بخشی از مقاله
چکیده
فولادها در زمره ی پرکاربردترین گروه از آلیاژها در صنعت هستند. از این رو تحلیل رفتار این دسته از آلیاژها، به منظور دستیابی به ساختار مطلوب ضروری به نظر می رسد. هدف از این پژوهش این است که تاثیر ساختار دوگون بر خواص مکانیکی فولاد کم کربن مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور سه نمونه را تا دمای 760 درجه سانتی گراد به مدت 50 دقیقه آنیل می کنیم تا نمونه ها آستنیتی شوند. سپس آنها را کوئنچ می کنیم تا مارتنزیتی شوند . نمونه ی اول را تا دمای اتاق کوئنچ می کنیم سپس %67 نورد می کنیم سپس دوباره دما را تا 550 درجه سانتی گراد بالا می بریم و به مدت 60 دقیقه آنیل می کنیم. نمونه ی دوم را تا دمای -10 درجه سانتی گراد کوئنچ می کنیم، %67 نورد می کنیم و سپس در دمای 550 درجه به مدت یک ساعت آنیل می کنیم.
نمونه سوم را تا دمای محیط کوئنچ می کنیم و سپس نورد را در 4 پاس انجام می دهیم. ابتدا به دمای 250 درجه می بریم و به مدت 1200 ثانیه نگه می داریم و سپس در دمای محیط نورد می کنیم و این کار را 4 بار انجام می دهیم و سپس نمونه را در دمای -10 نورد می کنیم. در آخر آن را به مدت یک ساعت آنیل می کنیم و سپس در آب کوئنچ می نماییم. باتوجه به آزمون سختی سنجی انجام شده و بررسی ریزساختار، نتایج حاصل نشان داد که نمونه سوم که با انجام عمیات حرارتی دارای ساختار دوگون شده، دارای خواص مکانیکی بهتری از جنبه ی داکتیلیتی و استحکام می باشد.
مقدمه
فرآیند نورد یکی از متداول ترین و پررونق ترین روش تولید فرآورده های فلزی، به ویژه فولادها است. به گونه ای که بیش از %80 از فرآورده های فلزی در سطح جهان با این روش تولید می شوند. این فرآیند به صورت سرد، گرم و یا داغ انجام می شود و مقاومت فلز در برابر تغییر فرم نقش مهمی در انتخاب ماشین نورد دارد. فولادهای کم کربن در صنعت کاربردهای وسیعی دارند. محدودیت استحکام در این فولادها مانع توسعه ی کاربردهای بالقوه آن ها شده است.
در نتیجه بسیار جالب توجه است که استحکام آن در دمای اتاق افزایش یابد بدون این که داکتیلیتی آن کاهش یابد. روش های رایج زیادی برای افزایش استحکام تسلیم فولاد وجود دارد. ساده ترین و رایج ترین روش استفاده از نورد سرد است که افزایش چشمگیری در استحکام تسلیم آن ایجاد می کند .[1] مقدار انرژی ذخیره شده رابطه ی مستقیمی با مقدار و دمای پیر کرنش دارد. با افزایش مقدار کرنش تعداد جوانه زنی های موثر در ریزساختار فلز در حین عملیات حرارتی - مکانیکی افزایش می یابد. اثر دیگر کرنش بر نوع جوانه زنی مشتمل بر همگن و غیرهمگن در این عملیات است. چرا که دمای قطعه کار بر انرژی ذخیره شده در حین تغییر فرم پلاستیک تاثیر چشمگیری داشته و بنابراین بر سینتیک تبلورمجدد و میکروساختار نهایی تاثیر قابل توجهی می گذارد .[2,3]
تبلور مجدد استاتیکی در زمره فرآیندهایی است که تحت تاثیر میزان انرژی ذخیره شده در فولاد بوده و تاثیر تولید ریزساختار دوگون در یک فولاد کم کربن، نقش مهمی در میکروساختار نهایی دارد 9]و.[8 در این پروژه فولاد کم کربن و تغییر خواص مکانیکی آن مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا از فرآیند نورد در دماهای مختلف برای ایجاد پیرکرنش و از آزمون های سختی سنجی ،کشش متالوگرافی نوری و الکترونی برای تعیین خواص مکانیکی و تفسیر نتایج استفاده می شود .[4,5]
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از نمونههای با ترکیب شیمیایی که در جدول 1 آورده شده، استفاده شده است. برای ساخت و آماده سازی نمونه های لازم برای فرایند نورد، توسط دستگاه برش، ورق خریداری شده از بازار به قطعات کوچکتر با ابعاد mm 55×30×3 تقسیم و سپس کلیه قطعات تحت عملیات نرمالیزه قرارگرفته و آماده انجام نورد شدند این عملیات در دمای 900 درجه سانتی گراد و به مدت 20 دقیقه انجام و نمونه ها در هوا سرد شدند. در این پژوهش فرآیند نورد، برای اعمال تغییر فرم موردنظر انتخاب گردید. از طرفی با توجه به این که فولاد مورد نظر فولادی با درصد کربن پایین بود، دستیابی به ساختار مارتنزیتی - فریتی امری بسیار مشکل بود.
[6] لذا روندی مناسب برای دست یابی به بالاترین درصد فاز مارتنزیت در ریزساختار به عنوان اولین هدف تحقیق طراحی شد. در ابتدا دمای بهینه آستینیته کردن مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به روابط تجربی و همچنین دیاگرام فازی آهن کربن دمای آستنیته کردن در حدود 900 درجه سانتی گراد تخمین زده شد. با توجه به این که معمولا دمای مناسب برای آستنیته کردن حدود 50 تا 100 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای استحاله آستنیتی در نظر گرفته می شود، دماهای 960 درجه سانتی گراد به عنوان دمای آستنیته کردن فولاد تعیین شد. زمان آستنیته کردن نیز با توجه به ضخامت نمونه حدود 50 دقیقه در نظر گرفته شد.
برای بررسی اثر دمای پیش کرنش بر تشکیل ساختار مارتنزیتی فریتی فولاد موردنظر، سه گروه آزمایش برای رسیدن به این منظور طراحی گردید: گروه اول و گروه دوم نمونه ها بدین صورت بود که بعد از آستنیته و کوئنچ کردن نمونه ها در محلول آب و یخ و نمک و اتانول - به منظور مارتنزیتی کردن - ، برای اعمال 67 درصد کرنش در دو دمای اتاق و دمای -10 درجه سانتی گراد، طی 4 پاس نورد انجام گرفت.
بعد از هر پاس ، به علت تغییر فرم پلاستیک و اصطحکاک غلطک نورد، دمای نمونه ها بالا رفت که نمونه های نورد شده در دمای اتاق در آب کوئنچ شد و بعد دو باره پاس بعدی انجام گرفت. برای نمونه های نورد شده در دمای -10 درجه سانتی گراد نیز بین هر پاس 20 دقیقه در محلول آب و یخ و نمک و اتانول نگهداری شد تا دمای نمونه ها به -10درجه ی سانتی گراد برسد و سپس نورد انجام گرفت. در ادامه در دمای 550 درجه ی سانتی گراد 60 دقیقه آنیل انجام گرفت .[7]
برای سیکل سوم نیز ، هدف از طراحی این سیکل این است که یک اختلاف انرژی و اندازه دانه در سطح و مرکز نمونه ایجاد شود .کرنش سطحی به نمونه ها اعمال شد، به منظور انجام این کار، نورد طی 4 پاس انجام گرفت. بین هر پاس نیز در دمای 250درجه سانتی گراد حدود 1200 ثانیه نگهداری شد. سپس به سرعت در دمای -10 درجه سانتی گراد کوئنچ شد. بعد از رسیدن نمونه ها به دمای مورد نظر ریداکشن مدنظر روی نمونه ها اعمال گردید. در ادامه در دمای 550 درجه سانتی گراد یک ساعت آنیل انجام گرفت.
