بخشی از مقاله
چکیده
ساختار مطلوب در قطعات فولادی هادفیلد، ساختار تک فاز آستنیتی میباشد که بهطورمعمول برای رسیدن به آن، این قطعات تحت عملیات حرارتی - آستنیته و کوئنچ در آب - قرار میگیرند. اما در صورتیکه سرعت سرمایش از دمای تک فاز آستنیت تا دمای محیط کم باشد - سرد شدن در قالب و یا عملیات حرارتی در محیط با شدت سردکنندگی کمتر نسبت به آب - ، به دلیل تشکیل کاربیدها و جزایر پرلیتی در مرز و همچنین داخل دانهها، خواص مکانیکی مطلوب در آنها به طور قابلتوجهی افت خواهد کرد. لذا حصول اطمینان از ایجاد ریزساختار مطلوب برای این فولاد قبل از قرارگیری در شرایط کاری بسیار حائز اهمیت میباشد.
هدف از انجام این پژوهش شناسایی غیرمخرب انواع ریزساختارهای ایجادشده در اثر اعمال شرایط متفاوت عملیات حرارتی بر فولاد هادفیلد میباشد. برای این منظور تعداد 8 نمونه از این نوع فولاد تحت عملیات آنیل، نرماله، کوئنچ و کوئنچ/بازپخت در دماهای متفاوت قرار گرفته است. نتایج حاصل از بررسیها نشان میدهند که روش غیرمخرب پیشنهادی قابلیت تفکیک ریزساختارهای متفاوت ناشی از عملیات حرارتی گوناگون در فولاد هادفیلد را دارا میباشد.
مقدمه
فولادهای آستنیتی منگنزدار که به فولادهای هادفیلد1 مرسوم هستند، به دلیل مقاومت در برابر سایش توأم با ضربهپذیری بالا و انعطافپذیری خوب بهطور گسترده در کاربردهایی با شرایط سایش همراه با ضربه از قبیل وسایل حفاری، چکشهای خردکننده سنگ، آسیابها و ناخنهای بیل مکانیکی استفاده میشوند 1]و.[2 علاوه بر اهمیت استفاده از ترکیب شیمیایی با میزان عناصر آلیاژی مناسب، عملیات حرارتی صحیح بر روی قطعات، پارامتر مهم اثرگذار دیگر بر مشخصههای ریزساختاری و درنتیجه خواص مکانیکی قطعات از جنس فولادهای هادفیلد، میباشد. ساختار مطلوب فولادهای هادفیلد، ساختار تک فاز آستنیت میباشد
این امر به دلیل این میباشد که این فولادها در شرایط کاری که تحت تأثیر سایش و ضربه قرار دارند، با وقوع کرنش سختی ناشی از تحول آستنیت به مارتنزیت خواص سایشی و ضربه بسیار خوبی مییابند .[4] درحالیکه در قطعات ریختگی که تحت عملیات حرارتی قرار نگرفتهاند، ساختار میکروسکوپی قطعه شامل زمینه آستنتیتی به همراه اشکال مختلف رسوب کاربیدها و کولونیهای پرلیت در مرز دانهها میباشد که این امر تردی و کاهش چقرمگی را در پی خواهد داشت
جهت رفع این مسئله و ایجاد ساختار تک فاز آستنیتی، قطعات یا به طور مستقیم از قالب در دماهای حدود 1000 کوئنچ میشوند [3] و یا بعد از فرایند ریختهگری تحت عملیات آستنیته - در - 1000 œC و سپس کوئنچ در آب قرار میگیرند 6]و[7 تا بدین ترتیب ساختار تک فازی آستنیت حاصلشده و چقرمگی بهبود یابد. همچنین بررسیها نشان میدهند که با پیرسازی این فولادها میتوان مقاومت به سایش را بهبود بخشید
روشهای متداول جهت تعیین مشخصههای ریزساختاری در قطعات فولاد هادفیلد عملیات حرارتی شده، شامل متالوگرافی و مشاهدات میکروسکوپی بهمنظور تعیین میزان کاربیدهای موجود در زمینه آستنیتی [10]، پراش اشعه ایکس جهت تعیین نوع و مقدار فازهای موجود در ریزساختار 3]و[5 میباشد. روشهای مذکور در ارزیابی خواص ریزساختاری این دسته از فولادها، علاوه بر اینکه مخرب، وقتگیر و هزینهبر بوده، امکان کنترل %100 قطعات را نیز فراهم نمیکند. اما امروزه کاربرد روشهای غیرمخرب تنها به بازرسی عیوب و ترکیابی محدود نمیشوند.
با توجه به تواناییها و مزایای روشهای غیرمخرب در فرآیندهای کنترلی تولیدات صنعتی، در سالهای اخیر به تعیین خواص مکانیکی و متالورژیکی مواد و به دست آوردن نتایج آزمونهای مخرب با کمک روشهای غیرمخرب توجه بسیاری شده است .[11-13] این امر سبب صرفهجویی از لحاظ هزینه و زمان، در تولید انبوه قطعات صنعتی شده و امکان کنترل صددرصد قطعات را فراهم میآورد. لذا در این پژوهش، از روش غیرمخرب جریان گردابی بهمنظور مشخصهیابی تغییرات ریزساختاری در فولاد هادفیلد بهره گرفتهشده است.
روش تحقیق
در این بررسی از فولاد هادفیلد با آنالیز شیمیایی مندرج در جدول 1 استفاده شد. بهمنظور ایجاد ریزساختارهای متفاوت، تعداد 8 نمونه با ابعاد 100×20×4 mm3 به مدت زمان 1 ساعت، دردمای 1050œC آستنیته شده و سپس تحت شرایط متفاوتی سرد شدند. به گونهای که 2 قطعه به ترتیب در کوره خاموش و هوا سرد شده و 6 نمونه دیگر در آب کوئنچ شدند. سپس از 6 نمونه کوئنچ شده، 5 نمونه در دماهای 200، 300، 400، 500 و 600 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت تحت عملیات بازپخت قرار گرفتند.
بعد از انجام عملیات حرارتی، جهت بررسی تصاویر میکروسکوپ نوری، عملیات سمباده زنی و پولیش روی نمونهها صورت گرفت و سپس با محلول ویللا2 - 1 گرم اسید پیکریک و 5 میلیلیتر HCl در 100 میلیلیتر اتیل الکل - ، حکاکی2 شدند. با هدف بررسی تغییرات فازی و مقایسه میزان فازهای آستنیتی، کاربیدی و فریتی در نمونههای عملیات حرارتی شده با شرایط متفاوت، از دستگاه پراش اشعه ایکس - 3XRD - با مدل ;ʼ3HUW 3KLOLS با اشعه CuK با طولموج 0/15405 nm استفاده شد و هر آزمون در محدوده زوایای صفر تا 70 درجه با سرعت 0/02 درجه بر ثانیه انجام شد.
پس از آمادهسازی نمونهها، آزمون غیرمخرب با دستگاه آزمایشگاهی جریانگردابی که قابلیت تولید فرکانسهایی از 1 هرتز تا 2 مگاهرتز را داراست و طرح شماتیک آن در شکل 1 نشان دادهشده است، انجام شد. تمامی نمونهها درکویل با ضریب پرشوندگی 0/98 در دمای محیط آزمایش شدند. این آزمون در محدوده فرکانس 100 تا 2000 هرتز انجام شد و نتایج در فرکانس بهینه 500 هرتز گزارش شدهاند. پارامتر ولتاژ القایی - اندازهگیری 4RMS سیگنالها - بهعنوان خروجیهای روش پیشنهادی محاسبه شده و درنهایت ارتباط تمامی خروجیها با نمونهای با ریزساختار متفاوت، بررسی گردید.
نتایج و بحث
در شکل 2، تصاویر میکروسکوپ نوری از مقطع عرضی ریزساختار نمونههای عملیات حرارتی شده با شرایط متفاوت، نشان دادهشده است. همانطور که در این شکل مشاهده میشود، در نمونه آنیل شده - شکل -2الف - ، یک شبکه بههمپیوسته از رسوبات تمامی مرزها و به مقدار کمی از داخل دانه را اشغال کردهاند. در نمونهای که در هوا کوئنچ شده است - شکل -2ب - ، حجم کاربیدها در مرزها و داخل دانه نسبت به نمونه قبلی به طور قابلتوجهی کاهشیافته - تبدیل به یک نوار بسیار باریک در مرزها شده - ولی در اندازه دانه تغییر محسوسی مشاهده نمیشود
