 - 1040œC و - SA2 - 1070œC به مدت زمان 60 دقیقه آستنیته شده و در روغن 30 œC کوئنچ شدند، در نهایت عملیات تمپر در دماي 700œC به مدت زمان 120 دقیقه انجام شد. به منظور بررسی تأثیر دماي تمپر بر استحکام، سختی و انرژي ضربه نمونههاي آستنیته شده در دماي 1040œC به مدت زمان 60 دقیقه پس از کوئنچ در روغن 30œC، در دماهاي 300œC ، 400œC ، 500œC ، 600œC و 700œC تحت عملیات تمپر به مدت زمان 120 دقیقه قرار گرفتند. به منظور بررسی تأثیر زمان تمپر، نمونه آستنیته شده در دماي 1040œC به مدت زمان 60 دقیقه پس از کوئنچ در روغن 30 œC در دماي 700œC به مدت زمانهاي 120 و 300 دقیقه تمپر گردید. آزمون کشش در دماي محیط بر روي نمونههاي عملیات حرارتی شده مطابق با استاندارد DIN-EN 10001-2 با نرخ 10 mm/min توسط دستگاه کشش ZWICK Z 250 انجام گرفت. همچنین آزمون ضربه شیاري - شارپی - مطابق استانداردDIN-EN 10045 mm توسط دستگاه ZWICK 511 بر روي نمونههاي عملیات حرارتی شده با ابعاد 50×10×10 انجام گرفت. عملیات سختیسنجی با استفاده از دستگاه آزمون سختی EMCO مدل M4U 750 بر روي نمونههاي استاندارد آزمون ضربه - عملیات شده - و پولیش شده در مقیاس راکول سی مطابق استاندارد DIN- E 6508 صورت گرفت. عدد اندازه دانهها در نمونههاي SA1 - و - SA2 مطابق با استاندارد ASTM E 112 و توسط اکسیداسیون سطحی تعیین گردید. بررسی ساختار نمونهها با استفاده از محلول اچ ویللا توسط میکروسکوپ نوري Olypmous، مدل PMG 3 و میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل LEO 435 VP انجام گرفت. به منظور شناسایی نوع کاربیدهاي رسوب کرده از آنالیز EDS استفاده شد. جهت بررسی فازي ساختار نمونهها بعد از عملیات حرارتی از دستگاه پراش اشعه X مدل PW3710 و تابش پرتو C N استفاده شد.
