بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش رفتار سایشی چدن سفید کمآلیاژ در مقایسه با چدن سفید معمولی مورد بررسی قرار گرفت. رفتار سایشی براي هر دو نوع چدن با استفاده از آزمون پین روي دیسک در بارگذاريهاي 80N، 100N ، 120N و 140N مورد بررسی قرار گرفت. بررسیهاي SEM از سطوح سایش نشان داد در بارگذاريهاي کمتر در نمونه چدن سفید کمآلیاژ، تركهایی در کاربیدهاي M3C ایجاد شده و در بارگذاريهاي بالاتر استحاله آستنیت باقیمانده به مارتنزیت اتفاق افتاده است. نتایج میکروسختیسنجی از فاز آستنیت باقی مانده نشان داد میکروسختی این فاز بعد از آزمون سایش افزایش مییابد که این افزایش سختی به دلیل کار سختی این فاز حین آزمون سایش و همچنین تحولات فازي صورت گرفته - تحول آستنیت باقیمانده به مارتنزیت - توسط تنشهاي مکانیکی در حین آزمون سایش میباشد.
مقدمه
چدنهاي سفید مقاوم به سایش امروزه به جهت شرایط صنعتی، تولیدي و اقتصادي جایگزین بسیاري از فولادهاي ضد سایش گردیدهاند. این مواد به دلیل خواص سایشی و متالورژیکی سالها در صنایع معادن، غلتکها و گلولههاي آسیا، لاینرها، غلتکهاي نوردي، دستههاي پیشران در قطارها و بسیاري از کاربردهایی که نیازمند مقاومت به سایش بالا هستند، استفاده شدهاند. با گسترش در زمینه چدنهاي سفید مقاوم به سایش، این چدنها به ترتیب از گروههاي چدن سفید پرلیتی و نايهاردها به چدنهاي سفید پر کروم توسعه یافتند. چدنهاي سفید پرلیتی به دلیل ساختاري شامل کاربیدهاي M3C و پرلیت جوابگوي نیاز مقاومت به سایش و سختی توام با تافنس بالا نبودند .[1-5] لذا با اضافه شدن عناصر آلیاژي بیشتر، خانواده دیگري به نام چدنهاي نايهارد در 4 دسته نايهارد 1، 2، 3 و4 توسعه یافتند. گروهی دیگر از چدنهاي مقاوم به سایش براي افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی با افزایش مقادیر عناصر آلیاژي به خصوص کروم تا %30 به مقاومت به سایش بالایی دست پیدا کردند. تمام انواع این چدنهاي مقاوم به سایش با دارا بودن عناصر آلیاژي گران قیمت ودر مقادیر بالا نظیر: کروم، مولیبدن، نیکل، هزینه تولید خیلی بالایی دارند. لذا این پرسش مطرح میشود که آیا میتوان با درصد عناصر آلیاژي کمتر به سختیهاي بالا دست یافت؟ و آیا میتوان با اصلاح ریزساختاري عملیات حرارتیهاي طولانی مدت در دماهاي بالا را حذف نمود؟ زومگار1روي چدنهاي سفید ریختگی که درصد کاربید اولیه و یوتکتیک آنها بین 7 تا 45 درصد بود، تحقیق کرد و به رابطهاي بین ساختار زمینه و مقاومت به سایش پی برد .[6] گاندلاچ2و پارك3 با استفاده از آلومینا و سیلیکونکاربید پی بردند که مقاومت سایشی چدن آستنیتی کمتر از مقاومت سایش چدن مارتنزیتی میباشد .[7] هدف از این تحقیق بررسی استحاله آستنیت باقیمانده به مارتنزیت میباشد.
روش تحقیق
مذاب° نمونه هاي چدن سفید آلیاژي و چدن سفید معمولی در یک کوره القایی به ظرفیت 100kg در دماي 1450 C تهیه و پس از تنظیم نهایی آنالیز شیمیایی مذاب به کمک دستگاه کوانتومتري مدل ARL، عملیات ذوبریزي در قالبهاي استاندارد Y بلوك انجام شد. در جدول 1 ترکیب شیمیایی چدنهاي سفید مورد پژوهش آورده شده است. به منظور بررسی رفتار سایشی چدنهاي سفید مورد پژوهش، آزمون سایش به روش پین روي دیسک در بارگذاريهاي 80، 100، 120 و 140N انجام شد. دیسکهاي مقاوم به سایش از جنس فولاد 100Cr6 عملیات حرارتی شده با سختی 62HRC ، قطر70mm و ضخامت 10mm مورد استفاده قرار گرفت. نمونههاي آزمون سایش به شکل پینهاي استوانه اي به ابعاد: ارتفاع 50mm و قطر 5mm، توسط وایر کات از Y بلوكهاي ریختگی تهیه شدند . سرعت حرکت دیسک ساینده - 0/15m/s - 74rpm بود. هر نمونه مسافت 1000m را طی نمود. پس از انجام آزمون سایش نمونهها در مقطع عرضی عمود بر سطوح سایش برش داده شده و تغییرات ریزساختاري آنها در اثر تنشها و نیروهاي مکانیکی در نواحی زیر سطوح متأثر از سایش بررسی شد. نمونههاي متالوگرافی از Y بلوكهاي ریختگی به روش وایر کات تهیه شدند. پس از آمادهسازي و پولیشکاري و اچ، ریزساختار آنها توسط میکروسکوپهاي نوري مدل OLYMPUSPMG3 و الکترونی روبشی - SEM - مدل MV2300CAM-SCAN مطالعه شد. براي بررسی جزئیات آنالیز فازي، نمونه هایی از چدنهاي سفید مورد پژوهش به مدت 30 دقیقه با استفاده از دستگاه° پراش اشعه - XRD - X مدل SIEMENS5000 در معرض اشعه ایکس با . &R در دامنه زاویه 30-100 قرار گرفته است. براي بررسی تأثیر تنشها و نیروهاي مکانیکی بر میزان پایداري و خواص مکانیکی آستنیت باقیمانده، آزمون میکروسختیسنجی در نمونههاي چدن سفید آلیاژي به روش ویکرز با بار 25gr انجام شده است. اعداد میکروسختی گزارش شده بیانگر متوسط پنج عدد سختی براي هر فاز است.
نتایج و بحث
شکل 1 تصاویر متالوگرافی نوري از ریزساختار چدنهاي سفید مورد پژوهش را در شرایط ریختگی نشان میدهد. با توجه به تصاویر متالوگرافی ارائه شده در شکلهاي -1 الف مشاهده میشود که ریزساختار چدن سفید معمولی شامل لدبوریت - جزیرههاي کوچک پرلیت در زمینه سفید رنگ کاربیدهاي یوتکتیکی پیوسته - M3C و جزیرههاي بزرگ پرلیت - فاز قهوهاي رنگ - میباشد. ریز ساختار چدن سفید کم آلیاژ - شکل -1 ب - شامل جزیرههاي کوچک پراکنده مارتنزیتی - فاز خاکستري رنگ - ، آستنیت باقیمانده - فاز قهوهاي رنگ - و کاربیدهاي یوتکتیکی پیوسته M3C - نواحی سفید رنگ - میباشد. در شکل 2 آنالیز فازي ریزساختار چدنهاي سفید مورد پژوهش با استفاده از پراش اشعه - XRD - X نشان داده شده است. نتایج نشان میدهد ریزساختار چدن سفید معمولی دو فازي شامل فریت و کاربیدهاي M3C است - شکل -2 الف - ،
