بخشی از مقاله
چکیده
فولادهای مافوق کربنی از اهمیت ویژه ای در صنعت برخوردار هستند. بسیاری از قطعاتی که نیازمند سختی و استحکام بسیار بالا هستند، توسط فولادهای مافوق کربنی قابل تولید هستند. با توجه به روند معمول تولید آن ها که به روش ریخته گری و انجام شکل دادن است، به نظر می رسد کار بنیادی در ارتباط با بهره گیری از سایر روشها تجربه نشده است. لذا در کار حاضر تولید این نوع فولاد به روش متالورژی پودر بررسی شده است.
در این کار ابتدا پودرهای مختلف را با نسبتهای مختلف کربن و آهن توسط آسیاب گلولهای کم انرژی با هم مخلوط گردیدند و سپس آنها را بوسیله پرس 600 MPa متراکم شدند و در نهایت توسط کوره پیوسته نواری در دمای 1120 °C تفجوشی شدند. پس از تهیه نمونه برای تعیین خواص مکانیکی بررسیهای لازم انجام شد.نتایج حاصل نشان دهنده این است که فولاد با 1/2 درصد وزنی کربن دارای بهترین خصوصیات مکانیکی میباشد.
مقدمه
فولادهای هایپریوتکتوئید که شامل کربن بین 1 تا 2/1 درصد وزنی میباشند به فولادهای مافوق کربنی شناخته میشوند. فولادهای مافوق کربنی با قابلیت تولید آسان و ارزان از دیرباز مورد توجه بشر بوده است. مقدار کربن بالای این فولادها شبیه به فولادهای دمشقی باستانی - شکل - 1 و پس از مطالعات بیشتر به سایر فولادهای باستانی مانند فولاد ژاپنی تاما-هاگین - که مقدار کربن آن بوسیله خم کاری از 1/6 درصد وزنی به 0/6 و به 0/1 در صد وزنی کربن کاهش پیدا می کرد - و فولاد بوتهای انگلیسی می باشد.[1-3]
خواص فوق العاده فولادهای دمشقی همیشه مورد توجه دانشمندان و مهندسین مواد بوده است. درک صحیحی از چگونگی بدست آمدن این خواص مستلزم بررسی و عملیات ترمو مکانیکال پس از آن می باشد. حتی در زمان کنونی درباره این دو نوع موضوع پرسش ها و شبهاتی وجود دارد. فولادهای دمشقی ابتدا در هند تولید شدهاند و به ووت هندی شهرت داشتهاند. تولید این فولادها در ایران باستان به صورت گسترده انجام می شده است و پس از آن به دمشق رفته و از این طریق به اروپا راه یافته است.
واقعیت عجیب این است که، علیرغم ارتباط اروپا با خاورمیانه، هند و خاور دور، ریختگری فولاد تا قرن 14 میلادی در اروپا ناشناخته بود. همزمان با توسعه متالورژی در هند حقیقت مشابهی در چین، جایی که از قرن ششم قبل از میلاد مسیح استفاده از آهن در ناحیه مرکزی دره رودخانه زرد - Yellow River Valley - شناخته شده بود، به وقوع پیوست. در قرن نوزده میلادی در اروپا، مایکل فارادی - 1819 - - Michael Faraday - و ژان رابرت برنت - Jean Robert Bréant - ، که بازرس عیارگیری در ضرب سکه پاریس بود، دریافتند که استحکام و چقرمگی بالا به دلیل مقدار کربن بالا - بین 1/5 تا 2 درصد - میباشد. اگرچه این قسمتی از راز است، اما برای دستیابی به ساخت بهترین شمشیرها کافی نیست.
برای درک کامل فرایند تولید شمشیرهای دمشقی باید نسبت به دو مرحله از فرایند تولید آگاه بود و نسبت به آنها دانش داشت؛ -1 ساخت فولاد - به عنوان یک ماده خام - که برای شمشیرها بکار برده میرفت و -2 مهمتر از همه، عملیات ترمومکانیکی مورد استفاده برای فولاد4]و.[5 تحقیقات روی فولادهای شمشیر دمشقی یک زمینه تحقیقی وسیع را ایجاد کردهاست که اکنون تحت عنوان فولادهای مافوق کربنی یا "UHCS" شناخته میشوند.
تولید کردن این نوع فولادها همانطور که گفته شد از زمان های خیلی قدیم مرسوم بوده است که معمولا در همه موارد تولید از طریق روش ریختهگری صورت میگرفت.در حال حاضر، حصول فولادهایی با چنین مقادیری از کربن دشوار است. بنابراین، با توجه به اینکه متالورژی پودر ترکیبهای شیمیایی متنوعی از آلیاژها را میسر می-سازد، هدف مطالعه حاضر تولید UHCS بااستفاده ازاین روش میباشد که مقالهای در ارتباط با تولید چنین قطعاتی در مقالات چاپ شده مشاهده نگردید.
مواد و روش آزمایش
در این آزمایش از پودر آهن دریافتی از شرکت متالورژی پودر ایران استفاده شد. مشخصات این پودرها در جدول 1 و 2 آمده است. مقادیر مختلف پودر گرافیت UF4 با اندازه دانه کمتر از - 40 µm جدول - 3 با پودرهای آهن با توجه به نسبت درصد وزنی هر یک از نمونهها به همراه 0/8 درصد وزنی استئارات روی به عنوان ماده روانساز با یکدیگر در زمان 20 دقیقه مخلوط شدند - جدول. - 4 نمونهها بوسیله پرس هیدرولیک 40 تن در قالبی به شکل نمونه کششی مطابق با استاندارد ASTM E8 فشرده شدند. تفجوشی نمونهها در کارخانه متالورژی پودر مشهد در کوره تونلی تحت گاز آمونیاک شکسته در دمای 1120 °C به مدت یک ساعت انجام گرفت.
