بخشی از مقاله
مقدمه :
سایش عبارت است از جدا شدن ماده از سطح یک قطعه در حال حرکت نسبی با قطعه دیگرتوسط یک فرایند مکانیکی یا شیمیایی است. سایشعموماً پدیده ای مخرب است . [1 ] ویژگی های آلیاژ روکش سخت ترکیبی از انالیز شیمیایی ، شرایط انجماد ، سرعت سرد شدن - پس از انجماد - ریزساختار و نوع شکل و ترکیب فازهاست1] و . [ 2 لذا آلیاژهای روکش سخت پایه اهنی براساس نوع الیاژهای بکاربرده شده با ریزساختار تقسیم بندی میشود . الیاژ های روکش سخت به دودسته Fe-Cr-C و Fe-C-X تقسیم بندی میشوند. الیاژ های روکش سخت Fe-C-X در شرایط سایش خراشان همراه با ضربه کاربرد وسیعی دارند. نوع و مقدار عناصر آلیاژی در آلیاژ روکش سخت Fe-C-X برحسب ساز و کار سایش و عملکرد لایه سخت انتخاب میشود. 3] و [4
در بیان دقیق تر مسئله میتوان به یکی از آلیاژ های مقاوم به سایش - Fe-C-Mn - اشاره کرد که شرح مختصری در این خصوص در ذیل داده میشود. این آلیاژ میتواند همراه با عناصر دیگری مانند Ni, Cr ,Ti ,W در سیم جوشهای توپودری به روش FCAW جوشکاری گردد و لایه مقاوم به سایش را بنا به الیاژهای متفاوت و همچنین درجه رقت ایجاد نماید. عنصر منگنز با انرژی ازاد 16 J/mol ، توانایی تشکیل کاربیدهای M3C در سیستم آهن - کربن دار است . [5 ] همچنین با افزودن عنصر Ni به فاز زمینه ، باعث تثبیت آستنیت در زمینه شده و تمایل به ترک خوردن در حین جوشکاری کاهش مییابد و در واقع جوش پذیری و عیوب ناشی از جوش کاهش میبابد .
حضور عنصرنیکل بالای %6 وزنی باعث افزایش کسر حجمی فریت سوزنی و همچنین ساختار مارتنزیت میشود و فریتهای مرزدانه کاهش مییابد و زمینه های ساختار آستنیتی ایجاد میشود و میزان چقرمگی فلز به طورعجیبی بالا خواهد رفت.6] و .[7 عنصر کروم به همراه کربن ایجاد کاربید می کند که میتوان به نقش اقتصادی بودن عنصر کروم ، ایجاد لایه مقاوم به سایش و خوردگی اشاره کرد[8] ساختار آلیاژ Fe-C-Mn ساختار آستنیتی میباشد که میتواند کم کروم و پر کروم باشد که در این تحقیق از فولاد آستنیتی پر کروم استفاده شده است که کاربرد آنها تعمیر و بازسازی فولادهای کربنی و کم آلیاژ هستند که تحت سایش ضربه ای محیط خورنده قرار دارند مورد استفاده قرار میگیرند . شرایط جوشکاری این آلیاژ باید طوری باشد که حین فرایند تعمیر و بازسازی باید سرد نگه داشته شود . علت این موضوع این است که در محدوده دمایی 400 تا 600 درجه سانتیگراد مشکل تردشدن کاربیدی وجود دارد . اعمال روکش سخت در این آلیاژها فقط توسط روشهای قوسی و با الکترود روکش دار یا سیم های توپر مغزدار - توپودری - صورت میگیرد .[3]
روش تحقیق
به منظور انجام پژوهش از ورق فولاد ساده کربنی St 37 با ابعاد 20 × 150 × 250 استفاده گردید. ورق فولادی پس از آماده سازی سطحی به روش FCAW با سیم جوش ضد زنگ آستنیتی توپودری با اسم تجاری 19-9-6 در سه ضخامت یک ' دو و سه لایه مطابق با پارامترهای ذکر شده در جدول شماره 1 جوشکاری گردید . پس از جوشکاری از سطح هر لایه به روش کوانتومتری با دستگاه OXFORD - ARL ترکیب شیمیایی فلز رسوب تعیین گردید که میانگین نتایج آنها به عنوان معیار ترکیب شیمیایی لایه رسوبی درنظر گرفته شد. به منظور تعیین درصد رقت هرلایه با توجه به ترکیب شیمیایی لایه ها در رابطه 1 نشان داده شده است .
که در آنPX1 غلظت عنصر X در لایه مورد نظر' PX2 غلظت عنصر X در سیم جوش مصرفی ' Px3 غلظت عنصر x در لایه زیرین و D میزان رقت - برحسب درصد میباشد - . به منظور متالوگرافی نمونه ها پس از آماده سازی اولیه شامل سمباده زنی وپولیش به وسیله محلول Villellaو گلیسرژیا اچ شدند. سختی سنجی هر لایه نیز به روش ویکرز طبق استاندارد مرجع ISO 6507-1 - 2007 - انجام گرفت. آزمون سختی دست کم از هر نمونه در سه نقطه انجام گرفته که میانگین آن گزارش شده است .
نتایج و بحث :
جدول شماره 2 ترکیب شیمیایی فلز پایه و سیم توپودری به کار رفته و جدول شماره 3 ترکیب شیمیایی و درجه رقت لایه های رسوبی گوناگون را ارایه میدهند. با توجه به جدول شماره 3 افزایش در تعداد لایه های جوشکاری سبب کاهش درجه رقت و کاهش میزان کربن ' افزایش میزان منگنز ' افزایش کروم و افزایش نیکل میشود. دلیل این موضوع به واسطه امتزاج فلز پایه و فلز جوش میباشد . از آنجایی که درصد عنصر کربن در فلز جوش نسبت به فلز پایه کمتر است باا فزایش تعداد لایه ها و کاهش درجه رقت میزان غلظت عنصر کربن در لایه های بالاتر کاهش پیدا کرده است . درصورتی که متعاقب همین تحلیل غلظت مابقی عناصر افزایش پیدا کرده است . شکل شماره 1 ریزساختار لایه رسوبی نخست را نشان میدهد . همانطور که در شکل مشخص است ریز ساختار لایه رسوبی نخست شامل مارتنزیت تمپر شده از روی سطح جوش میباشد .ریز ساختار لایه دوم در شکل شماره 2 ارایه شده که شامل آستنیت + رشته های دلتا فریت میباشد که با توجه به نتایج تحلیل تصویری - Image Analyzer - شامل % 92 آستنیت 8 % + دلتا فریت میباشد. شکل شماره 3 ریز ساختار لایه رسوبی سوم را نشان میدهد که نشاندهنده ساختار آستنیتی به همرا جزایر دلتا فریت در فلز جوش - 90% austenite + 10% Ferrite - میباشد. بدیهی است که افزایش درصد عناصر کروم ' منگنز و نیکل باعث پایدارکردن فاز آستنیت میشود لذا قابل پیش بینی بود که در لایه
