بخشی از مقاله
چکیده: در این پژوهش آلیاژسازی سطحی فولاد st52 بوسیله قوس تنگستنی و گاز محافظ آرگون - TIG - و به وسیله پودر کاربید تنگستن انجام شد. برای ارزیابی ساختار متالورژیکی، خواص سایشی و مقاومت به خوردگی پوشش از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، سختیسنجی و تست پتانسیواستات استفاده شد. خوردگی نمونه های تهیه شده توسط تست خوردگی یکنواخت مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصل از تست سایش نشان داد که در حالت کلی افزایش مقدار ذرات تقویت کننده WC باعث افزایش مقاومت زمینه در برابر تغییر فرم شده و در نهایت سبب بهبود مقاومت سایش نمونه ها میگردد. نتایج تست خوردگی نشان داد که پتانسیل خوردگی یکنواخت نمونه ها با افزایش درصد فاز تقویت کننده نسبت به پتانسیل فولاد افزایش پیدا کرده و همچنین با افزایش درصد ذرات تقویت کننده کاربید تنگستن مقاومت به خوردگی نمونه ها افزایش پیدا کرد.
.1 مقدمه
قطعات صنعتی همواره در معرض محیطهای خورنده و نیروهای پیچیده مکانیکی، دمایی، سایشی و غیره میباشد که به ویژه در سطح آنها ظاهر میشود. غالباً ماده پایهای قادر به تحمل این نیروها و محیط نیست لذا در سطح قطعات از پوشش استفاده میشود. با توجه به نوع کاربرد از پوششهای مناسب استفاده خواهد شد .[1] یکی از این نوع پوششها، پوششهای کامپوزیتی حاوی ذرات پراکنده میباشد. یکی از روشهای معرفی شده توسط مهندسی سطح، جوشکاری سطحی است که با عنوان رویهسختی شناخته میشود و به منظور اعمال مواد مقاوم به سایش بر روی سطح اعمال میشود 1]و.[2 آلیاژ سازی سطحی توسط فرایند جوشکاری یکی از روش های بهبود خواص سطحی در فولادها است.
این روش بدون تغییر خصوصیات زیرلایه صورت میگیرد. آلیاژسازی از طریق افزودن عنصر آلیاژی مدنظر قبل و یا در حین ذوب سطحی انجام میشود .[3] لایه نشانی با پوشش کامپوزیتی نیکل به همراه ذرات تقویت کننده یک روش مناسب جهت افزایش مقاومت به سایش و خوردگی فولاد سادهیکربنی است .[4]کامپوزیت های پایه نیکلی با ذرات تقویت کننده دارای خواص پوشش همچون مقاومت به خوردگی عالی به همراه مقاومت به سایش مطلوب بوده که با پوششدهی این نوع کامپوزیت بر روی فولاد ساده کربنی، تلفیقی از مقاومت به خوردگی و سایش را در حد ایدهآل فراهم خواهیم کرد .[5] از این فلز پوشش میتوان در صنایعی که مشکل سایشی و خوردگی دارند استفاده نمود. هدف از این پژوهش بررسی ساختار، مقاومت به سایش و بررسی رفتار خوردگی این روکش است که به روش جوشکاری قوس الکترود تنگستن- گاز صورت گرفته میباشد.
.2 روش تحقیق
در این تحقیق اثر ترکیب لایه سخت شده - درصدهای مختلف کاربید تنگستن - بررسی شد. به همین منظور طراحی آزمایشات انجام گرفت. ارزیابی میکروسکوپی و ریزساختاری و سختی سنجی و مطالعات رفتار خوردگی روی نمونهها انجام گرفت. مواد مصرفی در این کار پژوهشی شامل فولاد پایه، پودر نیکل، پودر کاربید تنگستن و رویه اجرایی شامل روش رویه کاری نمونهها و نحوه ارزیابی ریز ساختار، سختیسنجی و رفتار خوردگی نمونهها در ادامه تشریح شده است.
.2-1 مواد اولیه
در این تحقیق از فولاد St52 - مطابق با استاندارد - DIN به عنوان زیرلایه استفاده شد. آنالیز کوانتومتری انجام شده روی این نمونه در جدول 1 نشان داده شده است. همچنین برای رویه کاری از پودر WC با اندازه ذرات متوسط 80 میکرومتر استفاده شده است.
.2-2 آماده سازی زیرلایه
ابتدا پنج نمونه مکعب مستطیل به ابعاد - 20 × 5 × 0/8 - cm از جنس فولاد st52 به عنوان نمونههای تحت فرآیند رویهکاری سطحی آماده گردید. در قسمت میانی هریک از نمونهها بخشی به ابعاد - 20 × 1. 5 - cm برای ایجاد روکش و انجام آزمون های بعدی در نظر گرفته شد.
.2-3 آماده سازی پودر با درصدهای مختلف
در این پژوهش برای آلیاژ سازی سطحی از پودر WC با اندازه ذرات متوسط 80 میکرومتر استفاده شد. نمونه 1 به صورت نمونه خام - آهن خالص - ، نمونه 2 به صورت نمونه با پوشش نیکل خالص و انجام عملیات پوشش دهی تحت آزمون قرار گرفت. نمونه 3 با پنج درصد حجمی WC، نمونه 4 با ده درصد حجمی WC، نمونه 5 با بیست درصد حجمی WC پوشش داده شدند. به منظور اتصال موقت و اولیه پودر مذکور بر روی نمو نه های فولادی، پودر با مقدار کمی چسب CMC آغشته و با استفاده از شابلون مقوایی روی سطح نمونهها اعمال گردید. سپس نمونه ها به مدت یک ساعت در محیط آون در دمای 80 درجه سانتیگراد قرار گرفته و خشک شدند.
.2-4 آزمون سختی سنجی
سختی سنجی سطح نمونه ها نیز با دستگاه UV در مقیاس راکول سی روی نمونههایی که برای انجام آزمون سایش آماده شده بود، انجام شد. در این آزمون از عمق فرورفتگی تحت بار ثابت، به عنوان مقیاسی برای سختی استفاده میشود. ابتدا یک بار فرعی به اندازه 10Kg وارد می شود. این آزمون نیاز به آماده کردن سطح را به حداقل رسانده و تمایل به ایجاد فرورفتگی یا برآمدگی توسط سنبه را کم می کند. سپس بار اصلی وارد شده و عمق فرورفتگی به طور خودکار برحسب اعداد سختی قراردادی بر یک سنجه صفحهای مدرج ثبت میشود دامنه مفید این مقیاس از حدود 20 RC تا RC 70 است.
.2-5 روش انجام تست خوردگی
مقاومت به خوردگی با استفاده از دستگاه تست پتانسیواستات در محلول استاندارد 3.5%NaCl ارزیابی شده است. پس از تهیه نمونههای ST52 و نمونههای پوشش داده شده به صورت دیسک، آماده سازی سطحی با سنباده و سپس پولیش مکانیکی انجام شد. نمونههایی با مساحت 1Cm2برای آزمایش خوردگی تهیه و بقیه سطوح آن با چسب یا موم عایقبندی شد. ولتاژ در حدود -800 تا 1800 میلیولت و سرعت اسکن2mV/S و از محلول آزمایش NaCl با غلظت 3/5 درصد به صورت بسیار خاص در دمای 25 درجه سانتیگراد استفاده شد.
.3 نتایج و بحث
روکش نیکل به همراه ذرات تقویت کننده پودر کاربید تنگستن بر روی سطح فولاد توسط روش جوشکاری قوس تنگستن- گاز اعمال شد و پس از انجام آزمایشات ساختاری، ریزساختاری، مکانیکی و خوردگی نتایج به صورت زیر بدست آمد و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.
.3-1 بررسی ریزساختاری
شکل 1 مقطع جانبی پوششهای ایجاد شده را در بزگنمایی مقیاس 100 میکرومتر نشان میدهد. این تصاویر نشاندهنده تشکیل پوشش با حداقل تخلخل میباشد که با استفاده از روش لایه نشانی به روش جوشکاری TIG قابل دستیابی است. تصاویر میکروسکوپ نوری نشاندهنده حضور ذرات تقویت کننده کاربید تنگستن در زمینه محلول جامد میباشد. همانطور که مشاهده میشود با افزایش درصد کاربید تنگستن در ترکیب پوشش مقادیر این ذرات در زیر-لایه نیز افزایش مییابد. حضور این ذرات در بستر زیرلایه کاملاً مشهود و بیانگر امکان نفوذ لایه پوشش در ساختار زیرلایه فولادی است.
فصل مشترک پوشش و زیر لایه
بررسی این تصاویر نشان میدهد که این پوششها ساختار دندریتی داشته که در نتیجه انجماد سریع در طی فرایند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز به وجود آمده است. دلیل دیگر به دست آمدن ساختار دندریتی تفاوت زیاد بین نقطه ذوب آهن و دیگر فازهای تشکیل شده در اثر تجزیه کاربید تنگستن است. مشاهده میشود زیرلایه ساختار دندریتی ندارد اما پوشش با مقدار زیاد کاربید تنگستن ساختار دندریتی داشته و همچنین ساختار ریزتر میشود .[6]
