بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، تأثیر فرآیند اصطکاکی اغتشاشی - FSP - بر خصوصیات فلز جوش فولاد ساده کربن St37 مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا صفحات فولاد ساده کربنیSt37 توسط تکنیک جوشکاري قوس فلز - گاز - - GMAW جوشکاري و در ادامه فلز جوش مذکور تحت عملیات FSP با سرعت چرخشی 800 rpm و سرعت انتقال 14 mm/min واقع شد. مطالعات ساختاري حاکی از تأثیر چشمگیر عملیات FSP بر دانهبندي فلز جوش داشت. به عبارت دیگر عملیات FSP موجب کاهش بیش از 90 درصدي اندازه دانه فلز جوش - کاهش اندازه دانه از 37/4 m به - 3/6 m شد که این تغییرات ساختاري، بهبود چقرمگی شکست را میتواند موجب شود. بهعلاوه عملیات FSP موجب یکنواختی توزیع در نمونه اصلاح شده در مقایسه با پروفیل سختی نمونه جوشکاري شده داشت.
مقدمه
فرآیند فرآوري اصطکاکی اغتشاشی - - FSP1 یک ﻓﺮآﯾﻨﺪ منتجه از جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی میباشد که توسط میشرا و همکاران [1] به منظور اصلاح خصوصیات سطحی آلومینیم ابداع شد - شکل . - 1 در فرآیند FSP با استفاده از حرکت چرخشی یک ابزار غیرمصرفی مقاوم در برابر حرارت و سایش که با هندسه خاصی طراحی شده در سطح مورد نظر، موجب تغییرات ساختاري و خواص محسوسی میشود. از FSP براي اصلاح موضعی ساختاري در سطح و ایجاد کامپوزیت سطحی و افزایش خواص مکانیکی استفاده میشود .[2] از تحقیقات جدید مرتبط با FSP میتوان به اصلاح ساختار و خصوصیات فلز جوش ایجاد شده توسط فرآیند جوشکاري ذوبی اشاره کرد .[3] علیرغم مزیتهاي متعدد فرآیند جوشکاري فلز-گاز - GMAW2 - ، ولی حرارت ورودي بالا همراه با قوس الکتریکی موجب ایجاد تغییرات ساختاري شدید و توسعه تنش پسماند محسوس در نواحی جوشکاري شده میشود. ماهیت فشاري و اصلاح ساختاري ایجادشده حین FSP امکان استفاده از این فرآیند را براي اصلاح ساختار و خصوصیات فلز جوش ایجاد شده توسط فرآیند جوشکاري ذوبی فراهم مینماید .[4] در این پژوهش با اعمال عملیات FSP بر فلز جوش ایجاد شده به روش GMAW در فولاد ساده کربنی، تغییرات ساختاري و خصوصیات مربوطه مورد مطالعه ارزیابی واقع خواهد شد.
روش تحقیق
در این پژوهش، جهت انجام جوشکاري از دوورق فولاد ساده کربنی St37 به ضخامت1/5mm و ابعاد 250×125 mm2 با ترکیب شیمیایی Fe-0.16C-0.05 Mn-0.02 Si استفاده شد. جوشکاري توسط فرآیند فلز-گاز - GMAW - به صورت تک پاسه جوشکاري شد. جزئیات جوشکاري در این روش در جدول 1 آمده است .[5] در ادامه نمونههاي جوشکاري شده تحت عملیات اصطکاکی اغتشاشی - FSP - ، با استفاده از یک ابزار استوانهاي ساده بدون پین از جنس کاربید تنگستن-کبالت واقع شدند. زاویه قرارگیري پین با سطح نمونه 3 درجه، سرعت چرخش ابزار حین انجام فرآیند 1250 rpm و سرعت انتقال ابزار 14 mm/min اعمال شد .[6] نمونه هاي متالوگرافی از مقطع عرضی جوش و ناحیه FSP شده برش و بعد از آمادهسازي سطحی مطابق روشهاي استاندارد متالوگرافی، توسط محلول نایتال %2 در حدود 10 ثانیه اچ و مورد مطالعات ساختاري نوري و روبشی واقع شد. تأثیر عملیات FSP بر توزیع سختی ناحیه جوشکاري شده توسطدستگاه میکروسختیسنجی انجام شد.
نتایج و بحث
مطالعات ریزساختاري
تصاویر میکروسکوپ نوري از مقطع عرضی جوش همراه با نمودار آهن کربن در دو نمونه جوشکاري و FSP شده در شکل 2 ارائه شده است.
- ناحیه فلز جوش - WM1 -
برخلاف دانههاي هممحور فریت در فلز پایه، ساختار ستونی و تشکیل دندریتهاي زمخت در فلز جوش موید ذوب و انجماد اپیتکسیال و رشد رقابتی در فلز جوش میباشد - شکل -4 الف - . به عبارت دیگر جوشکاري موجب از بین رفتن کامل ساختار کار سرد شده در موضع جوشکاري میشود. ریزساختار فلز جوش شامل دانههاي درشت فریتی با اندازه 37-2 m در زمینه پرلیتی است.
- ناحیه تحت تأثیر حرارت در نمونه جوشکاري شده - HAZ2 -
HAZ در نمونههاي GMAW شده را میتوان به دو زیرناحیه تقسیمبندي نمودHAZ -I±. μ نزدیک به فلزپایه. این منطقه داراي فریت و پرلیت ریزدانه با اندازه دانه متوسط حدود μ21 4 mاستHAZ -II . ± نزدیک به فلز جوش . این منطقه شامل دانههاي بزرگ فریت با اندازه دانه حدود 30 5 m و پرلیت تجزیه شده میباشد. تغییرات ساختاري مذکور را میتوان به حداکثر دماي ایجاد شده در هر منطقه و سرعت سرد شدن نسبت داد که با دور شدن از مرز WM/HAZ به سمت فلز پایه این پارامترها کاهش مییابد - شکل -4 ب - .
مطالعات ساختاري نمونه اصلاحشده با FSP - ناحیه اغتشاش - SZ3 -
SZ علاوه بر سیکل حرارتی، دستخوش کرنش زیاد نیز میشود - شکل -5 الف - .کرنش و دماي بالاي ایجاد شده در SZ موجب μتبلور ±مجدد دینامیکی و توسعه ساختار ظریف در این ناحیه میشود. میانگین اندازه دانه در این ناحیه 3/6 0/2 m اندازهگیري شد.
