بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به ارزیابی ریزساختاری و ارزیابی خواص خوردگی مقطع جوش اصطکاکی اغتشاشی فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا X-60 توسط میکروسکوپ نوری وآزمون تافل و غوطهوری در محلول % 3/5 آب نمک پرداخته شده است. هدف اصلی این بررسی برقراری ارتباط بین پارامترهای جوشکاری با خواص مقطع جوش بود به طوریکه جوشکاری با سرعت های چرخشی و خطی توسط پین کاربید تنگستن رنیوم دار مختلف انجام شد. یافتههای پژوهشی نشان داد تغییر پارامترهای جوشکاری و در نتیجه آن، تغییر درگرمای ورودی حین جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تاثیر زیادی بر دمای بیشینه و نرخ سرد شدن داشته که موجب ایجاد ریزساختارهای فریتی و بینیتی در منطقه جوش شده که این تغییرات ریزساختاری منجر به بهبود رفتار خوردگی و کاهش حفرات ایجاد شده در منطقه جوش نسبت به فلز پایه شد.
کلمات کلیدی: فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، گرمای ورودی، بینیت.
مقدمه
امروزه یکی از مهمترین آلیاژهای آهنی، فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا - HSLA - است که بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از کاربردهای فولادهای HSLA میتوان به استفاده آن در خطوط انتقال نفت و گاز، اجزای وسایل نقلیه سنگین، ماشینهای کشاورزی و ساخت و ساز، تجهیزات صنعتی، مخازن تحت فشار و... نام برد. انتخاب یک فولاد HSLA مشخص، وابسته به ویژگیهای کاربردی آن مثل مقاومت به خوردگی، شکلپذیری، جوشپذیری و امکان کاهش ضخامت میباشد .[1] معمولا این فولادها توسط فرآیند ترمومکانیکالکنترل شده - TMCP - تولید میشود و اضافه کردن برخی از عناصرکاربیدزا و نیتریدزا قوی مثل تیتانیوم، وانادیوم و نیوبیوم، موجب بهبود رفتار تغییر فرم، افزایش استحکام و چقرمگی آنها شده است.
این عناصر با ایجاد رسوب در مرزدانهها، مانع تبلور مجدد در حین نورد گرم و بزرگ شدن دانه های آستنیت شده و در ادامه سرد شدن فولاد پس از نورد، موجب ایجاد ساختار فریت ریزدانه همراه با جزایر بینیتی میشود 1]و.[2یکی از روشهای ساخت و تولید قطعات، استفاده از فرآیندهای جوشکاری بوده که امروزه عمدتا به صورت ذوبی انجام میشود. در جوشکاری ذوبی، زمانیکه گرمای ورودی ناشی از جوشکاری زیاد باشد، در منطقه متاثر از حرارت - HAZ - در اثر بزرگ شدن دانههای آستنیت و حل شدن رسوبات استحکام بخش و رسوب مجدد آنها در مرزدانه های نواحی با اندازه دانه بزرگ، منجر به کاهش استحکام و چقرمگی جوش شده است.[3] در موارد خاص، حل شدن رسوبات نیتریدی منجر به آزاد شدن نیتروژن در زمینه و ایجاد فازهای ترد و دروندانهای و در نتیجه کاهش چقرمگی دمای پایین در HAZ شده است.
علاوه بر آن جوشکاری ذوبی فولادهای HSLA موجب ایجاد ساختار مارتنزیتی در منطقه متاثر از حرارت که موجب افزایش حساسیت به ترک خوردن هیدروژنی،کاهش چقرمگی و افت خواص مکانیکی جوش میشود 1]و.[4امروزه تحقیقات پژوهشگران به سمتی پیش رفته که از روشهای جوشکاری با گرمای ورودی کمتر و جوشکاری حالت جامد جهت جوش مواد استفاده شود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی - FSW - در زمره پروسه های جوش حالت جامد می باشد که در موسسه جوشکاری انگلستان - TWI - و توسط وین توماس اختراع شد و گسترش این فرآیند توسط لاکهید مارتین در سال 1995 صورت گرفت .[5] امروزه به طور گسترده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت اتصال آلیاژهای آلومینیومی که نقطه ذوب پایین داشته و با روشهای ذوبی قابل جوشکاری نیستند، استفاده شده است.
در سالهای اخیر، با توسعه و گسترش ابزار جوشکاری که بتواند دمای بالا و تغییر فرم پلاستیکی شدید را در حین جوشکاری تحمل کند امکان جوشکاری FSW برخی از آلیاژهای پایه آهنی فراهم شده و مورد توجه محققین قرار گرفته است6]و.[8در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی گرمای ورودی یک پارامتر تاثیرگذار با ساختار جوشکاری شده است که خود به سرعت عبوری و سرعت چرخشی وابسته است. هر چه میزان گرمای ورودی به منطقه جوش زیاد باشد،دمای بیشینه در نمونه افزایش یافته و در مقابل سرعت سرد شدن کاهش می یابد.[4] اثر متقابل بین دمای بیشینه و سرعت سرد شدن بر روی سختیپذیری و ایجاد فازهای مختلف در فولاد مثل بینیت، مارتنزیت و فریت اثر گذاشته و باعث ایجاد ریزساختار متفاوت در منطقه جوش شده است.
با زیاد شدن نسبت سرعت چرخشی به سرعت عبوری، گرمای ورودی به عنوان یک پارامتر موثر اندیس گرما، افزایش یافته که موجب افزایش اندازه دانه فریت و تیغه های بینیتی در ساختار جوش میشود و همچنین موجب بزرگ شدن پهنای منطقه اغتشاش یافته و ناحیه متاثر از حرارت شده است .[8-6]جهت درک تحولات ریزساختاری جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فولادهای HSLA باید تاثیر پارامترهای جوشکاری بر تشکیل فاز آستنیت و استحاله تبدیل آن به ریزساختارهای متفاوت مورد بررسی قرار گیرد. تحقیقات انجام شده توسط لینرت بر روی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فولاد معمولی [7]، اوزکین بر روی فولادهای [9]X80,L80 ، مشخص شده که مقطع جوش داده شده توسط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دارای خواص مکانیکی قابل قبولی بوده به طوریکه نرمترین منطقه در ناحیه متاثر از حرارت به خاطر فراتمپرشدن ساختار فلز پایه گزارش شده است.
در بررسی موضوع مقایسه بین جوش ذوبی زیر پودری و جوشFSW فولادHSLA-65 ، تحقیقاتی توسط کونکال و همکاران انجام شده است. نتایج بدست آمده مشخص میکند که جوشکاری FSW توسط ابزار W-Re دارای خواص مکانیکی قابل قبول و بهتر از جوش ذوبی است3]و.[4 بررسی انجام شده توسط لینگیون وی و همکاران ارتباط بین پارامترهای متغیر جوشکاری با ریزساختار خاصل از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فولاد HSLA-65بیانگر آن است که با افزایش گرمای ورودی، ریزساختاراز بینیت به سمت فریت چندوجهی تغییر پیدا کرده و زمانی که گرمای ورودی خیلی زیاد شود، علاوه بر محصولات حاصل از استحاله در دمای بالا شامل فریت سوزنی وفریت هممحور، به علت بزرگ شدن دانههای آستنیت قبلی امکان ایجاد ساختار بینیت پرشکل همراه با ذرات ریز رسوب در مرزدانه دانههای قبلی آستنیت نیز وجود دارد.[10]
پیرامون مکانیزم خوردگی فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا با توجه به کاربرد وسیع آنها در صنایع مختلف تحقیقات زیادی صورت گرفته است. جهت رخ دادن فرایند خوردگی در فولادهای کم آلیاژ، جز اصلی تشکیل دهنده فولاد یعنی آهن بر اساس طبیعت الکتروشیمیایی حل شده و منجر به ایجاد اکسیدهای آهن با ترکیب شیمیایی متفاوت بر روی سطح میشود.[11]گزارش شده در مراحل ابتدایی فرآیند خوردگی، حل شدن سطح و تشکیل لایه اکسیدی یک فرآیند رقابتی بوده و با گذشت زمان وابسته به ترکیب شیمیایی فولاد، طبیعت محیط خورنده وعوامل سینتیکی از جمله فشار و دما، اکسیدهای مختلفی بر روی سطح فولاد ایجاد میشود. در ادامه در اثر حل شدن آهن و ورود آن به محلول، با اجزای تشکیل دهنده محلول از جمله مولکولهای آب و اکسیژن موجود در محلول منجر به ایجاد لایه
