بخشی از مقاله
چکیده
یکی از متداولترین فرایندهای مهندسی سطح، پوشش دهی سطح قطعات می باشد. از آنجایی که سطح قطعات صنعتی مهمترین بخش آن است به همین دلیل بسیاری از مکانیزمهای تخریب قطعات معمولا از سطح شروع می شود لذا حفاظت و مقاوم سازی از مسائل بسیار حساس و تعیین کننده عمر قطعات یک واحد تولیدی و بهای تمام شده محصول می باشد. یکی از مکانیزم های عمده استهلاک قطعات و تجهیزات مهندسی در صنایع فولاد، سیمان و صنایع معدنی، سایش می باشد. یکی از روش های مهندسی سطح جهت بهبود خواص سایشی، روکش کاری جوشی است. در این پژوهش فولاد KH 70 توسط الکترود AWS/ASME SFA-5.13 و با استفاده از فرایند جوشکاری SMAW با تعداد لایه های مختلف روکش کاری گردیدند. سپس به منظور ارزیابی خواص ریز ساختاری، آزمونهای متالوگرافی نوری و آزمون ریزسختی سنجی انجام شد.
ارزیابی رفتار سایشی با آزمون سایش رفت و برگشتی انجام شد. روکش نوع - 2 - مقاومت سایشی بهتری را ازخود نشان داد. میزان کاهش وزن در اثر آزمون سایش برای نمونه های نوع - 2 - ، نوع - 1 - و نمونه بدون روکش در نیروی عمودی 13 کیلو گرم به ترتیب، 4/9، 10/6 و 12/6 میلی گرم حاصل شد. روکش نوع - 1 - به دلیل کسر حجمی پایینی از فاز کاربیدی مقاومت به سایش کمتری نسبت به روکش نوع - 2 - از خود نشان داد و نمونه بدون روکش به دلیلی زمینه یوتکتیکی و به تبع آن کاهش چقرمگی، مقاومت سایشی ضعیفتری را نسبت به نمونه های دیگر نشان داد. در نیروی عمودی 19 کیلوگرم برای دو روکش کاهش وزن کمتری نسبت به نیروی عمودی 16 کیلوگرم مشاهده شد، که میتواند به علت استحاله ناشی از تنش آستنیت به مارتنزیت باشد.
کلمات کلیدی: روکش کاری، رفتار سایشی، جوشکاری .SMAW
-1 مقدمه
اگر چه انتخاب مواد و فرایند تولید قطعات تحت تاثیر عوامل اقتصادی قرار دارد اما اساسا بر طبق شرایط کاری و خواص مطلب صورت می گیرد. بنابراین درک صحیح از شرایط کاری اولین گام در انتخاب مواد و فرایند تولید به شمار میرود. چنانچه شرایط کاری به گونهای باشد که خواص متفاوتی مانند انعطاف پذیری و سختی مورد نیاز باشد، انتخاب یک ماده برای تامین همزمان خواص مشکل به نظر میرسد. قطعات مورد استفاده در صنایع فولاد سازی به علت تماس با حجم بالایی از مواد معدنی سخت در مراحل اولیه فرایند تولید و همچنین مقاطع فلزی داغ در مراحل میانی و انتهایی، تحت سایش قابل توجهی قرار دارند. از طرفی به علت بالا بودن تنشها و نیاز به طول عمر بالا برای قطعات مذکور به خصوص قطعاتی که در خطوط مداوم به کار میروند، محافظت سطوح قطعات در برابر سایش اهمیت ویژهای دارد. از این رو فرایند رویه سختی به روش جوشکاری به علت قابلیت بالای پوششدهی قطعات به صورت ضخیم با چسبندگی بالا، در صنعت مذکور کاربرد فراوانی دارد.[1]
در تولیدات مدرن مهندسی؛ اساس طراحی قطعات بر مبنای دو بخش سطح و عمق صورت میگیرد. بار مکانیکی توسط کل قطعه حمل میشود و سطح قطعه وظیفه حفاظت آن را در برابر پدیده های سطحی همچون سایش، خوردگی و خستگی دارد. ایده مذکور زیر بنای علم مهندسی سطح به شمار میرود به طوری که با استفاده از عملیات سطحی یا فرایندهای پوششدهی میتوان خواص سطحی مواد و قطعات را بر اساس نیاز، تغییر و یا تامین نمود.[2] در میان فرایندهای پوشش دهی، جوشکاری سطحی مرسومترین و سادهترین فرایند است. این فرایند که از سال 1966 به طور گسترده در کشورهای پیشرفته به کار گرفته شد، در صنایع سنگین اصلیترین فرایند پوششدهی به شمار میرود و میتواند با ایجاد پوششهای ضخیم با چسبندگی بالابر سطح قطعات، سبب افزایش کارایی آنها گردد.[2]
روش کاری یکی از روش های عملیات سطحی است. روکش کاری1 عبارت است از یک لایه نسبتا ضخیم فلز پرکننده که روی فلز پایه از جنس فولاد کربنی یا کم آلیاژ قرار میگیرد و سبب افزایش مقاومت سطحی قطعه در برابر خوردگی و سایش میشود. فرایند معمولا توسط روشهای قوسی مانند جوشکاری زیر پودری، جوشکاری الکترود دستی و جوشکاری قوسی تحت گاز محافظ انجام میگیرد، هرچند فرایندهای جوشکاری نظیر روکشدهی انفجاری و روکش دهی غلتکی نیز میتواند مورد استفاده قرار بگیرد .[1,6] در پژوهش حاضر سعی شده است قابلیت عملیات رویه سختی در افزایش طول عمر قطعات مورد استفاده در خطوط زینترینگ سنگ آهن - آگلو مراسیون - ارزیابی شود.
-2 مواد و روش ها
-1-2 مواد اولیه
-3-2 متالوگرافی
به منظور انجام آزمایشهای متالوگرافی نمونه هایی به ابعاد 2 ×0/5 ×0/5 سانتیمتر از فولاد 70HK تهیه شد. جهت مطالعات ریز ساختاری و بررسی فازهای تشکیل شده و تاثیر درجه رقت از میکروسکوپ نوری NIKOLN، میکروسکوپ الکترونی روبشی فیلیپس و تکنیک پراش پرتو ایکس استفاده شد. عملیات سنگ زنی و سنباده زنی سطوح کلیه نمونهها به منظور حذف لایه های اکسیدی و دیگر آلودگیها انجام شد. نمونههای تهیه شده برای متالوگرافی در مقطع عرضی برش داده و با سنبادههای 80، 120، 320، 600، 800 و 1000 سنباده زنی و سپس با پودر آلومینای 0/3 میکرون پولیش شدند. نمونه ها توسط محلول نایتال 0/2با ترکیب 5 میلی لیتر نیتریک اسید و 95 میلی لیتر اتیل الکل، اچ شدند.[7]
-4-2 آزمون ریزسختی سنجی
ریز سختی با روش ویکرز توسط دستگاه ریز سختی سنجی Buehler ساخت شرکت میتوتیو ژاپن بر روی سطح مقطع نمونهها تحت نیروی 1000 گرم و در مدت زمان 15 ثانیه اندازه گیری شد.[3] برای انجام تست از فرورونده با شکل هرم مربع القاعده با زاویه 136 درجه استفاده شد. امتداد قطری به گونه ای انتخاب شد که مناطق مختلف ریز ساختاری شامل لایه های مختلف روکش و زیر لایه را پوشش دهد. لازم به ذکر است که ریز سختی در مقطع جوشکاری و در هر امتداد طولی انجام پذیرفت.
-5-2 آزمون سایش
برای انجام آزمایش سایش روی سطح روکش نمونههای روکشکاری شده توسط سنگ مغناطیسی سنگ زده شد و زیر لایه تراشکاری شد تا وزن نمونهها به کمتر از 150 گرم برسد. سطح نمونهها سنباده زنی و پولیش شد و سپس نمونهها با استن چربی زدایی و کاملا خشک شدند. نمونه های آزمون سایش، از نمونه هایی به ابعاد 5×2×2 سانتی متر تهیه شد. آزمون های سایش توسط یک دستگاه سایش رفت و برگشتی انجام شد. این دستگاه قابلیت تعیین مقاومت به سایش نمونههای مختلف را تحت بارهای مختلف فراهم مینماید. دستگاه مزبور قادر به اندازهگیری نیروی اصطکاک بین سطوح در تماس تحت لغزش است. با جمع آوری اطلاعات توسط کامپیوتر مجهز به یک نرم افزار و با داشتن سرعت لغزش و بار عمودی تغییرات ضریب اصطکاک بر حسب مسافت لغزش و زمان محاسبه و ترسیم میشود. آزمایش های سایش بر اساس استاندارد ASTM G99 در اتمسفر معمولی و بدون استفاده از روانکار صورت گرفته اند.
در این آزمایش پینهایی از جنس فولاد AISI 52100 با شعاع عرقچین 10 میلیمتر با سرعت ثابت 0/1 m/sec در تماس لغزشی با نمونهها قرار داشتند. دما و رطوبت محیط در طی آزمایشها به ترتیب در محدوده 22 تا 25 درجه سانتی گراد و 30 تا 40 درصد در زمانهای مختلف آزمایش ثبت شد. بارهای اعمالی 5 و 10 کیلوگرم بود.[4] به منظور تعیین مقاومت به سایش تحت بار ثابت و مسافت لغزش، هریک از نمونههای آزمایش تحت بارهای 5 و 10 کیلوگرم در مسافت لغزش 1000 متر آزمایش شد.آزمایشهای سایش نمونهها، با اندازه گیری کاهش وزن آنها توسط یک ترازوی دقیق دیجیتال Gibertini E42S-B با دقت 0/0001 گرم در مسافتهای 50، 100، 200، 300، 400، 600، 800، 1000 متر انجام شد و منحنیهای کاهش وزن بر حسب مسافت لغزش ترسیم گردید. کاهش وزن پین نیز پس از طی مسافت کل اندازه گیری شد.[11]
-3 بحث و نتایج
-1-3 ریزساختار فلز پایه
بررسی ریز ساختار نشان میدهد که فلز زمینه دارای ریز ساختار آستنیتی حاوی مقداری فریت باقی مانده - فریت دلتا - در طول جهت نورد میباشد که از جدایش عناصر فریت زا - به ویژه کروم - در طی انجماد و فرایند ترمومکانیکی ناشی شده است که حضور آن در ریز ساختارهای کار شده میتواند منطقه ترجیحی برای رسوبگذاری کاربیدهای M23C6 و فاز سیگما باشد، که این فاز باعث ترد شدن فولادهای زنگنزن میشود .[5] شکل - 1 - تصویر متالوگرافی فلز زمینه را نشان میدهد. در دمای محیط، ریز ساختار منطقه
