بخشی از مقاله
چکیده:
میکرو آلیاژی کردن و کنترل پروسه، شناخته شدهترین راهی است که در جهت کاهش هزینهها و افزایش سختی در فولادهای فریت و پرلیتی مورد استفاده قرار میگیرد. در این نوع فولادها علاوه بر ترکیب شیمیایی، پارامترهای موثر در عملیات کار گرم نیز نقش موثری در بهبود خواص مکانیکی ایفا مینماید.
در این پژوهش سعی در این بوده است تا تاثیر سرعت سرد کردن پس از کار گرم بر خواص مکانیکی و ریزساختار، به عنوان یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر خواص مکانیکی این فولادها، مورد ارزیابی قرار گیرد و هدف بررسی تاثیر عملیات حرارتی مختلف بر روی فولاد میکروآلیاژی 30msv6 کار گرم شده میباشد.
عملیات حرارتی انجام گرفته در این تحقیق شامل فرآیند آنیل - سرد کردن در کوره - و کوئنچ - سرد کردن در آب - میباشد که نمونهها در دمای یکسان1200 درجه سانتی-گراد به مدت یک ساعت آستنیته گردیدند و سپس بر روی نمونههای کوئنچ شده عملیات تمپر در دو دمای 550 و 650 درجه سانتیگراد هر یک در مدت زمان 3 ساعت، صورت گرفت. در نهایت برای بررسی خواص مکانیکی این فولاد میکروآلیاژی عملیات متالوگرافی و تستهای سختی سنجی بر روی آنها انجام گرفت. نتایج حاصل از این آزمایش بیانگر تاثیر مثبت تسریع در سرعت سرد کردن پس از کار گرم در افزایش خواص مکانیکی در این نوع از فولادها میباشد.
.1 مقدمه
قطعات آهنگری شده فولادی که در خودرو، ماشینآلات کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرارمیگیرند، معمولا پس از اتمام مراحل آهنگری نیاز به عملیات حرارتی دارند. در مواردی که قطعه خواص مکانیکی بالایی نیاز داشته باشد، نوع عملیات حرارتی پس از آهنگری، سختیکاری و برگشتپذیر میباشد.
عملیات حرارتی فوق ساختار فریتی - پرلیتی حاصل از آهنگری را به ساختار مارتنزیتی تمپر شده تبدیل میکند و بدین ترتیب استحکام و سختی قطعات آهنگری شده افزایش مییابد. در اوایل دهه 1970 در آلمان، فولاد-هایی توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفتند که پس از اتمام آهنگری بدون آنکه تحت عملیات حرارتی قرار گیرند، به سختی و استحکام بالایی دست پیدا میکردند؛ این فولادها که در آغاز برای ساخت شاتون و میل لنگ خودرو مورد استفاده قرار میگرفتند، فولادهای میکروآلیاژی نامیده شدند.
فولادهای میکروآلیاژی، فولادهایی هستند که در آنها با اضافه کردن مقادیر ناچیزی از عناصر میکروآلیاژی شاهد افزایش قابل توجهی در خواص مکانیکی خواهیم بود. ترکیب شیمیایی این فولادها مشابه فولادهای کم کربن بوده و شامل 0/5 تا 0/55 درصد کربن، 0/6 تا 1/65 درصد منگنز، 0/15 تا 1/65 درصد سیلیسیم و مقدار کمی از عناصر وانادیوم، نیوبیوم و تیتانیوم میباشد.
افزایش استحکام فولاد با اضافه کردن مقادیری از عنصر میکروآلیاژی وانادیوم، یکی از موثرترین روشهای استحکام بخشی در فولادهای فریت - پرلیتی میباشد. ذرات و رسوبات ریز نیترید و کربونیترید وانادیوم غنی از نیتروژن در فریت پرویوتکتوئیدی و لایه-های فریت موجو در پرلیت، باعث افزایش استحکام در این نوع از فولادها میگردد.
به دلیل دمای نسبتا پایین حلالیت کربونیتریدهای وانادیوم، امکان انحلال نسبتا کامل آنها در دمای بالای پیشگرم وجود داشته و بنابراین پتانسیل مناسبی جهت ایجاد استحکام رسوبی ایجاد میگردد. [4] فولادهای میکروآلیاژی در حین عملیات ترمومکانیکال در دماها و نرخهای کرنش و مقدارهای کرنشهای مختلف قرار گرفته و تحولات ریزساختاری گستردهای در آنها به وقوع میپیوندد
گاندوس و همکارانش با مطالعه بر روی فولاد میکرو آلیاژی وانادیوم دار حاوی 0/1 درصد وانادیوم نشان دادند، با افزایش سرعت سرد کردن، اندازه رسوبات ریزتر شده که این امر منجر به افزایش سختی شده است. همچنین باباخانی و همکارانش [8] با مطالعه بر روی فولاد میکرو آلیاژ 0/11 درصد وانادیوم نشان دادند که با افزایش دمای پیش گرم، اندازه دانههای آستنیت افزایش و عدد اندازه دانه کاهش یافته است.
شکل .1 میزان مصرف فولادهای میکرو آلیاژی در مقایسه با فولادهای دیگر در سال 1993 در امریکا میباشد. [1]
در این تحقیق به بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر روی خواص مکانیکی فولادکار گرم شده میکرو آلیاژی 30msv6 پرداخته شده است.
.2 مواد و روش تحقیق
آلیاژ مورد استفاده در این مطالعه، فولاد میکرو آلیاژی 30msv6 می-باشد. این فولاد کاربرد زیادی در قطعات خودرو داشته و معمولا پس از آهنگری با سرعتهای مختلف سرد میشود تا به ریزساختار مطلوب برسد. از ویژگیهای ریزساختاری آن ریز دانه بودن و ترکیبی از فازهای فریت و پرلیت و در موارد خاصی بینیت میباشد. ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول زیر آمده است:
جدول.1 ترکیب شیمیایی فولاد 30msv6
در این تحقیق نمونهها جهت انجام آزمایش به وسیله دستگاه مخصوص برای انجام عملیات برش خورده و آماده شدند بری مقایسه تاثیر عملیات انجام گرفته بر روی این فولاد میکرو آلیاژی ابتدا قطعه خام تحت عملیات متالوگرافی قرار گرفت و ریزساختار آن در چند بزرگنمایی بررسی شد.
نمونهها تحت عملیات حرارتی زیر قرار گرفتند:
-1 آستنیته کردن: نمونهها جهت آستنیته شدن در دمای 1200 درجه سانتیگراد به مدت زمان یک ساعت در این دما نگهداری شدند.
-2 سرد کردن: برای بررسی اثر سرد کردن بر خواص مکانیکی و ریزساختار دو حالت سرد کنندگی متفاوت یعنی در هوای کوره و در آب و سپس برای عملیات بازگشت یا همان تمپر، در دو دمای 550 و 650 درجه سانتیگراد جهت مشاهده تاثیر دما بر روی خواص مکانیکی و ریزساختار آن، در مدت زمان 3 ساعت در نظر گرفته شد.
در نمونههای کار گرم شده فولاد 30msv6 قبل و بعد از انجام عملیات حرارتی جهت مشاهده تغییرات ریزساختاری بر روی آنها عملیات متالوگرافی انجام گرفت که ابتدا سنباده زنی شدند. در این مرحله، از سنباده 60 تا 3000 استفاده شد و سپس با پودر آلومینای 0/3 میکرون پولیش داده شدند و با محلول نایتال 3 درصد که حاوی 97 سی سی اتانول و 3 سی سی اسید نیتریک بود در مدت زمان 8 ثانیه اچ شدند و در نهایت ریزساختار آنها با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده و در بزرگنماییهای متفاوت از آنها عکس تهیه گردید.
سختی سنجی هر نمونه با توجه به کوچک بودن نمونهها در مقیاس ویکرز با دستگاه Micro Hardness Test Model: MH3 انجام گرفت که جهت اطمینان از صحت نتایج، آزمایشات دو بار تکرار شد که نتایج همگرایی قابل قبولی داشتند برای هر نمونه سختی 5 تا 10 نقطه اندازهگیری و میانگین آنها به عنوان عدد سختی اعلام شد. آزمایشات در آزمایشگاه نانو مجتمع فنی و مهندسی اسفراین و مطابق با استانداردهای آن مجتمع انجام گرفت.
.3 نتایج و بحث
.3-1 نتایج ریز ساختاری و خواص مکانیکی
سرعت سرد کردن در نمونههای کار گرم شده این فولادها به عنوان یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر خواص مکانیکی این محصولات مطرح میباشد. فولاد میکرو آلیاژی وانادیوم دار نیز از این قاعده مستثتی نبوده و بلکه میتوان عنوان نمود که افزایش سرعت سرد کردن پس از کار گرم در این نوع فولادها در مقایسه با فولادهای ساده کربنی از تاثیر بیشتری برخوردار است. دلیل این امر را میبایست در مکانیزمهای استحکام بخشی در میکرو آلیاژهای وانادیوم دار جست و جو نمود. در عموم فولادهای میکرو آلیاژی از دو مکانیزم ایجاد استحکام رسوبی و کاهش اندازه دانه در جهت افزایش استحکام بهره برده میشود. 4] و 9 و[10 عناصر آلیاژی در حد متوسط میتوانند سختی مارتنزیت حاصل از سریع سرد شدن فولادهای کم کربن یا کربن متوسط را به میزان بسیار کم افزایش دهند.
شکل .2 اثر عناصر آلیاژی بر روی سختی حاصل از بازپخت فولادهای سریع سرد شده و یازپخت شده در دمای 260 درجه سانتیگراد در مقایسه با فولادهای ساده کربنی
شکل .3 مشابه با شکل 2 ولی مربوط به دمای بازپخت 540 درجه سانتیگراد
شکلهای 2 و 3 تفاوتهای جالب ناشی از اثرات عناصر آلیاژی مختلف را نشان میدهد. عناصر کاربیدساز قوی نظیر وانادیم، مولیبدن و غیره تا قبل از دمای دماهای بالا - دمای تشکیل کاربید - اثرات قابل ملاحظهای بر روی افزایش سختی نخواهند داشت. در دماهایی که کاربید تشکیل میشود سختی بسیار سریع افزایش مییابد.
