بخشی از مقاله
چکیده
فولاد 1/6565 بعنوان یک فولاد مارتنزیتی کاربرد وسیعی در ساخت قطعات مهندسی در صنایع گوناگون دارد. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر افزودن عناصر میکروآلیاژی وانادیم، تیتانیم و عناصر نادر خاکی بر تحولات ریزساختاری، سختی و خواص کششی فولاد ریختگی 1/6565 در شرایط کوئنچ و تمپر شده بوده است. برای این منظور فولاد ریختگی میکروآلیاژی بوسیله افزودن فرووانادیم، فروتیتانیم و عناصر نادر خاکی به وسیله کوره القایی تولید گردید.
عملیات حرارتی کوئنچ از دمای آستنیته 900 درجه سانیتگراد و تمپر در دمای 550 درجه سانتیگراد انجام گرفت. نتایج بدست آمده بیانگر تاثیر قابل توجه عناصر میکروآلیاژی بر تحولات ریزساختاری شامل شکسته شدن ساختار ریختگی دندریتی، کاهش فاصله بازوری دندریتی، کاهش اندازه دانه آستنیت اولیه و همچنین حصول ساختار ماتنزیتی ظریف تر است. علاوه براین، عنصر میکروآلیاژی تیتانیم بهترین ترکیب خواص مکانیکی شامل افزایش حدود 30 درصد سختی و حدود 20 درصد استحکام بدون کاهش انعطاف پذیری را بدست داده است.
مقدمه
عملیات حرارتی کوئنچ-تمپر یکی از متداول ترین روش های استحکام دهی در فولادها است. هدف از این عملیات ایجاد ریزساختار مارتنزیتی است. به هرحال به دلیل انعطاف پذیری بسیار ضعیف ساختار مارتنزیتی و محدود شدن کاربردهای فولاد، انجام فرایند تمپر الزامی است. طی فرایند تمپر، رسوبات بسیار ریز آلیاژی در ریزساختار تشکیل می شود. فولاد 1/6565بعنوان یکی از پرمصرف ترین فولادها در صنایع فولادی از جمله فولادهای مارتنزیتی می باشد و ترکیبی مشابه به فولاد 4340 دارد .
تحقیقات انجام شده بر روی این نوع فولادها نشان داده است که خواص مکانیکی فولادهای مارتنزیتی کوئنچ-تمپر شده کاملا وابسته به مشخصات ریزساختاری آنها از قبیل نوع رسوبات تشکیل شده و اندازه دانه آستنیت اولیه است. از طرفی این فولادها علارغم اینکه ترکیب مناسبی از خواص مکانیکی شامل استحکام، تافنس و انعطاف پذیری دارند ولی به شدت مستعد به ترد شدن در حین فرایند تمپر هستند .
در این میان، مطالعات مختلفی در زمینه تاثیر دمای تمپر بر خواص مکانیکی این فولادها انجام شده است .[3-5] اما تاثیر افزودن عناصر میکروآلیاژی نظیر فرو وانادیم، فرو تیتانیم و عناصر نادر خاکی به فولاد 1/6565و اثرات ناشی از آن از قبیل اصلاح ریزساختار ریختگی، حصول اندازه دانه آستنیت ریزتر و ایجاد رسوبات ریز کاربیدی تاکنون مورد مطالعه قرار نگرفته است. لذا هدف از این پروژه بررسی تاثیر افزودن عناصر میکروآلیاژی بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی فولاد 1/6565ریختگی در شرایط کوئنچ-تمپر تعیین گردید.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از فولاد 1/6565با محتوی 0/38 کربن، 0/43 سیلیسیم، 1/2 منگنز، 0/68 کروم، 0/23 مولیبدن و 1/77 نیکل - درصد وزنی - استفاده شده است. به منظور تولید آلیاژ از کوره القایی فرکانس متوسط واقع در شرکت صنایع ریخته گری اصفهان استفاده و نمونه ها به صورت وایبلوک - طبق استاندارد - ASTM A536-84 ریخته گری گردید.
تلقیح مواد افزودنی به ذوب شامل فرووانادیم به میزان 0/2درصد وزنی، فروتیتانیم به میزان 0/3 درصد وزنی و عناصر نادر خاکی به میزان 0/3 درصد وزنی به صورت ذرات ریز دانه و پس از انتقال مذاب از کوره به داخل پاتیل صورت گرفت - جدول . - 1 لازم به ذکر است که عناصر میکروآلیاژی پس از اکسیژن زدایی به وسیله 0.05%Al و 0.15% Fe Si Mg، از طریق پاتیل اضافه گردید. دمای بارریزی 1540 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد.
از هر کدام از آنالیزها سه عدد وای بلوک تهیه شده است. سپس وای بلوک های ریختگی به منظور از بین بردن گرادیان غلظتی بین دندریت ها و تاحدودی حذف ساختار دندریتی، تحت عملیات همگن سازی در دمای 900 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت و سپس دمای 700 درجه سانتیگراد به مدت 6 ساعت قرار گرفتند. عملیات حرارتی کوئنچ و تمپر به منظور دست یابی به خواص سختی، استحکام و انرژی ضربه مناسب مطابق سیکل ارائه شده در شکل 1 بر روی نمونه ها اعمال گردید. همچنین ریزساختار بدست آمده برای فولاد عاری از عناصر میکروآلیاژی پس از پایان سیکل عملیات حرارتی در شکل 1 نمایش داده شده است.
مشخصهیابی ریزساختاری بوسیله میکروسکوپ نوری OLYMPUS و نرمافزار آنالیزتصویر ImageJ انجام شد. سختیسنجی مطابق استاندارد ASTM E18-03 با معیار برینل انجام شده است. آزمون ضربه به روش شارپی بر اساس استاندارد ASTM E23-2a بر روی نمونههای انتخابی عملیات حرارتی شده توسط دستگاه ضربه مدل پارس پایگر انجام گرفت. آزمون کشش دمای محیط مطابق استاندارد ASTM E8 توسط دستگاه کشش Hounsfield H50KS و با نرخ کرنش مهندسی6/67×10-4s -1 انجام گرفت. درصد ازدیاد طول کل نمونهها از طریق اندازهگیری اختلاف بین طول سنجه قبل و بعد از آزمون کشش به دست آمده است.
نتایج و بحث
تصویر میکروسکوپ نوری از ریزساختار فولاد 1/6565 در شرایط as-cast و کوئنچ تمپر شده در شکل 2 الی 4 به ترتیب برای نمونه های حاوی فرووانادیم، فروتیتانیم و عناصر نادر خاکی نشان داده شده است. علاوه بر این مشخصات ریزساختاری و خواص مکانیکی بدست آمده تحت شرایط مختلف در جدول 2 جمع آوری شده است. همانطورکه ملاحظه می شود نمونه بدون عناصر میکروآلیاژی - شکل - 1 در مقایسه با نمونه های حاوی عناصر میکروآلیاژی - شکل 2 الی 4 - ، دارای اندازه دانه آستنیت اولیه درشت تر و تیغه های مارتنزیتی ضخیم تری است.
نواحی تیره رنگ در تصاویر ریزساختاری مربوط به وقوع پدیده جدایش عناصر آلیاژی در مرزدانه آستنیت اولیه است. همچنین فاصله بازوی دندریتی در شرایط as-cast برای نمونه بدون عناصر میکروآلیاژی بالاتر از دیگر نمونه ها است. کمترین فاصله بازوی دندریتی مربوط به نمونه حاوی فروتیتانیم می باشد. درنتیجه کمترین خواص مکانیکی - شامل ترکیبی از سختی، استحکام و انعطاف پذیری - برای نمونه عاری از عناصر آلیاژی بدست آمده است. لازم به ذکر است که ساختار دندریتی پس از تمپر بطور کاملا از بین نمی رود ولی پدیده جدایش عناصر آلیاژی در دندریت ها تا حد زیادی بر طرف شده است که باعث همگن شدن خواص و بهبود خواص کششی خواهد شد.
در بین نمونه های حاوی عناصر میکروآلیاژی، بهترین ترکیب خواص مکانیکی در اثر افزودن فرووانادیم به میزان 0/2 درصد وزنی بدست آمده است.
