بخشی از مقاله
چکیده
عملیات زیر صفر به عنوان یک عملیات تکمیلی بین عملیات کوئنچ و تمپر بر روي فولادهاي ابزار با هدف افزایش سختی و مقاومت سایشی در دهههاي اﺧﯿﺮ اضافه گردیده است. فولاد DIN1.2344 یک فولاد گرمکار با کاربرد وسیع در ساخت قالبها و ابزارآلات گرمکار میباشد .
در این تحقیق تأثیر عملیات زیر صفر عمیق در -196œC به مدت 24 ساعت در مقایسه با عملیات کوئنچ تمپر بر روي سختی، ساختار و مقاومت سایشی بررسی میگردد. همچنین تأثیر اعمال پوشش TiC پس از عملیات زیر صفر بر سختی و مقاومت سایشی ارزیابی میگردد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد عملیات زیر صفر و عملیات زیر صفر همراه با پوششدهی باعث افزایش در سختی به میزان به ترتیب %5/7 و %9/6 و بهبود در مقاومت سایشی به میزان به ترتیب 33% و 60% در مقایسه با عملیات کوئنچ تمپر میگردد. بررسی سطوح سایشی به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM نشان داد مکانیزم سایش از نوع چسبان است.
مقدمه
در فولادها با افزایش درصد کربن و عناصر آلیاژي دماي شروع و پایان استحاله مارتنزیتی کاهش پیدا میکند. حتی ممکن است در فولادهاي پرآلیاژ و با کربن بالا دماي پایان استحاله مارتنزیتی به کمتر از صفر درجه سانتیگ راد برسد به این دلیل بعد از کوئنچ تا دماي محیط در ساختار فولاد، آستنیت باقیمانده وجود خواهد داشت. آستنیت باقیمانده فازي نرم است که باعث کاهش سختی، مقاومت سایشی و پایداري ابعادي میگردد .
آستنیت باقیمانده فازي است ناپایدار که در شرایط کاري و اعمال تنش ممکن است به مارتنزیت تبدیل شود. مارتنزیت تازه تشکیل شده، تمپر نشده میباشد، بنابراین بسیار ترد و شکننده است. همچنین استحاله مذکور همراه با %4 افزایش حجم است. این افزایش حجم ناخواسته میتواند منجر به اعوجاج و ناپایداري ابعادي گردد .[1-2] بنابراین یکی از موضوعات مهم در عملیات حرارتی فولادها کاهش و یا حذف آستنیت باقیمانده است.
یکی از روشهاي کاهش و یا حذف آستنیت باقیمانده استفاده از عملیات زیرصفر است 3.[-4]اصولاً عملیات حرارتی زیر صفر براساس دماي انجام عملیات به دو دسته زیر صفر سطحی1 - سرد کردن تا دماي - -80œC و زیر صفر عمیق2 - سرد کردن تا دماي - -196œC تقسیم میشود. بیشترین بهبود در خواص، زمانی حاصل میشود که عملیات زیر صفر بلافاصله بعد از کوئنچ و قبل از تمپر انجام شود
در عملیات زیر صفر عمیق علاوه بر استحاله آستنیت باقیمانده به مارتنزیت، کاربیدهاي ثانویه بسیار ریزي در ساختار پس از عملیات تمپر ایجاد میشود
هوانگ3 در فولاد تندبر M2 نشان داد در اثر عملیات زیرصفر عمیق کسر حجمی کاربیدها دو برابر میشود .
منگ4 با انجام عملیات زیر صفر بر روي فولاد Fe-12Cr-Mo-V-1.4C با استفاده از آزمون نمونه بر روي چرخ5 بهبود مقاومت سایشی را به میزان % 110-600 در سرعتهاي مختلف گزارش کرد. فولاد DIN1.2344 یک فولاد گرمکار با کاربرد وسیع در ساخت قالبها و ابزارآلات گرمکار است. در تحقیق حاضر تأثیر عملیات زیر صفر عمیق ریزساختار، سختی و مقاومت سایشی این فولاد در حالت با و بدون اعمال پوشش TiC در مقایسه با عملیات کوئنچ تمپر بررسی میگردد.
روش تحقیق
فولاد مورد بررسی در تحقیق حاضرفولاد DIN 1.2344 میباشد این فولاد گرمکار بوده و ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 آورده شده است. تحقیق حاضر با هدف بررسی تأثیر نگهداري فولاد DIN 1.2344 در دماي زیرصفر عمیق یعنی -196œC به مدت زمان24 ساعت و پوشش دهی این فولاد و مطالعه تأثیر این عملیات بر سختی و رفتار سایشی آن، انجام گرفته است.
براي انجام عملیات حرارتی، نمونهها با نرخ30œC/min تا دماي 650œC پیشگرم شده و به مدت زمان 20 دقیقه در این دما نگه داشته شدند. سپس این نمونهها به منظور آستنیته کردن با نرخ 20œC/min تا دماي 1030œC گرم شده و به مدت 30 دقیقه در این دما نگه داشته شدند. سپس نمونه ها از داخل کوره خارج و بلافاصله داخل محیط روغن کوئنچ شدند. سپس یکی از نمونهها بلافاصله در کوره تحت عملیات تمپر در دماي 550œC به مدت 50 دقیقه قرار گرفت - QT - و دو نمونه دیگر به مدت 24 ساعت تحت عملیات زیرصفر در دماي -196 œC - زیرصفر عمیق - قرار گرفتند.
یکی از نمونه هاي زیر صفر شده پس از گرم شدن تا دماي محیط، بلافاصله به مدت زمان 50 دقیقه در دماي 550œC تمپر شد - DCT24 - و به منظور بررسی تأثیر عملیات پوششدهی، نمونه دیگر پس از گرم شدن تا دماي محیط و اعمال پوشش TiC به روش PVD به ضخامت 50 میکرومتر، تحت عملیات تمپر در 550œC به مدت زمان 50 دقیقه قرار گرفت
عملیات حرارتی نمونهها و علامت اختصاري آن در جدول 2 آورده شده است. سختی نمونههادر مقیاس راکولسی - HRC - و بر اساس استاندارد ASTM E18 و با استفاده از دستگاه DiaTester مدل 2RC-S، ساخت شرکت Wolpert آلمان اندازهگیري شد.
متالوگرافی نمونهها با استفاده از روشهاي متداول سنبادهزنی و پولیش با امولسیون دستگاه حاوي آلومیناي 0/5ʽm، انجام گرفت. براي اچ کردن نمونههاو بررسی ساختار توسط میکروسکوپ نوري از محلول اچ نایتال % 2 استفاده گردید و ساختار نمونهها بوسیله میکروسکوپ Olympus مدل PGM3 بررسی گردید. آزمون سایش با استفاده از دستگاه سایش و به روش پین روي دیسک با نیروي 60 نیوتن و در سرعت 0/15m/s و مطابق با استاندارد ASTM G99، انجام شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل Philips-XI30 جهت مطالعه سطح و بررسی مکانیزم سایش، استفاده گردید.
نتایج و بحث
همانطورکه در شکل 1 - الف و ب - مشاهده میگردد، میزان پراکندگی کاربیدها در نمونهاي که تحت عملیات زیر صفر قرار گرفته است در مقایسه با نمونه کوئنچ تمپر، بسیار بیشتر میباشد. این امر یکی از دلایل مهم در افزایش سختی و مقاومت سایشی در نمونههاي زیر صفر شده در مقایسه با نمونه کوئنچ تمپر است.
