بخشی از مقاله
چکیده:
فولاد زنگنزن 17-7 PH، نوعی فولاد رسوب سخت شونده نیمهآستنیتی میباشد که کاربردهای ویژهای در صنایع مختلف مانند هوافضا و نظامی دارد. مزیت این فولاد در این است که با انجام عملیات ساده پیرسازی، سختی آن افزایش مییابد.
پیرسازی این نوع فولادها در دمایی بین 480 تا 640 درجه سانتیگراد انجام میشود. در این تحقیق تأثیر فرایند پیرسازی بر رفتار خوردگی موضعی این فولاد در دماهای 565،480 و640 درجه سانتیگراد. مورد بررسی قرار گرفت. فرایند پیرسازی تا دماهای 565 درجه سانتیگراد موجب افزایش درجه حساسشدن فولاد میشود در این دما شاهد کمترین میزان پتانسیل حفرهدار شدن هستیم. درحالیکه با افزایش دما تا 640 درجه سانتیگراد به دلیل رخ دادن پدیده خودترمیمی عناصر آلیاژی به زمینه پس زده میشوند و خواص خوردگی موضعی بهبود مییابد.
.1 مقدمه
فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده اولین بار در دهه 1940 میلادی توسعه یافت. اولین آلیاژ از این گروه از فولادها stainless W بود که توسط شرکت فولاد ایالاتمتحده توسعه یافت. از آن زمان سه دسته از این فولادها، در جهت کاربردهای مختلف توسعه پیدا کرد. این فولادها همواره مورد علاقه طراحان صنعتی میباشد، زیرا این فولادها را میتوان با یک عملیات حرارتی ساده استحکام دهی کرد. در سالهای اخیر سه گروه از این فولادها توسعه پیداکردهاند: آستنیتی، مارتنزیتی، نیمه آستنیتی.
فولاد UNS S17700 که همچنین با نام 17-7 PH شناخته میشود، نوعی فولاد رسوب سخت شونده نیمه آستنیتی است که به دلیل استحکام و سختی بالا، خواص خستگی عالی، مقاومت به خوردگی بالا و اعوجاج کم در حین عملیات حرارتی کاربرد زیادی در صناع نظامی و هوافضا پیدا کرده است.
عملیات رسوب سختی مورد استفاده رایج در این فولادها، شامل، - 1 ابتدا فولاد را در دمای 10660C+/_140C عملیات محلولی کرده و سپس در هوا سرد میکنند. مدتزمان نگهداری در دمای عملیات محلولی به ضخامت نمونه بستگی دارد. - به ازای هر 0,1 اینچ، سه تا پنج دقیقه - . - 2 مرحله دوم، نمونه را در دمای 7600C و به مدت 90 دقیقه نگهداری کرده و سپس در آب سرد میکنند.
و درنهایت نمونه بین دمای 4800C تا 6750C تحت عملیات رسوب سختی قرار میگیرند و ساختار حاوی مارتنزیت تمپر شده میشود. در این شرایط استحکام ماده افزایش مییابد که ناشی از رسوبات ریز غنی از Al و نیز مارتنزیت تمپر شده است در حین فرایند تمپرینگ امکان تجزیه مارتنزیت و تشکیل کاربید بهصورت برگشتپذیر، در دماهای مختلف وجود دارد. - Xu & Yu, خوردگی بیندانهای که اغلب حساس شدن نامیده میشود، یکی از مسائل مهم در فولادهای زنگ نزن میباشد که خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد را تحت تأثیر قرار میدهد. این پدیده زمانی اتفاق میافتاد که فولاد جوشکاری شود یا در دمایی بین 500 تا 800 عملیات حرارتی یا کار کند.
در حین فرایند حرارتی، کاربید غنی از کروم - Cr23C6 - ، در مرزدانه ها شکل میگیرد و نواحی خالی از کروم در نواحی اطراف مرزدانه ایجاد میشود. فولادهای زنگ نزنی که مناطق خالی از کروم آنها، دارای مقدار کروم کمتر از 12 در صد باشد به فولادهای حساس شده معروفاند و دچار خوردگی بیندانهای میشوند.
تشکیل کاربید کروم با استفاده از مکانیسم نفوذ اتفاق میافتد واساساً با مهاجرت به مرزدانه ها، موجب تمرکز کاربید کروم در مرز و تهی شدن - میزان کروم کمتر از - %12 ناحیه باریک اطراف آن از کروم میشود. این ناحیه در حضور الکترولیت بهصورت آندی عمل میکند. نتیجه کلی اینکه رسوب کاربید کروم، موجب کاهش مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن میشود. سرعت نفوذ کروم، شکلگیری کاربید کروم را تحت کنترل قرار میدهد و روی درجه حساس شدن تأثیرگذار است.
روشهای مختلفی برای بررسی خوردگی بیندانهای و درجه حساس شدن وجود دارد. چندین روش استاندارد، نظیر تست اگزالیک اسید، تست اشتراوس، تست هوی، تست شریر و تست مس –مس سولفات-50 درصد سولفوریک برای ارزیابی خوردگی بیندانهای مورد استفاده است.
تست EPR در محلول 2,5 مولار اسید سولفوریک، اولین بار در سال 1969 توسط کیهال و همکاران استفاده
شد و سپس کلارک و همکاران روش single-loop EPR در محلول 0.5 M H2SO4+0.01 M KSCN مورداستفاده قرار دادند. این روش نیاز بهصرف وقت زیاد و آمادهسازی سطحی تا پولیش 0,5 میکرون بود. سرانجام آکاشی و همکاران در سال 1980 روش DL-EPR را توسعه دادند که مزیت این روش مستقل بودن از نوع ماده و کیفیت سطحی بود. -
میکروسکوپ نیروی اتمی ابزار قدرتمندی برای بررسی ساختار سطحی در رزولوشنهای بسیار بالا میباشد. در سال 2008 یانلینگ و همکاران با استفاده از تکنیک AFM به بررسی خوردگی بیندانهای فولاد آستنیتی 304 پرداختند. بررسیهای توپوگرافی آنها نشان داد که تکنیک AFM روشی مفید برای بررسی درجه حساس شدن است. - Becker,
در تحقیق کنونی با استفاده از تکنیک AFM و آزمایش الکتروشیمیایی، تأثیر پیرسازی بر درجه حساس شدن فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده 17-7 PH مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 شرایط آزمایش
.2,1 آمادهسازی نمونه
ترکیب شیمیایی آلیاژ 17-7 PH در جدول 1 آمده است. نمونههایی با سطح مقطع 75mm2 و ضخامت 5mm تهیه شد و بعد از عملیات محلولی و شرایط آستنیته مطابق جدول 2 تحت عملیات رسوب سختی قرار گرفت. قبل از انجام تستهای خوردگی نمونهها تا درجه 1200 با سنبادههای سیلیکون کاربید سنبادهزنی شد، سپس برای از بین بردن کثیفی سطح، ابتدا نمونهها در محلول 10%NaOH و در دمای 500C تا 600c قرا گرفت، سپس با آب مقطر شسته شد و خشک شد. در مرحله بعدی، نمونهها در محلول استون و به مدت دو دقیقه و در دمای اتاق بهوسیله التراسونیک تمیز شد. سپس نمونهها در رزین اپوکسی مانت شد.
جدول .1 ترکیب شیمیایی فولاد 17-7 PH
جدول .2 شرایط مختلف عملیات حرارتی های انجام شده
نمونهها پس از انجام تست DL-EPR، با استفاده از محلول اگزالیک اسید %10 بهصورت الکتروشیمیایی اچ گردید . ولتاژ مورد استفاده برای انجام اچ الکتروشیمیایی 8 ولت و به مدت 30 ثانیه میباشد.
برای آمادهسازی نمونه جهت بررسی AFM، نمونهها تا درجه 2500 سنبادهزنی شد و سپس با آلومینا 0,3 میکرون پولیش گردید. سپس در استون التراسونیک شد.
