بخشی از مقاله
چکیده
هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر عملیات آنیل بینبحرانی بر روي ریزساختار و خواصکششی فولادهاي دوفازي بود. بدین منظور یک فولاد کم کربن با ساختار اولیه فریتی-پرلیتی را تحت سیکل عملیات حرارتی شامل آستنیته کردن در دماي 880 و نگهداري به مدت 60 دقیقه و کوئنچ در آب در جهت بدست آوردن ساختار آغازین مارتنزیتی براي تولید فولاد دوفازي و به دنبال آن آنیل بینبحرانی در دماي 770 و نگهداري به مدت 10 دقیقه و کوئنچ در آب، قرار گرفت. حاصل این فرایند فولاد دوفازي فریتی-مارتنزیتی با 58 درصد کسر حجمی مارتنزیت بود. طی این فرایند سختی بیش از 60%، استحکام کششی بیش از 45% و استحکام تسلیم فولاد حدود 17% افزایش یافت. مکانیزم غالب شکست در هر دو نمونه به صورت شکست نرم بود به طوري که در فولاد فریتی-مارتنزیتی حاصل از آنیل بینبحرانی دیمپلها اندازه کوچکتر و توزیع یکنواختتري را از خود نشان دادند.
مقدمه
در میان فولادهاي پیشرفته با استحکام بالا که کاربردهاي وسیعی در صنعت خودرویی دارند، فولادهاي دوفازي شامل 10 تا 50 درصد حجمی از جزایر مارتنزیتی پراکنده شده در زمینه فریتی را میتوان نام برد .
فولادهاي دوفازي داراي ترکیب شیمیایی حدود 0/05 تا 0/02 درصد وزنی کربن و 1 تا 2 درصد وزنی منگنز میباشند. همچنین ممکن است مقادیر کمی از نیوبیوم، سیلیسیم، مولیبدن و کروم به ترکیب آنها اضافه گردد. وجود کربن در فولادهاي دوفازي علاوه بر افزایش ریز شدن دانهها باعث افزایش پایداري اندازه دانه میگردد .
همچنین کربن بر رفتار مکانیکی فولادهاي دوفازي به صورت تاثیر بر کسر حجمی و استحکام فاز مارتنزیت تاثیر گذار است. از طرفی میزان کربن موجود در فولاد در مقادیر کمتر از 0/2 درصد بر روي جوشپذیري فولاد تاثیر گذار است. منگنز در جهت ریز شدن دانهها [3] و افزایش سختیپذیري بهکار میرود. اما با این حال میزان بیش از حد منگنز جدایش در ریزساختار نواري نامطلوب را گسترش میدهد.
کالکاگنوتو و همکارانش نقش محتواي منگنز را در فولادهاي دوفازي مورد مطالعه قرار داده و گزارش کردهاند که یک مقدار بحرانی از منگنز براي نرخهاي گرمایش بالا در جهت جلوگیري از رشد دانهها در طول آنیل بینبحرانی و براي نرخهاي سرمایش بالا در جهت ایجاد سختیپذیري کافی به طوري که حین سرد کردن آسنتیت باقیمانده به مارتنزیت تبدیل گردد. استفاده از سیلیسیم در جهت جلوگیري از تشکیل پرلیت و کاربید مفید است و از طرفی منجر به سختی محلول جامد فاز فریت میگردد
کروم باعث بهبود سختیپذیري و جلوگیري از تشکیل پرلیت شده و شکلگیري مارتنزیت را ترغیب میکند. از جمله خواص این نوع فولادها میتوان به نرخ تسلیم پایین، نرخ کارسختی بالا و تسلیم پیوسته اشاره کرد .[7] با توجه به این خواص فوقالعاده دو چالش مهم در صنعت خودرویی یعنی افزایش ایمنی مسافر و کاهش وزن خودرو کاربرد این نوع فولادها را در صنعت خودرویی افزایش داده است .[8] از طرفی مطالعات اخیر نشان داده است که فولادهاي دوفازي در آینده بیش از 80 درصد وزن خودروها را شامل میشوند .[9] همانطورکه در شکل - - 1-b نشان داده شده است
دماهاي ترتیب دماي پایینی و بالایی منطقه دوفازي فریت و آستنیت - به کمک آزمون دیلاتومتري به ترتیب معادل با 753 و 833 بدست آمده است .[10] با توجه به تحقیقات گذشته که در آنها جهت توسعه ساختارهاي دوفازي، استفاده از ساختار اولیه مارتنزیتی پیشنهاد شده بود
در این پژوهش فولاد دوفازي از طریق آنیل بینبحرانی یک فولاد با ساختار آغازین مارتنزیتی به منظور تولید فولاد دوفازي به صورت همدما در دمایی بین دماهاي بحرانی 1 و 3 ، آنیل و سپس در آب کوئنچ - - WQ1 شد و به دنبال آن ریزساختار، خواص مکانیکی و سطوح شکست مورد ارزﯾﺎﺑﯽ قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
آلیاژ مورد استفاده در این پژوهش آلیاژ AISI5115 میباشد که ترکیب شیمیایی آن در جدول - - 1 ارائه شده است.
سیکل انتخابی جهت عملیات آنیل بینبحرانی در این پژوهش در شکل - - 1a ارائه شده است. براي ایجاد ساختار آغازین مارتنزیتی، ریزساختار فریتی-پرلیتی اولیه فولاد مورد نظر در دماي880 Cͦ به مدت 1 ساعت در کوره الکتریکی آستنیته و سپس در آب سرد شد. به منظور جلوگیري از دکربوره شدن شدید و محافظت از نمونهها، حین گرمایش از برادههاي چدن استفاده شد. به منظور دستیابی به ریزساختار دوتایی با مقادیر تقریبا مساوي از فازهاي فریت و مارتنزیت، در دماي770 Cͦ به مدت 10 دقیقه آنیل بین بحرانی و سپس در آب سرد شد.
نمونههاي مورد نظر با کاغذهاي سنباده از جنس SiC و زبريهاي 60 تا 3000 آماده سازي شدند. جهت پولیش نمونهها از پودر آلومیناي پنج میکرون استفاده شد. نمونهها به مدت 8 ثانیه در محلول نایتال 2 درصد و 5 ثانیه در محلول آبی پتاسیم متابیسولفات 20 درصد حکاکی شدند. ارزیابی ریزساختاري نمونهها توسط میکروسکوپ نوري - UNION-7727 - انجام شد. کسر حجمی فازها و همچنین اندازه دانههاي فریت و مارتنزیت توسط نرمافزار Digimizer محاسبه گردید.
سختی نمونهها در مراحل مختلفی توسط دستگاه میکروسختی - BUEHLER LTD-60044 - با بار 100 گرم در 20 ثانیه و براي هر نمونه حداقل 7 بار سختی سنجی صورت گرفت و میانگین حاصل از آن گزارش گردید. جهت آزمایش کشش، نمونهها طبق استاندارد ASTM A370 به طول گیج 6/4 میلیمتر به وسیله وایرکات آمادهسازي شد. آزمونهاي کشش توسط دستگاه SANTAM-STM-50 با سرعت جابجایی فک 1 میلیمتر بر دقیقه در دماي محیط انجام شد. سطوح شکست نمونهها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی JEOL-JSM- - - 840A مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث
میکروساختار نمونهμ اولیه در شکل - -2الف - نشان داده شده است. که شامل حدود 70 درصد حجمی فریت با اندازه دانه 15 و سختی 260 ویکرز بود.
