بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تأثیر عملیات حرارتی آستنیته کردن تک مرحله ای و دو مرحله ای بر روی اندازه و نوع کاربیدها، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI431 مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور عملیات آستنیته کردن تک مرحله ای در دمای 1030 درجه سانتیگراد بر روی فولاد 431 صورت گرفته و پس از کوینچ، عملیات تمپر بر روی آن در دمای 600 درجه سانتیگراد انجام شد.
همچنین برای عملیات آستنیته کردن دو مرحله ای ابتدا فولاد در دمای 1070 درجه سانتیگراد آستنیته شده و پس از کوینچ، در دمای 200 درجه سانتیگراد تمپر شده و سپس مجددا در دمای 970 درجه سانتیگراد آستنیته و پس از کوینچ در روغن، نهایتا در دمای 600 درجه سانتیگراد تمپر شد.
نتایج آزمون های کشش و سختی سنجی نشان داد که عملیات آستنیته کردن دو مرحله ای موجب کاهش جزیی در استحکام کششی و سختی فولاد در مقایسه با عملیات آستنیته کردن یک مرحله ای شده اما در مقابل موجب بهبود قابل ملاحظه ای در میزان ازدیاد طول یا انعطاف پذیری فولاد 431 می گردد.
نتایج بررسی میکروسکوپ الکترونی روبشی و نوری انجام شده بر روی ریزساختار فولاد نیز نشان دهنده ریزتر شدن دانه ها، حل شدن کاربیدهای درشت و تشکیل کاربیدهای ریزتر حین عملیات آستنیته کردن دو مرحله ای نسبت به آستنیته کردن تک مرحله ای بود. همچنین نتایج آنالیز عنصری - EDX - نشاندهنده تشکیل کاربیدهای M7C3 در فولاد حین عملیات آستنیته کردن تک مرحله ای و کاربیدهای MC حین آستنیته کردن دو مرحله ای بود.
-1 مقدمه
- 1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر -2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر -3 استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر -4 استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر
برای بسیاری از کاربردها که نه تنها مستلزم مقاومت در برابر خوردگی بلکه نیاز به استحکام، سختی و مقاومت به سایش بالا است از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی استفاده می شود. فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI 431 یکی از رایج ترین فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی است. عملیات حرارتی نقش بسزائی بر روی حصول ریزساختار مناسب شامل مارتنزیت لایه ای ریز، کمترین مقدار فریت دلتا و آستنیت باقی مانده و خواص مکانیکی مناسب در این فولادها دارد. در کنار استحکام و مقاومت به خوردگی بالا، این فولادها از چقرمگی و ازدیاد طول کمی برخودار هستند. همچنین دمای آستنیته کردن در این فولادها به دلیل تاثیر بالای آن بر روی خواص این فولادها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بازه ی دمای آستنیته کردن گزارش شده برای این فولادها بین 925 تا 1065 درجه سانتیگراد گزارش شده است
انتخاب دمای آستنیته کردن بالا موجب حل شدن کاربیدها در این فولاد مارتنزیتی میشود .[3] به منظور افزایش چقرمگی و ازدیاد طول این فولادها عملیات حرارتی آستنیته کردن دو مرحله ای یکی از روشهای اجرایی عملیات حرارتی بر روی این فولادهاست .
در همین راستا بالان و همکارانش [5] به بررسی اثر عملیات حرارتی آستنیته تک مرحله ای در دو دمای 1000 و 1070 درجه سانتیگراد و آستنیته دو مرحله ای در دماهای 1000و1070 درجه سانتیگراد بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 16Cr-2Ni پرداخته اند.
رجاسخوار [6] نیز در مقاله ای به بررسی روش های کاربردی عملیات حرارتی فولاد AISI431 پرداخته است. امینی و همکارانش[7] در مقاله خود به بررسی تاثیر عملیات حرارتی آستنیته تک مرحله ای در دو دمای 970 و 1030 درجه سانتیگراد و آستنیته دو مرحله ای در دماهای 970و1030 درجه سانتیگراد بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی این فولاد پرداخته اند.
همچنین رجاسخوار و همکارانش[8] در تحقیق خود به بررسی اثر عملیات حرارتی آستینته کردن در بازه دمایی 950 تا 1150درجه سانتیگراد بر روی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI 431 جوشکاری شده پرداخته اند. در تحقیقی دیگر بالان و همکارانش [9] در مقاله خود به بررسی رسوب آستنیت حین عملیات تمپر فولاد AISI 431 پرداخته اند. بارلو و تویت [10] نیز در مقاله ای به بررسی عملیات حرارتی آستینته کردن در بازه دمایی1000 تا 1150 درجه سانتیگراد بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی AISI420 پرداخته اند. همان طور که گفته شد با توجه به تأثیر بسیار زیاد دما حین عملیات حرارتی بر روی ریزساختار و خواص این فولادها، در تحقیق پیش رو تأثیر عملیات حرارتی آستینته تک مرحله ای در دمای 1030درجه سانتیگراد و آستنیته دو مرحله ای در دماهای 970و1070 درجه سانتیگراد بر روی اندازه ونوع کاربیدها، ریزساختار و خواص مکانیکی این فولاد مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 مواد و روش تحقیق
ترکیب شیمیایی فولاد AISI431 مورد بررسی در جدول 1 ارائه شده است. نمونه-های اولیه پس از ریختهگری و اجرای عملیات همگن سازی تحت عملیات نورد گرم در دمای 1050 درجه سانتیگراد قرار گرفتند و ضخامت آنها به 1mm رسانده شد. سپس نمونهها تحت عملیات تمپر در دمای 700 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت قرار گرفته و با استفاده از عملیات نورد سرد ضخامت ورق به 0/5mm رسانده شد.
نمونه مورد استفاده برای عملیات آستنیته کردن تک مرحله ای، نمونه SA و نمونه مورد استفاده برای عملیات آستنیته کردن دو مرحله ای نمونه DA نامیده شدند. در عملیات آستینته تک مرحله ای نمونه در دمای 1030 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه در این دما نگه داری شده سپس در روغن کوینچ و سپس در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت تمپر شد.
در عملیات آستنیته دو مرحله ای نمونه در دمای 1070 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه نگهداری شد، سپس در روغن کوئنچ و در دمای 200 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت تمپر شد. در مرحله دوم نمونه تا دمای 970 درجه سانتیگراد حرارت داده شده و به مدت 15 دقیقه در این دما نگهداری شد. سپس در روغن کوئنچ شده و در نهایت در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت تمپر شد. در شکل 1 سیکل عملیات حرارتی انجام شده بر روی نمونه ها نشان داده شده است.
جهت بررسی ریزساختار نمونه ها، نمونه ها با استفاده از محلول ویلا - 1 گرم اسید پیکریک ،1 میلی لیتراهیدرو کلریک اسید، 100 میلی لیتر اتانول - اچ شده و توسط میکروسکوپ نوری مدل PME3 ساخت شرکت Olympus بررسی شدند. همچنین به منظور بررسی ریزساختار در بزرگنمایی بالاتر،شناسایی کاربیدها و انجام آنالیز عنصری - - EDX از میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل VEGA 2 TESCAN استفاده شد. جهت انجام آزمون های کشش از دستگاه کشش Hounsfield مدل H25kS استفاده شد. آزمون کشش نیز بر اساس استاندارد ASTM E8 انجام شد. جهت اندازه گیری سختی از دستگاه سختی سنجی مدل M4U-250 ساخت شرکت EMCO Test استفاده شد. سختی سنجی به روش ویکرز با نیروی 30 kg انجام شد
