بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، با به کارگیری فرایند ذوب سطحی توسط جوشکاری قوس تنگستن - گاز لایه سطحی حاوی ذرات کاربید سیلیسیم بر سطح فولادSt37 ایجاد شد. این فرایند با پیش نشانی ذرات کاربید سیلیسیم با درصدهای مشخص بر سطح فولاد و با تغییر شدت جریان، فرایند ذوب انجام گردید. ریزساختار پوشش ایجاد شده توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - همراه با آنالیز نقطهای بررسی شد.
سختی پوششهای بدست آمده در آزمونهای ریزسختی سنجی تعیین شد. رفتار سایشی این پوششها توسط آزمون سایش رفت و برگشتی ارزیابی شد. یافتهها نشان داد، پوشش ساختاری دندریتی حاوی تقویت کننده کاربید سیلیسیم دارد. نتایج آزمون ریزسختی سنجی نشان داد سختی پوشش ایجاد شده بین 650 تا 1200 ویکرز متغیر است. این در حالی بود که سختی سطحی نمونه بدون پوشش 200 ویکرز اندازه گیری شد. بررسی رفتار سایشی نمونه های پوشش دار و بدون پوشش بیانگر بهبود چشمگیر رفتار سایشی فولاد در اثر افزودن تقویتکننده کاربید سیلیسیم بود.
مقدمه
انجام عملیات سطحی بر روی انواع فولادها به منظور اصلاح سطح آنها مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است و روشهای جدیدی را نیز برای بهبود خواص شیمیایی ومکانیکی آنها به کار گرفتهاند1]و. [2 یکی از روش های افزایش سختی و مقاومت به سایش فولاد، ذوب و آلیاژ سازی سطح آن توسط منبع با چگالی بالای انرژی مانند پرتو لیزر، پرتو الکترونی ویا قوس جوشکاری - TIG - است. 2]و.[3 یکی روشهای سختکاری سطحی استفاده از روشهای معمول جوشکاری برای پوششدهی روی سطح قطعات است. تحقیقات زیادی در زمینه روکش کاری با کامپوزیت انجام شده است که از آن جمله : یوچی لین1 و همکاران - 2013 - ، در پژوهشی به بررسی ریزساختار و عملکرد سایشی لایه SiC پوشش داده شده بر روی فولاد کشته شده SKD61 با روش GTAW پرداختهاند.
پوششدهی سطح فولاد SKD61 با فرایند GTAWانجام شد. نتایج آنالیز پراش پرتو ایکس نشان داد که لایه پوشیده شده عمدتاً شامل فازهای Fe3C، Fe8Si2C، -Fe و گرافیت میباشدکه منجر به افزایش سختی و مقاومت به سایش شده است .[4] ویژگیهای انحصاری روش GTAW عبارتند از ضخامت زیاد پوشش، نرخ رسوب گذاری بالا، چسبندگی خوب پوشش به زیرلایه به دلیل برقراری پیوندهای متالورژیکی و همچنین سهولت مراحل تولید که سبب گستردگی کاربرد آن برای پوششدهی قطعات شده است. این روش نسبتاً ارزان بوده و در اغلب کارگاه های جوشکاری در دسترس است .[5]
روش تحقیق
در این پژوهش برای رویه کاری وایجاد لایه سطحی از فولاد ساده کربنیSt37 - با شماره استاندارد - 1/0259 و طبق ترکیب ارائه شده در جدول 1 استفاده شد. ابتدا از فولاد ساده کربنی با ابعاد 150×45×8 میلیمتر استفاده شد. در ابتدا قطعات تمیز شده و تا سنباده شماره 320 سنباده زده شد تا آلودگیهای سطحی آن بر طرف گردد. سپس آنالیز عنصری و بررسی ریز ساختار میکروسکوپی روی ماده اولیه انجام شد. برای ایجاد لایه سطحی از پودر SiC با ابعاد متوسط ذرات 3 تا 4 میکرومتر استفاده شد. ثابت سازی ذرات با آغشته نمودن آنها به اتانول و استفاده از شابلون حاوی حفره با ابعاد 130×12 میلمتر انجام شد.
برای ذوب سطحی فولاد، از روش جوشکاری قوسی تنگستن - گاز - GTAW - استفاده شد. گاز محافظ مصرفی آرگون با خلوص 99/99، قطر الکترود تنگستنی 2/4 میلیمتر و شکل نوک الکترود مخروطی بود. عملیات ذوب سطحی بر روی گروههایی از نمونهها در شرایط مختلف انجام شد. بررسی ریز ساختاری پوشش به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - همراه با آنالیز نقطهای انجام شد. برای اچ کردن نمونهها از محلول نایتال 4 درصد 96 - میلیلیتر الکل 4 + میلیلیتر اسید نیتریک یک مولار - استفاده شد. پروفیل سختی از سطح به طرف فلز پایه و در مقطع عرضی پوشش توسط ریز سختی سنجی و با فرو رونده ویکرز با بار اعمالی 100 گرم در مدت زمان اعمال 5 ثانیه به دست آمد. بررسیهای سایشی نیز توسط دستگاه سایش رفت و برگشتی، اندازهگیری شد.
نتایج وبحث
.1بررسی تفرق اشعه ایکس
شکل2 الگوی پراش پرتوایکس نمونههای مختلف، حاوی پودرهای - Al,C,Fe2O3، - SiC با در صدهای مشخص را در زمان های مختلف پس از جوشکاری نشان می دهد. مطابق شکل2 الگوی پراش اشعه ایکس نشان میدهد که فازهای Fe،Al2O3 و SiC که فازهای اصلی تشکیل دهنده پوشش هستند. در لایه پوششی به میزان چشمگیر وجود دارد. همچنین با توجه به مطالعات قبلی، احتمال حضور فازهایی مانند Fe3Si، Fe5Si2، FeSi و کاربییدهای M7C3 در این نمونه وجود دارد. اما خطوط پراش این فازها اصولاً دیده نمیشود. در این رابطه باید در نظر داشت که فازشناسی به کمک پراش اشعه ایکس توانایی آشکار سازی فازهای با مقدار کمتر از 5 درصد را ندارد .[6]
.2 بررسی ریزساختارنمونه های رویه کاری شده
در این قسمت با ارایه تصاویر میکروسکوپی - نوری وروبشی - وEDX ریز ساختار کلیه نمونه ها بررسی می شود. با توجه به شکل3 مقطع جانبی سطوح پوشش ایجاد شده را در بزرگنمایی پایین نشان میدهد. این شکل مشخص میکند که سطح پوشش و همچنین فصل مشترک بین زیر لایه و پوشش خالی از ترک و حفره میباشد وبا استفاده از این روش قابل دستیابی است. این عوامل بیانگر این هستند که لایه پوشش متراکم و با کیفیت به دست میآید و نشاندهنده امکان پذیر بودن نفوذ کامل لایه پیش نشانی شده به زیر لایه فولادی است .[7]
همچنین شکل3 تصاویر میکروسکوپی از ریز ساختار پوشش در بزرگنمایی بالاتر را نشان میدهد. بررسی این تصاویر مشخص میکند که پوشش ایجاد شده ساختار دندریتی دارد. به نظر میرسد بوجود آمدن این ساختار در نتیجه انجماد سریع مذاب سطحی در طی فرایند جوشکاری قوسی تنگستن - گاز باشد. زیرا حجم مذاب ایجاد شده در برابر کل فلز جامد مرتبط با آن چندان زیاد نیست.بنابر این قدرت سرد کردن بالایی که زیر لایه از آن برخوردار است، میتواند عامل ایجاد چنین ساختار انجمادی باشد. از سوی دیگر، تفاوت زیاد بین نقطه ذوب آهن و فازهای تشکیل شده در اثر تجزیه کاربید سیلیسیم میتواند دلیل دیگری در حصول چنین ساختار دندریتی است.
