بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله هدف، بررسی اثر پارامترهای مختلف روی خواص مکانیکی و ریزساختار میباشد. پارامترهای مختلف از جمله دما و زمان آستنیته کردن، محیط کوئینچ، دما و زمان تمپر و غیره باعث میشود که خواص مکانیکی و ریزساختارهای متفاوتی از یک فولاد 42CrMo4 بدست آید. 4 نمونه در بازه دمایی بین 830-860 و زمان بین 30 دقیقه تا 1 ساعت آستنیته کرده و قبل از آستنیته کردن یکی از نمونهها در حمام نمک و عملیات نرماله نیز استفاده کردیم و در محیطهای آب و روغن سرد کرده و در مرحلهی بعدی تمپر را در محدودهی دمایی 550-650و زمان 25-60 دقیقه انجام داده و نمونهها را در هوا، روغن و آب سرد کردیم و تستهای سختی سنجی و ضربه را انجام داده و نتایج حاکی از این بودکه با شرایط آستنیته در دمای 850 درجه سانتیگراد و زمان یک ساعت و کوئینچ در روغن و تمپر یک ساعتی در دمای 620 درجه سانتیگراد و سرمایش در هوا ایدهآلترین خواص لازمه را به دست آوردیم.
.1 مقدمه
در طی دهههای گذشته، تقاضای فولاد با خواص مکانیکی مناسب، قابلیت انعطافپذیری و چقرمگی افزایش یافته است. علاوه بر این، سبک بودن فولاد نیز مورد توجه است، این الزامات را میتوان با افزایش میزان کربن به صورت محدود به دست آورد، اما حتی در شرایط عملیات حرارتی شده حداکثر مقاومت فولاد آلیاژی میتواند به 700 مگا پاسکال بالاتر از فولاد تغییر نیافته برسد؛ انعطافپذیری به طور چشمگیری کاهش مییابد.
عملیات حرارتی فولادهای آلیاژی، قدرت و ضریب عملکرد بالا را در ترکیب با انعطافپذیری قابلتوجهی حتی در بخشهای بزرگ فراهم میکند. فقط بخش اندکی از فولادهای کربنی ساده میتواند از طریق کوئینچ در آب سختتر شود و این امر با اعوجاج و ترک خوردگی همراه است. فولاد آلیاژی میتواند در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا مقاومت کند. طبق نظر کمیته تحقیقات فولاد آلیاژی " - ASRC - فولادهای کربنی به عنوان فولادهای حاوی بیش از 0/5 درصد منگنز و 0/5 درصد سیلیکون در نظر گرفته میشوند، تمام فولادهای دیگر به عنوان فولادهای آلیاژی مورد توجه قرار میگیرند
عناصر اصلی آلیاژ افزودن عبارتند از: منگنز، سرب، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیوم، نیوبیوم، سیلیکون و کبالت است. اثرات حرارتی فولاد کمآلیاژ توسط بسیاری از محققان در طی دهههای گذشته بررسی شد. در پاراگرافهای بعدی نمونههایی از این مطالعات ارائه شده است.
در این فولادها، با ایجاد ریز ساختار متداول مانند مارتنزیت تمپر شده، ایجاد استحکام بالا توأم با انعطافپذیری و تافنس مناسب، کاری دشوار و حتی ناممکن است. طراحی و حتی ایجاد ریز ساختارهای جدید در فولادهای کم آلیاژ، رسیدن به استحکام بالا همراه با نرمی و تافنس مناسب را امکانپذیر ساخته است.
این فولادها دارای خواص مکانیکی خوب از قبیل چقرمگی، استحکام خستگی و مقاومت به سایش مطلوب میباشد و معمولا به شکل کوئینچ تمپر کاربرد دارند اما در دمای 230 تا 370 درجه سانتیگراد نباید تمپر صورت گیرد زیرا باعث تردی آبی و تردی هیدروژنی میگردد.
بر همین اساس، خواص مکانیکی ریز ساختار ناشی از عملیات حرارتی، با ریز ساختار مارتنزیت تمپر شده مورد آزمایش قرار گرفت. وجود عناصری مثل فسفر، کروم در چنین فولادهایی موجب حساسیت به تردی آبی شده و همین امر باعث جمع شدن عناصر ناخالصی در مرزدانه شده و قطعه انرژی ضربه پایینی خواهد داشت، در نهایت وجود عناصر ناخالصی باعث شده تا سطح شکست آبی رنگ شود.
.2 شیوه انجام آزمایش
در این آزمایش از 4 نمونهی 42CrMo4 که تحت تست کشش قرار گرفته بودند و ابتدا با استفاده از نمودار TTT که در شکل 1 مشاهده میشود، دمای آستنیته و تمپر را مشخص کرده و با اندکی تغییرات در پارامترها آزمایشات را به این نحو انجام دادیم.
شکل :1 نمودار TTT فولاد 42CrMo4
جدول :1 آنالیز فولاد 42CrMo4
قطعه را برای سیکل اول ابتدا دمای آستنیتهی آن را 5 درجه سانتیگراد بالاتر از AC3 در نظر گرفتیم. قطعه را در ظرفی از گرافیت برای جلوگیری از اکسید شدن مدفون کرده و سیم مفتولی به آن متصل کردیم. برای جلوگیری از غیر یکنواختی دمایی احتمالی در ساختار به قطعه به مدت 5 دقیقه، در دمای 600 درجه نگهداری کردیم و سپس در دمای 850 درجه سانتگراد به مدت 1 ساعت آستنیته کردیم.
نمونه را برای کوئینچ به صورت عمودی، به طور کامل در روغن فرو برده تا از تاب برداشتن و آتش گرفتن روغن جلوگیری کنیم. این عمل را برای جلوگیری از تغییر در نتایج با سرعت بسیار بالایی انجام دادیم. سپس نمونه را از ابتدا در کوره قرار داده و در دمای 620 درجه برای تمپر تنظیم کرده و از دمای مذکور به مدت 1 ساعت نمونه را در کوره نگه داشتیم و سپس نمونه را در هوا خنک نمودیم.
قطعه را برای سیکل دومدر ظرف گرافیت مدفون کرده و در کورهی خاموش قرار دادیم، کوره را روشن و دما را با سرعت 10 درجه بر دقیقه به دمای 850 درجه سلسیوس رساندیم و سپس 1ساعت زمان دادیم تا کاملاً آستنیته شوند. سپس نمونه را در روغن کوئینچ نمودیم، اینگونه که قطعه را عمودی در روغن فرو کرده، آرام و یکنواخت در روغن تکان دادیم. مجدداً نمونه را در داخل کوره قرار داده تا تمپر انجام شود اما این بار در دمای 650 درجه سلسیوس با مدت 65 دقیقه این کار را انجام داده و سپس در هوا سرد کردیم.
برای سیکل سوم قطعهرا مشابه نمونههای قبل در کوره قرار داده و در دمای 860 درجهی سلسیوس به مدت 1 ساعت آستنیته کرده و سپس در آب خنک میکنیم سپس در دمای 550 درجه به مدت 1 ساعت برای تمپر در کوره قرار میدهیم تا به دمای محیط برسد.
در سیکل چهارم ابتدا قطعه را داخل کوره قرار داده و دمای کوره را به 830 درجه سلسیوس رسانده و 20 دقیقه به آن زمان دادیم تا کاملاً ریز دانه و نرماله شود. برای جلوگیری از ساختارهای غیر تعادلی نمونه را در هنگام سرد شدن ابتدا در حمام نمک با دمای 650 درجه به مدت 20 دقیقه سرد کردیم و نمونه را تا دمای محیط در هوا خنک کردیم. در مرحله دوم برای آستنیته کردن نمونه را در دمای 850 درجه و به مدت 30 دقیقه در کوره قرار دادیم و سپس به سرعت در روغن سرد میکنیم. در مرحله سوم به مدت 25 دقیقه در دمای 600 درجهی سانتیگراد جهت تمپر قرار میدهیم و در نهایت در روغن سرد کردیم.
سپس 4 نمونه را که یک لایهی نازک اکسیدی گرفته از شماره 60 تا 5000 سنباده زده و در هر تغییر شماره جهت گرفتن نمونهها را عوض کرده و عمود بر جهت قبلی روی سنباده کشیدیم. پس از آن 4 نمونه را جهت تشکیل سطح آینهایپولیش میکنیم و با محلول نایتال %3 اچ کردیم و تصاویر متالوگرافی را با میکروسکوپ نوری ساخت کشور مونیک آماده کردیم، سپس با استفاده از دستگاه میکروسختی سنج ساخت کشور کوپا، میزان سختی نمونهها را اندازه گرفتیم و تست ضربه، ys و UTS را با دستگاه تست ضربه 300 ژول ساخت شرکت ستنام انجام دادیم.
.3 نتایج و بحث
فولاد 42CrMo4 یک فولاد کربنی متوسط است و جزء فولادهای کم آلیاژ تلقی میشود. پژوهشگران اثر دماهای تمپر متفاوت را بررسی کردند و مشخص شد که تمپر بین 450-600 درجه سانتیگراد اثر چندانی روی نمونهی فولادی ندارد. اما بین 600-650 درجه سانتیگراد اثر قابل توجهی روی استحکام کششی و استحکام نهایی تسلیم و سختی دارد. برای حذف تردی طبیعی ساختار ماتنزیتی این فولادها پس از کوئینچ، تمپر شدند و در دمای اتاق به آهستگی سرد شدند که تردی تمپری اتفاق نیفتد.
تمپر، اندازه و توزیع کاربیدها را در مارتنزیت تغییر میدهد و ریز ساختار مارتنزیت تمپر شده به دست میآید. اگر دما را کم و زمان را زیاد کنیم همان نتیجهای را میگیریم که در دمای بالاتر و زمان کمتر میگیریم.
