بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی ساختار میکروسکوپی، فازشناسی و سختی پوشش استلایت 6 ایجاد شده بر سطح فولاد ساده کربنی با استفاده از فرآیند جوشکاري قوس تنگستن- گاز - - GTAW پرداخته شده است. بدین منظور نمونههایی از جنس فولاد DIN 1. 0113 تهیه شده و با استفاده از پودر استلایت 6 تحت عملیات روکش کاري جوشی قرار گرفتند. سپس نمونهها توسط آزمونهاي متالوگرافی، پراش پرتو ایکس - XRD - ، سختیسنجی و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج انرژي - - EDS مورد بررسی قرار گرفتند.
یافتههاي پژوهش نشان داد که ریز ساختار پوشش شامل کاربیدهایی است که در بین دندریتهاي زمینه پایه کبالت رسوب کردهاند. حداکثر سختی پوشش ایجاد شده در سطح پوشش در حدود 500 ویکرز میباشد. نتایج آنالیز XRD نیز دلالت بر این امر دارد که فاز کبالت به عنوان فاز اصلی در پوشش وجود داشته و همچنین آهن نیز در ساختار پوشش مشاهده میشود که دلیل این امر نفوذ آن از زیر لایه به داخل پوشش میباشد.
مقدمه
سختکاري سطحی مهمترین روش بازسازي و اصلاح سطح قطعات صنعتی میباشد که از آن جهت پوشش دادن مواد ضد سایش و ضد خوردگی برروي سطح استفاده میشود. سه روش سخت کاري سطحی شامل روکشکاري، جوشکاري و پاششحرارتی میباشد. ایجاد پوشش بر روي سطح یک ماده توسط ماده دیگر باعث ایجاد ترکیبی از خواص میگردد که خواص فلز پایه مانند مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش، انتقال حرارت و الکتریسیته را توسط پوشش بهبود میبخشد.[1]
استفاده از روکشکاري جوشی براي ایجاد پوشش بر روي سطح قطعات در فرایندهاي مهندسی سطح امري متداول میباشد. از مزایاي این روش میتوان به ایجاد ضخامت بالاي پوشش، چسبندگی خوب پوشش به زیر لایه و نرخ رسوب گذاري بالا اشاره کرد. جوشکاري قوس تنگستن-گاز یکی از روشهاي مورد استفاده در فرایندهاي روکشکاري جوشی است. در این روش براي حفاظت از حوضچه مذاب از گازهاي آرگون، هلیم و یا مخلوطی از این دو استفاده میشود. الکترود مورد استفاده در این روش غیر مصرفی است.[2]
آلیاژ استلایت از طریق ایجاد کاربیدها در ساختار و همچنین از طریق ایجاد محلول جامد استحکام مییابد. کروم، مولیبدن، نیکل و تنگستناعثب استحکام دهی از طریق ایجاد محلول جامد شده و عموماً تشکیل کاربیدهاي کروم باعث ایجاد استحکام از طریق تشکیل کاربیدها میشوند.[3] از خصوصیات اصلی آلیاژ استلایت میتوان به مقاومت عالی در برابر سایش، خوردگی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و حفظ استحکام مکانیکی در دماي بالا اشاره کرد. سختی این آلیاژ در حدود 650-600 ویکرز میباشد. با توجه به این خصوصیات این آلیاژ در صنایع مختلفی نظیر هوافضا، نفت و گاز، هسته اي، اتومبیل سازي و ... بطور گستردهاي کاربرد دارد.[4]
والوها - شیرها - اجزاي کلیدي در صنایع نفت و گاز بوده و در انتقال این مواد نقش حساسی را بازي میکنند. همچنین نقش بسزایی در تعیین شرایط ایمنی کار و محافظت از محیط زیست را دارا میباشند. جنس این شیرها از فولاد ساده کربنی بوده که با استفاده از فرایند روکش کاري جوشی و و آلیاژ استلایت میتوان آن ها را در برابر سایش و خوردگی مقاوم کرد.[5] لذا هدف از تحقیق حاضر استفاده از پوششهاي استلایت6 جهت مبارزه با سایش و خوردگی در شیرهاي مورد استفاده در صنعت نفت و گاز میباشد.
روش انجام تحقیق
در این تحقیق از فولاد ساده کربنی DIN 1. 0113 که ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است به عنوان ماده زیر لایه استفاده شد. جهت ایجاد پوشش بر روي زیر لایه نمونههاي دیسکی به قطر 50 mm و ضخامت 5 mm تهیه شد. از پودر استلایت 6 تولیدي شرکت Delaro Stellite با شماره پودر Jet.kote 576 و ترکیب ذکر شده در جدول 2 به عنوان ماده پوشش استفاده شد. اندازه ذرات پودر در محدوده +15 تا -45 میکرومتر - مش - 325 بود. شکل 1 تصویر SEM مورفولوژي ذرات پودر را نشان میدهد. همچنین در شکل2 نیز میتوان نتیجه آنالیز XRD پودر را مشاهده کرد.
جهت ایجاد پوشش بر روي سطح نمونهها در حدود 30 گرم از پودر استلایت 6 درون یک قالب ریخته شده و تحت عملیات پرس گرم قرار گرفت تا لایهاي به قطر 50mm و ضخامت 2mm ایجاد شد. سپس این لایه بر روي سطح زیر لایه گذاشته شده و با استفاده از فرایند GTAW قوس ایجاد شده که قوس ایجاد شده باعث ذوب لایه گشته و پوشش بر روي سطح قطعه ایجاد شد. جهت بر طرف کردن عیوب موجود در ساختار پوشش عملیات ذوب نیز بر روي پوشش انجام گرفت. پارامترهاي مورد استفاده در فرایند جوشکاري در جدول 3 ارائه شده است.
جهت بررسی ساختار پوشش از میکروسکوپ نوري مدل Axiotech استفاده شد. فاز شناسی پوشش با استفاده از دستگاه Philips و با اشعه Cukα با طول موج 1/54 آنگستروم انجام گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی TESCAN مدل VEGA مجهز به تجهیز EDS نیز براي بررسی ریز ساختار پوشش و همچنین براي آنالیز نقطهاي پوشش استفاده شد. میکروسختی با استفاده از دستگاه Zwick3312 و تحت بار 100 گرم اندازهگیري شد.
نتایج و بحث
ریز ساختار پوشش آلیاژ استلایت 6 ایجاد شده توسط فرایند GTAW در شکل 3 نشان داده شده است. این ریز ساختار شامل کاربیدهایی میباشد که در بین دندریتهاي زمینه پایه کبالت رسوب کردهاندکاربیدها. عموماً از نوع کاربیدهاي M7C3 و M23C6 میباشند. شکل 4 ساختار فصل مشترك پوشش فلز پایه را نشان میدهد. با توجه به شکل مشخص است که ساختار شامل یک فصل مشترك صفحهاي است که به دنبال آن یک ساختار ستونی و سپس دندریتی مشاهده میشود. این ساختار با ساختار حاصله توسط محققان دیگر نظیر آنا سوفیا تطابق دارد.[6]
