بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش فولاد GS-45CrNiMo4-2 بعنوان یکی از فولادهای ابزار تحت سیکلهای مختلف عملیاتحرارتی قرار گرفت و بررسی ریز ساختار به کمک آزمون متالوگرافی صورت پذیرفت.مقاومت بهخوردگی نمونههای مرجع و عملیات حرارتی شده به کمک آزمون پلاریزاسیون غلظتی در محیط3NaClدرصد مورد ارزیابی واقع شد. نتایج نشان میدهد در این نوع خاص فولاد استفاده از دماهای پایین آستنیت - 800œC - شرایط مطلوبتری در راستای تشکیل فازهای کاربیدی و ساختارهای ریز دانه فراهم نموده و دوری از محیطهای سرد کننده قوی بدلیل سختیپذیری بسیار زیاد این فولاد امری ضروری میباشد. عملیات برگشت در این فولاد بعد از سیکل کوئنچ نتایج بهتری از لحاظ ویژگیهای ساختاری را حاصل نموده که لزوم انجام این عملیات را بعنوان عملیات نهایی فراهم میکند.با توجه به تغییرات ساختاری و تشکیل فازهای با انرژی آزاد بالا خوشبختانه خواص خوردگی بدست آمده بعد از سیکلهای مختلف عملیات حرارتی درمقایسه با نمونه مرجع تغییرات چندانی را نشان نداده و حتی در دماهای تمپر بالا - 500œC - بهبود مختصری در مقاومت به خوردگی نمونهها حاصل شده است.
کلمات کلیدی:عملیات حرارتی، فولاد ابزار، ریز ساختار، کاربید، خواص خوردگی
مقدمه
فولاد GS-45CrNiMo4-2 به عنوان یک فولاد ابزار ریختگی کم آلیاژی بهسازی شده شناخته میشود و بسته به کاربرد و پروسه های تولیدی بعدی، شرایط عملیاتحرارتی متفاوتی را میتوان بر روی این فولاد اجرا نمود.[1]کاربرد این فولاد در چرخهای جرثقیل، لولههای نفت، صنایع خودروسازی، صنایع نظامی و دیگر قطعات مهندسی کم آلیاژ سختی پذیر است، به بیان دیگر، خواص نهایی آنها توسط آستنیته کردن، تشکیل مارتنزیت و در پایان بازپخت به دست میآید.[2] در عملیات حرارتی فولادهای ابزار مشکل آستنیت باقیمانده میباشد، که حکم تسریع فرسایش را در اکثر فولادهای ابزار به عهده دارد.[3]
در فولادهای ابزار،ساختار شامل زمینهای است که کاربید ها در آن قرار گرفتهاند.در فولاد هایکربنی، این کاربید ها شامل کاربید آهن میباشند. در حالی که در فولاد آلیاژی بسته به ترکیب فولاد، از کاربیدهای کروم، تنگستن، مولیبدن، وانادیم تشکیل میشوند و از سختی بسیار بالایی برخوردار میباشند. توزیع یکنواخت کاربیدها در زمینه از اهمیت بالایی برخوردار است. عناصر آلیاژی دیگری مانند کبالت و نیکل در فولادهای ابزار به کار برده میشوند، اما تشکیل کاربید نمیدهند.[4]
عناصر اصلی این فولاد کروم و منگنز هستند ولی در بعضی از فولادهای این گروه مقادیری از نیکل، مولیبدن و وانادیم افزوده میشود.حضور عناصر آلیاژی نظیر کروم، مولیبدن و وانادیم در این فولادها سبب سختیپذیری و مقاومت در برابر سایش بیشتر میگردد. عنصر نیکل چقرمگی فولاد را بالا میبرد و کروم بدلیل رسوب کاربید، مقاومت در برابر سایش فولاد را افزایش میدهد و وجود عناصر منگنز و مولیبدن در این فولادها باعث بهبود سختیپذیری آنها میگردد. و همچنین حضور وانادیم در این فولاد باعث تصفیه - ریزدانه - دانهها میشود. این فولادها در روغن سختکاری میشوند و در برابرکربوره شدن مقاومت خوبی دارند. این فولاد در ساخت ابزارآلاتیکه مقاومت به سایش و چقرمگی مناسبی را لازم دارند مورد استفاده قرار میگیرند.[5]
با توجه به شرایط جغرافیایی، فولادها در جایگاه ها و فضاهای متنوعی که بکار گرفته شده است از میزان شدت خوردگی متفاوتی برخوردار است. در هوا معمولاً ترکیبات حاصل از خوردگی بر روی فولاد اکسیدها و یا کربناتها هستنددر. محیطهای صنعتی مثلاً در مجاورت اسید سولفوریک - H2SO4 - و یا در حاشیه اقیانوسها و بدلیل افزایش نمک معلق در هوا، خوردگی شتاب مییابد. امروزه معضل بارانهای اسیدی که حاوی ترکیباتی همچون سولفات و یا کلراید هستند با از بین بردن لایه حفاظتی فلزاتی همانند فولاد، به تدریج فلز را مورد حمله قرار میدهند. انجام عملیات حرارتی بر روی فولادها بخصوص فولادهای ابزار که به عنوان عملیات نهایی این فولادها به حساب میآید ضرورت بررسی مقاومت به تأثیر محیط خنک کننده...
خوردگی در شرایط محیطی را فراهم مینماید. چراکه خوردگی به همراه عوامل فرسایش عمر کارکرد قطعات را به شدت کاهش میدهد.[6]
اگر در فولادهای ابزار کم آلیاژ، مس بکار گرفته شده تا 0/32 درصد میتواند با تشکیل لایه حفاظتی اکسید مس CuO از خوردگی اتمسفری فولاد پیشگیری میشود.[6] اما افزایش مقدار مس همیشه افزایش مقاومت در برابر خوردگی را به همراهندارد، اتفاقاً فولادی که دارای 0/32 درصد مس دارد نسبت به 0/5 درصد مس باشد عمری و مقاومتی دو برابر بیشتر در برابر خوردگی اتمسفری از خود نشان میدهد. از طرفی داشتن آلیاژهای دیگری همانند کروم و نیکل مقاومت در برابر خوردگی اتمسفری را دو برابر فولاد کربنی با 0/35 درصد مس خواهد نمود.[6]
روش تحقیق
در این تحقیق نمونههایی از فولاد GS-45CrNiMo4-2 که آنالیز آن در جدول - - 1 آمده است،در قطعات با اندازه یکسان جهت انجام سیکلهای عملیات حرارتی به روش برشکاری و سنگ زنی تهیه گردیدند.
با توجه به سختیپذیری این گروه از فولادها و اجتناب از ایجاد ساختارهای ترد و شکننده و همچنین جلوگیری از ترکهای احتمالی، حداقل دمای آستنیت و استفاده از محیطهای با قدرت سرد کنندهگی پایین مورد استفاده قرار میگیرد.[7] در این راستا عملیات حرارتی در دمای آستنیت800œCمطابق جدول 2 - و - 3 بر روی نمونهها صورت پذیرفت. بعد از انجام عملیات حرارتی سطوح بیرونی نمونهها جهت از بین بردن لایههای دکربوره شده تحت عملیات سنگ زنی قرار گرفت.
برای مطالعه و بررسی ریز ساختار سیکلهای مختلف عملیات حرارتی بر روی فولاد مورد نظر و همچنین مقایسه ریز ساختار آنها با فلز مرجع آماده سازی نمونهها طبق استانداردASTM E3-01صورت گرفته و جهت مشاهده تصاویر از میکروسکوپ نوریKyowaTokyoاستفاده گردید.
جهت آزمون خوردگی نمونه های طبق شکل - 1 - آماده، و منحنیهای پلاریزاسیونتوسطدستگاه LabPGST302NAuto بدست آمد. نرخ روبش1mv.s-1در محدوده-100mv تا 1000mvبود. قبل از شروع اندازهگیری Eoc، هر یک از نمونه ها به مدت 60 دقیقه مانیتور گردید تا واکنش سطح نمونه ها با محلولNaCl ،3 درصد به حالت پایدار برسد. نتایج به دست آمده با نرم افزارNova 1.8مورد آنالیز قرار گرفت.
