بخشی از مقاله
چکيده
گريت بار يکي از قطعات مصرفي در کوره پخت واحد گندله سازي و از جنس فولاد مقاوم به حرارت نوع HH مي باشد. به منظور شناسايي علل تخريب قطعات ، ابتدا نمونه هايي با عيوب ظاهري متفاوت شناسايي و تهيه گرديده است . با انجام مراحل نمونه سازي ، نمونه هاي مختلفي از محل عيوب تهيه شده است . سپس با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آناليز عنصر EDS سطح نمونه هاي آماده شده به لحاظ ريزساختاري و فازهاي بوجود آمده در حين کار درکوره پخت مورد مطالعه قرار گرفته است . به کمک بررسي هاي انجام شده ، مکانيزمهاي تشکيل و توسعه عيوب که منجر به تخريب قط ات شده تعيين گرديده است . نتايج نشان مي دهد ابتدا لايه محافظ سطحي (Cr2O3)تشکيل شده بر روي سطح قطعه ، در اثر عواملي مانند: دماي بالا، تنش حرارتي و يا تنش مکانيکي شکسته خواهد شد. سپس با نفوذ اکسيژن به داخل ساختار، اکسيداسيون داخلي رخ داده و بدنبال آن در اثر تردي قطعه ، ترک ها و شکاف هاي بزرگي در قطعات ظاهر مي شود. همچنين حضور پديده Dusting از ديگر عواملي بوده است که باعث تخريب قطعات شده است .
کلمات کليدي : گريت بار، اکسيداسيون داخلي ، Dusting، کاربيد کروم ، اکسيد کروم
مقدمه
قطعات فولادي گريت بار از جنس فولاد مقاوم به حرارت نوع HH مي باشد که با قرارگيري در پالتهاي کوره ، مواد ورودي به کوره بر روي آن تخليه گرديده و هدايت بار بداخل کوره توسط آنها صورت مي گيرد. ترکيب شيميايي اين فولادها از نوع کروم - نيکل بوده و حاوي ساختار دوفازي (فريتي - آستنيتي ) يا کاملاً آستنيتي مي باشند. ريزساختار اين فولادها در درجه اول بوسيله ترکيب شيميايي آن ها تعيين مي شود.
درصد مقدار فريت ريزساختار آنها به مقدار کربن ، کروم و نيکل آلياژ بستگي خواهد داشت . جهت کاربرد ذکر شده ، خواص لازم براي اين دسته از فولادها عبارتند از[۱]:
- مقاوم در برابر اکسيداسيون و خوردگي در دماهاي بالا
- پايداري در اين دما (مقاومت در برابر تاب برداشتن ، دفورمه شدن ، ترک خوردن و خستگي حرارتي )
- مقاوم به خزش (مقاومت در برابر تغيير شکل پلاستيک در دماي بالا)
به منظور افزايش استحکام اين فولادها در دماهاي بالاي ، مقدار کربن آنها بالاتر از حد متداول مصرف در فولادهاي زنگ نزن معمولي است . از اين مقدار کربن ، حدود ۰.۲ درصد در فاز آستنيت حل شده و مابقي بصورت کاربيد کروم در زمينه آستنيت پراکنده خواهد گرديد که وظيفه استحکام در دماي بالا را بر عهده خواهد داشت . بطور کلي شبکه هاي کاربيد در مرزدانه ها براي آلياژهاي مقاوم به حرارت با پايه آهن ، نامطلوب است . شبکه مرزدانه اي در آلياژهاي پرکربن و يا آلياژهايي که بطور آهسته از دماهاي بالا سرد مي شوند، بوجود خواهد آمد. در اين حالت کربن اضافه از زمينه آستنيت خارج شده و در اطراف مرزدانه ها تجمع خواهد نمود و اين شبکه ها باعث تردي آلياژ خواهند گرديد[ ۲]. با توجه به اينکه مقاومت در برابر اکسيداسيون در دماهاي بالا مستلزم ايجاد يک مانع اکسيدي بين فلز و محيط مي باشد. لذا استمرار مقاومت مستلزم حفظ و نگه داري اين مانع محافظ خواهد بود. لذا هرگونه عاملي که باعث ترک خوردن ، پوسته کردن ، ريختن ، تبخير و بطور کلي از بين رفتن اين مانع محافظ گردد، ملاحظات مهمي را در ارتباط با اکسيداسيون آلياژ در دماي بالا ايجاد خواهد نمود. در اين پژوهش مجموعه عواملي که باعث تخريب لايه اکسيدي و بدنبال آن منجر به انهدام قطعه گرديده مورد بحث و بررسي قرار گرفته است .
مواد و روش تحقيق
ابتدا سعي شده از انواع عيوبي که در بين قطعات مشاهده شده ، نمونه گيري شود و در قدم بعدي بررسي هاي لازم در راستاي شناسايي عوامل دخيل در بروز عيوب صورت پذيرد. در اين رابطه مجموعه اي از انواع عيوب مشاهده شده در بين قطعات کارکرده در ماشين پخت ، گردآوري شده است . سپس نمونه هايي از گري بارهاي مختلف فرسوده تهيه شده و از مناطق مختلف قطعات ، نمونه هاي متال گرافي آماده گرديده است .
جهت تهيه نمونه هاي متالوگرافي ابتدا از اره لنگ ، دستگاه برش اره تسمه اي و دستگاه برش ديسکي استفاده گرديده است . سپس سطوح نمونه ها با سمباده هاي ۸۰ ، ۱۲۰، ۳۲۰، ۶۰۰، ۸۰۰، ۱۲۰۰ و ۲۴۰۰ صيقلي شده است . براي مشاهده اندازه دانه ها در ريزساختار، سطوح صيقل داده شده نمونه ها توسط محلول خورنده ماربل اچ گرديده است . به منظور انجام بررسي هاي متالورژيکي و بدنبال آن شناسايي عيوب مشاهده شده ر قطعات گريت بار، از دستگاه آناليز کوانتومتر، ميکروسکوپ نوري ، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و دستگاه آناليز عنصري EDS بهره گرفته شده است .
نتايج و بحث
تصوير نمونه تهيه شده از قطعه معيوب ، جهت بررسي هاي متالوگرافي در شکل ۱ نشان داده شده است همانطور که ملاحظه مي شود نمونه سازي به گونه اي صورت گرفته که نمونه حاوي برش طولي از تر ايجاد شده در قطعه باشد، بطوريکه مطالعه سطح مقطع ترک توسط ميکروسکوپ براحتي صورت پذيرد.
شکل ۱: نمونه تهيه شده جهت مطالعه مکانيزم رشد ترک در قطعه
تصاوير SEM از محل نوک ترک در حال پيشروي در شکل ۲ نشان داده شده است . ملاحظه مي شود که ترک دقيقاً در مسير فازهاي تيره رنگ در حال رشد و پيشروي مي باشد. تصوير اين فازها با بزرگنمايي بالا در شکل ۳ نشان داده شده است . در اين شکل آناليز عنصري انجام شده از اين فازهاي تيره نيز ارائه شده است .
نتايج آناليز نشان مي دهد اين فازها صددرصد حاوي اکسيد کروم بوده است . به عبارت ديگر بدليل پيوسته بودن کاربيد هاي شبکه اي در ساختار فولاد، اکسيژن از طريق اين مسيرها سريعتر نفوذ کرده و سرعت اکسيداسيون در آن ها بيشتر بوده است . تصوير شکل ۴ نيز نشان مي دهد که با دور شدن از سطح قطعه ، شبکه هاي کاربيدي خاکستري رنگ در حال تبديل شدن به فازهاي تيره رنگ مي باشد و نحوه پيشروي اکسيداسيون را به خوبي نشان مي دهد. بطوريکه با نفوذ اکسيژن به داخل قطعه اکسيداسيون داخلي رخ داده و اکسيداسيون از طريق شبکه هاي کاربيدي پيشرفت نموده است . مقايسه کلي بين ريزساختار قطعه مستهلک شده و قطعه کارنکرده نيز نشان مي دهد عمده تغييرات ريزساختاري در شبکه هاي پيوسته کارِبيد کروم اتفاق افتاده است .
بطوريکه شبکه کاربيدي تغيير ترکيب شيميايي داده و اکسيد شده است .
