بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از فرآیند آلیاژسازی مکانیکی به وسیله دستگاه آسیاب سیارهای سعی در تولید پودر فولاد زنگ نزن AISI 420 و بررسی ساعات بهینه برای تولید این آلیاژ گردید. در هر مرحله با تغییر زمان آسیاب کاری در سرعت ثابت، پارامتر بهینه برای شکل گرفتن فازها به دست آمد. سپس با بررسی و مطالعات بر روی فازهای تشکیل شده به کمک پراش اشعه ایکس مربوط به هر ساعت، مشاهده گردید که با افزایش زمان آسیابکاری، انحلال کربن در زمینه آهن بیشتر و قلههای پیک فازهای مربوط به فولاد 420 تیزتر میشود که نشاندهنده انجام شدن بهتر فرایند آلیاژسازی، از بین رفتن فازهای مزاحم و تشکیل فازهای مناسب میباشد. همچنین با محاسبه پارامتر شبکه آهن مشخص شد که پارامتر شبکه افزایش یافته است که تأییدکننده آلیاژی شدن پودر بوده است.
مقدمه
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به طور همزمان با دارا بودن خواص مکانیکی خوب و همچنین مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش بالایی که از خود نشان دادهاند به طور گستردهای در صنایع پتروشیمی، دریایی، هوافضا و صنایع غذایی مورد استفاده قرار میگیرند. در بین انواع مختلف فولاد زنگ نزن مارتنزیتی فولاد زنگ نزن 420 در تولید پره های توربین، موتورهای جت، قطعات کمپرسور و انواع پمپ و... استفاده میشود.
این فولاد به صورت ریختگی و کارشده مورد استفاده قرار میگیرد که ساختار ریختگی آنغالباً خواص ضعیفتری نسبت به فولادهای کارشده از نظر رفتار مکانیکی و خوردگی از خود نشان میدهد. فولاد مارتنزیتی 420 نیز قابلیت عملیات حرارتی را دارا میباشد که برای افزایش استحکام، سختی و مقاومت بیشتر به خوردگی، عملیات مورد نیاز انجام میشود.
پودر این فولادهاصولاً به روش اتمیزاسیون مذاب آن انجام میشود. در این روش ابتدا عملیات آلیاژسازی مذاب و تنظیم ترکیب آن به کمک اضافه کردن فروآلیاژها انجام میشود و سپس آلیاژ مذاب از طریق اتمیزاسیون گازی یا آبی به پودر تبدیل میشود. روش دیگر برای تولید پودر این فولاد، آلیاژسازی مکانیکی است که در این روش کنترل دقیقتری روی عناصر آلیاژی میتوان اعمال نمود و برای تولید مقادیر کم مناسب به نظر میرسد. از طرفی به منظور انجام مطالعات تحقیقی و بررسی ریزساختاری پودر در مقیاس های نانومتری این روش بسیار مناسب میباشد.
بنابراین در این تحقیق هدف تولید فولاد زنگ نزن گرید 420 به روش آلیاژسازی مکانیکی و سپس تعیین خصوصیات آن و مقایسه این خصوصیات با نمونه تولید شده به روش اتمیزاسیون گازی میباشد. بررسی فرمولاسیون اولیه و تأثیر پارامترهای مختلف آلیاژسازی در تولید فولاد زنگ نزن 420 نیز از اهداف این تحقیق است.
در سال 2011 کاراک1 و همکاران فولاد فریتی تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم2 را مورد بررسی قرار دادند .[1] آنها 4 نوع آلیاژ از پودر عناصر آهن، کروم، آلومینیوم و تیتانیم با درصد خلوص 99/99 درصد وزنی و اندازه دانه 30 الی 80 میکرومتر را مخلوط و نمونههای مورد نظر را تهیه کردند. فرایند آسیابکاری در محفظههایی به ظرفیت 500 میلیلیتر و گلولههایی به قطر 10 میلیمتر و نسبت وزن گلوله به پودر 10 به یک به مدت 30 الی 40 ساعت انجام گرفت. همچنین در ابتدا به پودرهای موجود، به اندازه یک درصد وزنی پودر Y2O3 با اندازه ذرات 20 الی 30 نانومتر اضافه شد. در نمونه تولید شده در زمان آسیابکاری 40 ساعت، عناصر کروم، آلومینیوم و تیتانیم بهطور کامل در آهن حل شدهاند.
در سال 2012 میلادی صالحینژاد1 و همکاران فولاد نانوساختار زنگنزن مورد استفاده در علم پزشکی را به روش آلیاژسازی مکانیکی و تفجوشی در فاز مایع تولید کردند .[2] آنها پودر عناصر آهن، کروم، منگنز، مولیبدن، سیلیسیم و کربن را به نسبتهای مشخص مخلوط و پودر با ترکیب Fe-17Cr-10Mn-3Mo-0.4Si-0.5N-0.2C را به روش تفجوشی در فاز مایع به قطعه تبدیل نمودند. در برخی نمونهها پودر Mn-5/11Si - wt% - نیز به پودر اصلی اضافه شد. نسبت گلوله به پودر 20 به یک، سرعت چرخش 500 دور در دقیقه و زمان آسیابکاری 48 ساعت انتخاب گردید. اندازه بلوری فریت و آستنیت به ترتیب 11,5 و 12 نانومتر میباشد که وجود فاز آمورف را اثبات میکند.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق پودرهای آهن، کروم و کربن به عنوان پودرهای اصلی و پایه در ترکیب فولاد 420 با اندازه دانه کمتر از 200 میکرون و با خلوص بالای 99 درصد انتخاب گردید. الگوی پراش هر کدام از پودرها در شکل 1 آورده شده است. برای عمل آلیاژسازی از دستگاه آسیاب سیارهای و کاپ کاربید تنگستن و گلولههای فولادی با قطر 10 میلیمتر استفاده گردید. پودرها به میزان ظرفیت کاپ دستگاه یعنی 10 گرم در هر کاپ و با درصدهای 0/38 درصد کربن، 13 درصد کروم، 86,62 درصد آهن توزین شد و تحت گاز محافظ آرگون در دستگاه قرار گرفت. سرعت آسیاب 300 دور بر دقیقه و ثابت در نظر گرفته شد.
با توجه به اعمال شرایط ذکر شده، ابتدا آلیاژسازی در یک ساعت انجام و نمونه از دستگاه خارج شد. سپس با رعایت سرعت و محیط خنثی در دمای محیط، آلیاژسازی به ترتیب در 5، 10، 15، 20 و 40 ساعت انجام گرفت و در هر زمان نمونه پودر مربوطه از دستگاه استخراج گردید. همچنین برای مقایسه و اطمینان از نحوهی انجام شدن فرایند آلیاژسازی، مقداری پودر نیز در صفر ساعت آسیابکاری در نظر گرفته شد به این مفهوم که پودرها با درصدی که در ابتدا به آن اشاره گردید، به طور دقیق توزین و به صورت دستی با یکدیگر مخلوط گردید. جهت بررسی تشکیل فازهای اصلی و اطمینان از تشکیل فازها در هر ساعت از نمونههای خارج شده الگوهای پراش اشعه ایکس گرفته شد. از طرفی جهت مقایسهی بهتر و حصول اطمینان، یک نمونه پودر فولاد زنگنزن مارتنزیتی 420 کروی از شرکت سندویک2 انگلستان با اندازه دانه 53-20 میکرومتر تهیه گردید که ترکیب شیمیایی دریافت شده توسط تولید کننده در جدول 1 آورده شده است.
