بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش اثر دماهای مختلف عملیات حرارتی نرماله کردن بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد ساده کربنی و میکرو آلیاژی ASTM A516-Gr70 جهت تعیین دمای بهینه مورد بررسی قرار گرفته است. نمونهها به مدت زمان 20 دقیقه در دماهای 830، 850، 870 و 890 درجه سانتیگراد در کورههای عملیات حرارتی قرار داده شد. جهت بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری از آزمون کشش و روش متالوگرافی استفاده شد.
با تحلیل نتایج مشخص شد که با افزایش دمای عملیات نرماله کردن تا 870 درجه ساختار فریت و پرلیت کشیده ناشی از نورد تغییر یافته و به پرلیت ریز کروی با پراکندگی یکنواخت در زمینه فریتی تبدیل میشود. با افزایش دما به 890 درجه سانتیگراد رشد دانه اتفاق افتاده و خواص مکانیکی افت میکند. در نهایت دمای 870 درجه سانتیگراد به عنوان دمای بهینه عملیات حرارتی نرماله کردن فولاد ASTM A516-Gr70 تعیین شد.
مقدمه
فولاد ASTM A516-Gr70 از جمله فولادهای ساده کربنی و میکرو آلیاژی استحکام بالا با مقادیر محدودی عناصر آلیاژی میباشدکه به جهت کنترل رشد دانههای آستنیت و بهبود خواص مکانیکی به ویژه تافنس به کار گرفته میشود. در حال حاظر ورق فولادی A516 کاربرد بسیار زیادی در ساخت بدنه مخازن تحت فشار دارد که علت آن دارا بودن همزمان استحکام و قابلیت انعطاف مطلوب و قابلیت جذب انرژی ضربه در دمای پایین است. فولاد A516 برای کاربرد در بویلرهای جوشکاری شده و دیگر مخازن تحت فشار نیز مناسب است. همه گریدها تولید شده از این خانوادهی فولادی دارای خواص مکانیکی و ویژگیهای کلی یکسانی هستند. ماکزیمم ضخامت ورقهایی تحت این مشخصات تولید میگردند به صورت جدول - 1 - است.
یکی از روشهای کم هزینه و مرسوم برای بهبود خواص مکانیکی این فولادهای تولید شده با روش نورد گرم، عملیات حرارتی میباشد. در این فولادها در صورت اضافه نمودن عناصر آلیاژی مولاًع سرعت رشد دانه به علت اثر کششی اتم محلول عناصر آلیاژی جدایش یافته به داخل مرز دانهی آستنیت کاهش مییابد2]،.[1 کنترل رشد دانههایستنیتآ در طی پروسه نورد گرم و نهایتاً عملیات حرارتی، بسته به نوع و مقدار عناصر آلیاژی دارد. تحقیقات نشان میدهد که تشکیل کاربیدها، نیتریدها و کربونیتریدها - ذرات فاز ثانویه - موجب قفل شدن مرز دانهها میگردد و این کار بقدری موثر میباشد که باعث میشود در دماهای پایین آستنیته کردن، هیچ رشد دانهای اتفاق نیافتد
روش تحقیق
در این پژوهش فولاد ساده کربنی و میکرو آلیاژی ASTM A516Gr70 مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت، ترکیب شیمیایی این فولاد که در جدول - 2 - آمده است. این فولاد طی مراحل ذوب در کوره قوس الکتریکی به صورت تختال ریختهگری شد. سپس این تختال طی انجام یک پروسه نورد گرم به ورق با ابعاد 20×2000×6000 میلیمتر تبدیل گردید. سپس قطعاتی از این ورق جداشده و تحت عملیات حرارتی نرماله کردن با 4 سیکل متفاوت عملیات حرارتی مطابق جدول - 3 - از این قطعات پس از عملیات حرارتی جهت آزمونهای کشش و متالوگرافی نمونهگیری شده است. آنالیز شیمیایی ورق مذکور را نشان میدهد که ورق ASTM A516Gr70 جزء فولادهای ساده کربنی میباشد
با توجه به تئوریهای مطرح در زمینه عملیات حرارتی نرماله کردن، دمای مناسب این عملیات50 درجه بالای خط Ac3 در نمودار تعادلی آهن کربن می باشد. با توجه به اثرگذاری سایر عناصر بر روی محل خطوط بحرانی در این نمودار مناسب ترین راه جهت بدست آوردن دمای شروع آستنیته شدن در گرمایش، استفاده از فرمولهای تجربی در این زمینه است. در این پژوهش به منظور بدست آوردن دمای شروع آستنیته شدن از رابطه 1 استفاده شد.
با قراردادن ترکیب شیمیایی ورق مورد استفاده در فرمول بالا دمای آستنیته شدن 768 درجه سانتیگراد تعیین شد. این دمای به عنوان معیاری برای انتخاب 4 دمای عملیات حرارتی مورد توجه قرار گرفت. با اتکا به موارد ذکر شده عملیات حرارتی نرماله کردن با دماهای 830 ،850 ،870 و890 درجه سانتیگراد در یک زمان ثابت 20 - دقیقه - بر روی فولاد مذکور انجام شد و اثر این پارامتر بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی آن مورد بررسی قرارگرفت و در نهایت دمای بهینه عملیات نرماله کردن استخراج گردید.
به منظور ارزیابی استحکام کششی این ورق فولادی از روش آزمون کشش تک محوره استفاده گردید. نمونهسازی و ازمون براساس استاندارد ASTM A370 انجام شد.
جهت بررسی ریزساختار وارزیابی کیفی این ورق فولادی در شرایط مختلف عملیات حرارتی نرماله کردن در دماهای ذکر شده انجام شد. نمونهسازی و بررسی ریزساختار جهت متالوگرافی براساس استاندارد ASTM E112 صورت گرفت. محلول اچ مورد استفاده نایتال %2 بوده و میکروسکوپ نوری مورد استفاده olympus مدل PMG3 بوده است.
بحث و نتیجهگیری
تاثیر دمای عملیات نرماله کردن بر ریز ساختار
شکل 1 تصاویر متالوگرافی مربوط به ریز ساختار نمونههای a تا e که به ترتیب عملیات حرارتی نشده و نرماله شده در 830 ، 850 ، 870 و 890 درجه سانتیگراد میباشند را نشان میدهد. با دقت در تصاویر متالوگرافی در شکل 1 مربوط به نمونههای a و b و مقایسه آنها میتوان نتیجه گرفت که دمای830 درجه برای تغییر فازهای ناشی از نورد به آستنیت و انحلال و توزیع کربن در آنها کافی نبوده است.
در این دو تصویر دانههای کشیده شده ناشی از نورد و مورفولوژی نواری پرلیت قابل مشاهده است. میزان تغییر در فازها و ضریب نفوذ کربن در هر فاز وابسته به دما است. همچنین میزان نفوذ و همگن بودن در ساختار تابع دما و زمان میباشد. چنانچه دما و زمان عملیات حرارتی کافی باشد طی گرمایش، انحلال کربن در آستنیت و توزیع یکنواخت آن صورت می گیرد و پس از سرد شدن در هوا پرلیتهای کروی پراکنده در زمینه فریتی ایجاد خواهد شد و ساختارهای حاصل از نورد بصورت نواری وجود نخواهند داشت. همچنین با مشاهده تصویر شکل - c - 1 نیز ساختار پرلیتهای نواری قابل مشاهده است
