بخشی از مقاله
چکیده
فولادهای نانو ساختار با ترکیب بهینهای از استحکام کششی نهایی و انعطافپذیری قابل قبول در دهه گذشته مورد توجه گستردهای قرار گرفته است. عناصر ممانعت کننده از تشکیل کاربید مانند سیلیسیم و آلومینیوم در این نوع فولادها نقش کلیدی در ایجاد ریزساختار دو فازی فریت بینیتی و آستنیت باقیمانده ایفا می کنند. هدف اصلی این پژوهش بررسی ریز ساختاری و سختی آلیاژی کم هزینه باآلومینیوم نسبتاً بالا 0/9-1/1 - درصد وزنی - و سیسیمل نسبتاً پایین 0/6-0/7 - درصد وزنی - و مقدار کربن متوسط در مقایسه با فولادهای متداول نانو ساختار بینیتی می باشد. جهت دست یابی به ساختار بینیتی، نمونهها در دمای 1000œC آستنیته شده و به صورت ایزوترمال در محدوده دمایی 330-270 - درجه سانتی گراد - درزمان های مختلف تحت عملیات حرارتی قرار گرفتهاند و در نهایت به سرعت در آب کوئنچ شدهاند. بررسی های ریز ساختاری نمونهها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی - SEM - انجام گردیده است و سختی آنها نیز توسط آزمایش سختی سنجی ویکرز مورد بررسی قرار گرفت.
کلمات کلیدی: ، نانوساختار، بینیت، فولاد کربن متوسط،آلومینیوم بالا
مقدمه
اولین بار ساختار بینیت توسط رابرت سان1 در سال 1929 کشف شد و در دهه گذشته ساختار و مکانیزم تشکیل آن توسط محققان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت.[1] ساختار بینیت معمولی به دو دسته بینیت بالایی، که شامل لایههای فریت، آستنیت میباشد که کاربید در مرز لایه ها تشکیل شده است و بینیت پایینی، که شامل صفحات فریت حاوی کاربید است، تقسیم می شود. به طور کلی بینیت پایینی در دماهای کمی بالاتر ازدمای شروع مارتنزیت - Ms - جوانه زده و رشد میکند و از نظر خواص مکانیکی به ویژ چقرمگی ضربه و استحکام شرایط بهتری نسبت به بینیت بالایی دارد.[2-4]وجود کاربید در ریزساختار به آسانی میتواند استحکام کشش فولادهای بینیتی را کاهش دهد. نسل جدیدی ازفولاد های نانو ساختار بینیتی بدون کاربید توسط بادشیا2 و همکاران توسعه داده شده است که این دسته از فولادها دارای ترکیب بهینهای از استحکام بسیار بالا و چقرمگی قابل قبول میباشد.[5]
روش متداول جهت جلوگیری از تشکیل کاربید در حین استحالهی بینیتی استفاده از عنصر آلیاژی سیلیسیم در ترکیب شیمیایی در حدود 2درصد وزنی می باشد، بدین صورت که به دام افتادن سیلیسیم درون شبکه سمنتیت باعث کاهش نیروی محرکه رسوب گذاری شده و سرعت رسوب گذاری را کاهش می دهد و از تشکیل آن در دماهای پایین جلوگیری میکند،آلومینیوم نیز با مکانیزم مشابه سیلیسیم از رسوب کاربید جلوگیری میکند 7 ]و.[6 ازطرفی با افزایش مقدار سیلیسیم در ترکیب شیمیایی استحاله ی بینیتی کند میشود.[5] برخلاف سیلسیم عنصر آلیاژی آلومینیوم در مقادیر کمتر از 2درصد وزنی علاوه بر جلوگیری ازتشکیل کاربید با افزایش نیروی محرکه استحاله آستنیت به فریت بینیتی باعث پیشرفت و رشد سریع تیغههای فریت بینیتی می شود .[8]
بادشیا و کابالرو3 توانستند با آستمپر کردن فولادی حاوی عنصر آلیاژی سیلیسیم در حدود 1/59 درصد وزنی در دمای پایین به ریز ساختار دو فازی با تیغه های فریت بینیتی با ضخامت 20-40 - نانومتر - دست یابند .[9]در این پژوهش با پایین نگه داشتن مقدار عنصر آلیاژی سیلیسیم کمتر از 1درصد وزنی و افزایش مقدار عنصر آلیاژی آلومینیوم در حدود 1درصد وزنی در ترکیبی ارزان قیمت بدون حضور کرم و کبالت به عنوان عناصر آلیاژی با کربن متوسط سعی در تسریع استحاله فریت بینیتی در دماهای پایینتر شده است. یکی از مشکلات فولاد های نانو ساختار بینیتی، بالا بودن زمان رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب می باشد که با کاهش کربن و استفاده از عناصر فریت زا مانند آلومینیوم می تواند در تسریع زمان تشکیل بینیت نانو ساختار اثر گذار بوده و این مشکل را مرتفع سازد.
مواد و روش تحقیق
ترکیب شیمیایی فولاد مورد استفاده در جدول - 1 - آمده است. ترکیب شیمیایی فولاد مورد نظر توسط نرم افزار [10] MUCG 83 بررسی و سپس نهایی شد. سپس توسط کوره القایی فرکانس بالا به مقدار 30Kg ذوب و ریخته گری انجام گرفت، مواد شارژ شده در کوره از قراضه تمیز، فرو کرم، فرو سیلیس، فرو منگنز و شمش آلومینیوم با خلوص بالا استفاده شده است. در ادامه شمش ریخته گری شده به منظور تهیه ذوب تمیز توسط کوره القایی ESR تصفیه شد و سپس شمش تهیه شده تا ضخامت 11 میلی متر تحت نورد گرم قرار گرفت. به منظور دست یابی به فولاد بینیتی نانو ساختار دیاگرام TTT و دمای شروع استحاله مارتنزیتی - Ms - و دمای شروع استحاله بینیتی - Bs - توسط نرم افزار MUCG83 رسم و تعیین شد - شکل .[10] - 1
نمونه ها به مدت 20 دقیقه در دمای 1000°C آستنیته شدند، سپس به سرعت درون حمام نمک در دماهای 270 درجه سانتی گراد ،300 درجه سانتی گراد، 330 درجه سانتی گراد قرار گرفتند تا به صورت ایزوترمال استحاله بینیتی رخ دهد. در هرکدام از شرایط دمایی 3 عدد نمونه قرار گرفت و در زمان های مختلف مطابق شکل - 2 - پس از گذشت 1و2و4 ساعت نمونه ها کوئنچ شدند، سپس به منظور بررسی ریز ساختاری، نمونه ها به اندازهی 1 میکرون پولیش شده و با محلول نایتال 2درصد اچ شده اند و ازمیکروسکوپ های نوری و الکترون روبشی استفاده شد و برای اندازه گیری سختی ،از سختی سنج ویکرز با نیروی 30Kg استفاده شد، نتایج بدست آمده در جدول - 2 - گذارش شده است.
