بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی ساختار میکروسکوپی و سختی روکش استلایت 6 بر سطح فولاد ساده کربنی با حضور درصد های وزنی مختلف 10 - ، 20، 30 ، 40 و - 50 ذرات کاربید نیوبیوم پرداخته شده است. جهت اعمال روکش از فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز - - TIG با جریان DCEN استفاده گردید.ر یز ساختار روکش توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و فاز شناسی پراش پرتو ایکس - - XRD مورد بررسی قرار گرفت. به کمک آزمون ریز سختی سنجی پروفیل سختی نمونه ها تهیه شد. ریز ساختار روکش حاصل شامل زمینه دندریتی غنی ازکبالت و یوتکتوئیدهای غنی از کاربیدهای کروم به همراه کاربیدهای نیوبیوم انحلال نیافته میباشد، بیشترین مقدار سختی حدود - - 1100 HV در روکش استلایت-%30 کاربید نیوبیوم مشاهده گردید.
مقدمه
آلیاژ های استلایت نوعی از سوپر آلیاژهای پایه کبالتی میباشد که در اوایل قرن بیستم توسط الوود هاینس3 تو سعه داده شده و به عنوان ماده ابزار برش در آن زمان مورد ا ستفاده قرار گرفت.[1] این آلیاژها از طریق استحکام دهی محلول جامد و رسوب دهی کاربیدها استحکام می یابد. استحکام دهی محلول جامد از طریق افزودن عناصری نظیر کروم، مولیبدن، نیکل، تنگستن و استحکام دهی از طریق کاربیدها عموماً در اثر افزودن عنصر کروم و تشکیل کاربیدهای مختلف این عنصر حاصل خواهد شد.
از مهمترین خواص آلیاژهای پایه کبالت مقاومت در برابر شرایط سای شی شدید، حفظ ا ستحکام مکانیکی در دمای بالا، مقاومت در برابر عوامل مخربی چون اکسیداسیون، خوردگی در دمای بالا، خستگی حرارتی و خزش[3] و مقاومت در برابر ترک های انجمادی در منطقه ذوب می باشند.[4] سختی این آلیاژ ها بین 475-370VHN می باشد
تقویت کننده هایی متعددی نظیر WC،Y2O3، VC، SiC و B4C جهت استحکام بخشی به روکش ا ستلایت مورد برر سی قرار گرفته اند، به عنوان مثال مددی و همکاران با افزودن 40 در صد کاربید تنگ ستن موجب افزایش مقدار فاز هیپویوتکتیک و درنتیجه افزایش سختی و مقاومت سایشی روکش استلایت شدند.[6] در کار دیگری توسط مینگ و همکاران استلایت 6 را به همراه کاربید سیلیسیم توسط روش لیزر روکش کاری کردند و به این نتیجه ر سیدند که سختی و مقاومت سای شی با افزودن ذرات کاربید سیل سیم بهبود مییابد وبیشترین مقدار سختی برای مقدار وزنی 19 درصد کاربید سیلسیم بدست میاید
در کار دیگر توسط لطفی و همکاران تاثیر افزودن کاربید بور به ریزساختار روکش استلایت6 به روش جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن مورد بررسی قرار گرفت و در مقادیر کمتر از %30 وزنی کاربید بور، حل شدن ذرات کاربید، ریزتر شدن ریز ساختار و سختی بالاتر را گزارش نمودند. مقدار سختی با افزایش میزان کاربید بور تا %30 وزنی حداکثر حدود 1000 HV افزایش ن شان داده شده ا ست. .[8] یکی از موادی را که میتوان بعنوان ذرات تقویت کننده انتخاب کرد کاربید نیوبیوم میباشد دراین تحقیق نقش افزودن تقویت کننده کاربید نیوبیوم در درصدهای مختلف بر ریز ساختار و سختی روکش استلایت 6 مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
از فولاد ساده کربنی ST 37 به عنوان زیرلایه جهت انجام عملیات سطحی ا ستفاده شد. به منظور تهیه خمیر پیش نشست از مخلوط پودری استلایت حاوی درصد وزنی کاربید نیوبیوم به همراه محلول آبی حاوی 30 در صد وزنی چ سب سیلیکات سدیم قبل از عملیات ذوب سطحی ا ستفاده گردید. جهت انجام عملیات ذوب سطحی از یک دستگاه جوش تنگستن اتوماتیک ساخت شرکت گام الکتریک مدل PSQ400 استفاده شد. الکترود مورد استفاده از جنس تنگستن- 2% توریم با نشانه قرمز رنگ، گاز مصرفی آرگون با خلوص 99/9% با فلوی 10ml/min و جریان از نوع مستقیم با الکترود منفی - 4 - DCEN میباشد.
جدول:1پارامترهای فرایند جوشکاری سطحی به روشTIG
سطح نمونههای روکشکاری شده، پس از عملیات متالوگرافی و حکاکی سطحی با استفاده از محلول حکاکی حاوی 5 گرم کلرید آهن، 5 میلی لیتر اسید کلریدریک و 96 میلی لیتر اتانول، با استفاده از میکروسکوپ نوری مدلDP12BX51M OLMPIUSومیکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل CAM SCAN MV2300 مورد برر سی ریز ساختاری قرار گرفت. جهت شنا سایی فازها در لایه های سطحی ایجاد شده، از دستگاه پراش پرتو ایکس - XRD - مدل ;ʼ3HUW متشکل از هدف مسی با ولتاژ شتاب دهنده 40KV استفاده شد. جهت تعیین سختی قسمت های مختلف روکش از دستگاه ریزسختی سنجی با فرورونده هرم مربع القاعده الماسی با زاویه سطح جانبی 136 و بار اعمالی 500 gf در زمان 10 ثانیه استفاده شد.
نتایج و بحث
شکل-1الف الگوی بدست آمده از آنالیز پراش پرتوی ایکس از سطح روکش استلایت 6 را نشان میدهد. با توجه به آنالیز بد ست آمده و ت صاویر متالوگرافی ارائه شده در شکل -2الف، به خوبی م شخص ا ست که میکرو ساختار غنی از Co و Cr بوده که این فاز شامل مقادیری Fe نیز است و یوتکتیک بدست آمده نیز غنی از کاربیدهای کروم نیز هست شامل محلول جامد دندریتی کبالت و محصولات یوتکتیک در مرز بین دندریتی می باشد. فرایند انجماد با جوانه زنی دندریت های محلول جامد کبالت و پس زده شدن عناصر آلیاژی در مذاب مجاور به علت اختلاف در حد حلالیت عناصر آلیاژی در حالت مذاب و جامد آغاز می شود. با پی شروی جبهه انجمادی غلظت عنا صر آلیاژی پس زده شده در مذاب باقی مانده افزایش یافته و این روند تا ر سیدن ترکیب شیمیایی مذاب به ترکیب شیمیایی نقطه یوتکتیک ادامه می یابد.
