بخشی از مقاله
چکیده
هدف ازاین تحقیق، بررسی تاثیرشرای مختلف عملیات حرارتی شامل عملیات آستمپرینگ وکوئنچ وتمپربرریزساختار،خواص کششی و خواص سایشی فولاد سیلیسیم دار به منظور ایجاد ساختار بینیتی و ماتنزیتی با خواص کششی و سایشی مطلوب بوده است. برای این منظور شش شرای مختلف عملیات حرارتی شامل آستمپرینگ و کوئنچ/تمپر بر روی نمونه ها اعمال گردید. در تمامی موارد دمای آستنیته شدن 850 درجه سانتیگراد انتخاب شد. از آزمون های سختی سنجی، کشش و سایش جهت ارزیابی خواص مکانیکی و میکروسکوپ نوری جهت بررسی های ریزساختاری بهره گرفته شد.
از دستگاه سایش چرخ لاستیکی/ماسه خشک به منظور ارزیابی خواص سایشی استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که بهترین مقاومت به سایش بوسیله عملیات حرارتی آستمپرینگ در دمای 400 درجه سانتیگراد حاصل می شود. همچنین انجام فرایند آستمپرینگ منجر به کاهش قابل توجه خواص کششی و سختی می گردد. بررسی های ریزساختاری بیانگر تشکیل جزایر آستنیتی در داخل ریزساختار بینیتی پس از عملیات آستمپرینگ در دمای پایین 300 درجه سانتیگراد است که می تواند عامل اصلی کاهش خواص مکانیکی باشد. به هرحال عملیات کوئنچ و تمپر در دمای 500 درجه سانتیگراد منجر به حصول ترکیب مناسبی از خواص کششی، سختی، انرژی ضربه و مقاومت به سایش شده است.
کلمات کلیدی: فولاد سیلیسیم دار، آستمپرینگ، کوئنچ و تم پر، مقاومت به سایش.
.1 مقدمه
فولادهای سیلیسیم دار با ساختار بینیتی همواره گزینه مناسبی برای تولید قطعاتی با کاربردهای به شدت مقاوم به سایش نظیر ریل راه آهن بوده است. تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان می دهد که ساختار بینیتی مقاومت به سایش بسیار بالاتری نسبت به ساختار پرلیتی دارد 1@و.>2 کلایتون و همکارانش نشان دادند که فولاد سیلیسیم دار بینیتی علاوه برچقرمگی و جوش پذیری بالاتر، مقاومت به سایش بهتری نسبت به فولادهای مرسوم برای تولید ریل دارند. این محققان معتقدند که علت انتشار برخی گزارشات در مورد عملکرد سایشی ضعیف فولادهای بینیتی به دلیل وجود برخی فازهای مخرب در ریزساختار نظیر فریت آلوترومورفیک در کنار بینیت است 3@و.>4چگونگی انجام فرآیند عملیات حرارتی تاثیر مستقیمی در حصول ریزساختار مطلوب بینیتی دارد.
در این میان، ساختار بینیتی پایینی دارای استحکام، داکتیلیتی و چقرمگی بهتری در مقایسه با بینیت بالایی است .>5@ حضور کاربیدهای درشت در ساختار بینیت بالایی باعث کاهش داکتیلیتی و مقاومت کمتر به شکست کلیواژ می شود. از طرفی بینیت پایینی حاوی ذرات کاربیدی ظریفی است. نقش عنصر سیلیسیم در ترکیب شیمیایی فولاد - تا تقریبا دو درصد وزنی - ، ج لوگیری کامل از تشکیل و رسوب کاربیدها از فاز آستنیت است. تحت چنین شرایطی، یک ریزساختار عاری از کاربید حاوی فریت بینیتی، آستنیت باقیمانده و مارتنزیت بوجود می آید. عدم حضور کاربید و افزایش غلظت کربن در فاز آستنیت عامل موثری در پایدارشدن آستنیت باقیمانده است 6@و.>7 این نوع ساختار دارای استحکام کششی، چقرمگی ضربه و مقاو مت به سایش بهتری است .
با توجه به توضیحات فوق الذکر می توان گفت که حصول ریزساختار بینیتی با خواص کششی و سایشی مطلوب در فولادهای سیلیسیم دار کاملا وابسته به کنترل پارامترهای عملیات حرارتی است.به هرحال، بررسی های انجام گرفته در منابع علمی نشان می دهد که تحقیقات کمی در زمینه عملیات حرارتی فولادهای سیلیسیم دار و ارزیابی خواص کششی و سایشی آنها انجام شده است. باتوجه به اهمیت بالای این موضوع، در این تحقیق دو نوع فرآیند عملیات حرارتی شامل آستمپرینگ - در دماهای مختلف - و کوئنچ/تمپر بر روی نمونه های آزمایشگاهی از فولاد سیلیسیم دار اعمال گردید و خواص کششی و مقاومت به سایش آنها مورد ارزیابی قرار گرفت.
.2 مواد و روش پژوهش
ترکیب شیمیایی فولاد مورد استفاده در تحقیق حاضر در جدول 1 آورده شده است. این نوع آلیاژها طبق استاندارد روسی 38XC تولید گردیده است.
به منظور ایجاد ریزساختار بینیتی و مارتنزیتی مطابق سیکل های ارائه شده در جدول 2 فرایندهای عملیات حرارتی آستمپرینگ و کوئنچ/تمپر انجام گرفته است. عملیات حرارتی بر روی نمونه های آزمایشگاهی با ضخامت یک سانتیمتر انجام شده است. عملیات آستمپرینگ نیز به کمک کوره حمام نمک انجام شد. زمان آستنیته کردن برای تمام نمونه ها 30 دقیقه درنظر گرفته شده است. به منظور آستمپرینگ، نمونه ها به مدت 15 دقیقه در حمام نمک نگهداری شده اند. همچنین زمان تمپر یک ساعت بوده است.
آماده سازی نمونه ها جهت بررسی ساختار متالوگرافی شامل سنباده زنی تا سنباده 2500 و سپس پولیش مکانیکی و اچ توس محلول نایتال دو درصد بودهاست. مشخصهیابی ریزساختاری بوسیله میکروسکوپ نوری OLYMPUS انجام شد. سختیسنجی مطابق استاندارد ASTM E18-03 با معیار برینل توس دستگاه سختی سنجی کوپا انجام شده است. آزمون سایش مطابق با استاندارد ASTM G65-00 بر روی نمونههای عملیات حرارتی شده در شرای بهینه و با استفاده از دستگاه چرخ ساینده- ماسه خشک انجام گرفت؛ بدین صورت که با قرارگیری نمونهها در مقابل یک چرخ دوار فولادی دارای زه لاستیکی با سرعت چرخش ثابت - 200 rpm - و ریزش ماده ساینده به صورت یک جت ماسه با سرعت مشخص 350 - گرم بر دقیقه - به محل تماس نمونه با چرخ لاستیکی و با توجه به نوع روش مورد استفاده، نیروی عمودی معادل 130 نیوتن به نمونه اعمال میشود. از ماسه سیلیسی - عدد اندازه دانه - AFS 50 و رطوبت کمتر از 0/5 درصد به عنوان ماده ساینده استفاده
