بخشی از مقاله
چکیده
پوشش دهی یکی از روشهای رایج مهندسی سطح برای جلوگیری از اثرات مخرب سایش و خوردگی میباشد. در سالهای اخیر، محققان توجه ویژه ای به پوششهای ترکیبات بین فلزی توجه ویژهای داشتند که از جمله دلایل آن میتوان به قیمت کم، چگالی اندک، مقاومت سایشی عالی، سهولت در تولید، پایداری شیمیایی و مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون اشاره کرد.
در این تحقیق فرمولاسیون پوشش الکترود بر اساس سنتز ترکیبات بین فلزی Fe-Al-Ti تهیه گردید و سپس با الکترود روکش دار ساخته شده بر روی فولاد کربنی St37 ، با روش جوشکاری SMAW ، پوششدهی انجام گرفت. ماهیت سنتز احتراقی تشکیل ترکیبات بین فلزی ،باعث صرفه جویی در انرژی مصرفی گردید. ریزساختار و ترکیبات فازی زیرلایه، پوشش و فصل مشترک زیرلایه/پوشش با استفاده از میکروسکوپ نوری - - OM، میکروسکوپ الکترونی - - SEM، آنالیز نقطه ای - - EDX و پراش اشعه ایکس - - XRD مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. همچنین تست سختی و تست سایش انجام گرفت که نتایج نشان دهنده افزایش سختی و افزایش مقاومت سایشی پوشش نسبت به زیرلایه ،میباشد
مقدمه
در سالهای اخیر تکنیکهای متعددی از قبیل پاشش پلاسما، رسوب شیمیایی بخار - - CVD، رسوب فیزیکی بخار - - PVD، تفنگ انفجاری، فرایندهای با کمک لیزر، رسوب الکترولیتی و ... برای انجام پوششدهی و تغییرات سطحی استفاده شده است
ایجاد پوشش های سخت و مقاوم در برابر سایش بر روی زمینههای فلزی توسط روشهای مختلف جوشکاری یکی از تکنیکهای پرکاربرد در صنعت است. در بیشتر صنایع،قطعات فلزی تحت فرآیندهای مختلف سایش قرار دارند. سایش ایجاد شده موجب تغییر ابعاد،کندگی و کاهش کارایی قطعه میشود. از آنجایی که تعویض این قطعات مستلزم صرف هزینه های بسیار زیاد میباشد، بنابراین به منظور کاهش هزینهها از عملیات سخت کاری سطحی جهت تعمیر،بازسازی و افزایش عمر مفید قطعات استفاده می-شود.از این طریق میتوان پوششهای ضخیم در محدوده ضخامت 750 میکرون تا چند میلیمتر، بر روی سطح ایجاد کرد
در صنعت از انواع الکترودهای جوشکاری نظیر الکترودهای روکشدار و الکترودهای توپودری استفاده میشود. الکترودهای روکش دار به دلیل سهولت در استفاده، قدرت عملیاتی بالا و ارزان بودن تجهیزات مورد نیاز بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. بهترین مکانیزم عملکرد الکترودهای روکشدار برای سخت کاری به گونه ای است که فلز جوش دارای فاز زمینه ای با چقرمگی بالا و فاز ثانویه ای با سختی بسیار بالا باشد در این صورت فاز چقرمه زمینه قابلیت شکل پذیری و مقاومت در برابر ضربه و فاز سخت ثانویه قابلیت مقاومت در برابر سایش را محقق میسازد.
در صورتیکه فلز زیرلایه از نوع فولادی باشد،فاز زمینه مناسب برای پوششدهی،آستنیت میباشد که معمولا با اضافه کردن منگنز و نیکل در ترکیب روکش الکترود این فاز در پوشش ایجاد میشود. آنچه که در این پژوهش مورد توجه قرار میگیرد، فازهای ثانویهی سخت کننده میباشد.تاکنون در صنعت از کاربیدهای فلزاتی نظیر تنگستن، کروم،نیوبیوم و وانادیوم بدین منظور استفاده شده است. یکی از معایب اصلی این الکترودها قیمت بسیار بالای آن به دلیل حضور عناصر گرانبها میباشد که در صورتیکه بتوان از فلزات ارزان تر جهت سنتز فاز ثانویه سخت استفاده کرد،مسلما استفاده از آن توجیه اقتصادی بهتری خواهد داشت.
از طرفی علاوه بر کاربیدهای فلزات،ترکیبات بینفلزی نیز با توجه به ماهیت سرامیکی که دارا میباشند دارای سختی بسیار بالایی هستند. لذا در این پژوهش سعی شده ترکیبات بین فلزی Fe-Al-Ti به جای کاربیدهای فلزات در فاز زمینه سنتز شود.
در ابتدا با بررسی و پیشبینی واکنشهای انجام شده با نرم افزار Factsage فرمولاسیون بهینه برای تولید الکترود روکش دار به منظور سنتز فاز زمینه چقرمه همراه با حضور ذرات ترکیبات بین فلزی بدست آمد.سپس بر روی زیر لایه فولادی با جنسSt37 عملیات پوششدهی انجام شد. و در نهایت پوشش تولید شده مورد بررسی و آنالیز قرار گرفت.
روش تحقیق
جوشکاری نمونهها با استفاده از یک دستگاه جوشکاری دستی ساخت شرکت میلر و با استفاده از جریان مستقیم 160 آمپر انجام شد. به این منظور ابتدا الکترود جوشکاری تهیه شد. برای آمادهسازی این الکترود ابتدا روکش الکترود تهیه گردید. با توجه به ظرفیت دستگاههای پایلوت مورد استفاده، حداقل یک کیلوگرم خمیر میبایست تهیه میگردید. لذا مواد با نسبت وزنی مطابق جدول 1 در دستگاه همزن کاملا با هم مخلوط شدند، سپس خمیر به دستگاه اکسترود منتقل شد و همزمان با اعمال فشار 10 مگا پاسکال ، مفتولی با جنس فولاد ساده کم کربن به قطر 4 میلیمتر از داخل خمیر عبور داده شد.
ضخامت روکش ایجاد شده بر روی مفتول1/2 میلیمتر میباشد. جوشکاری بر روی زیرلایه فولادی از جنس St37 انجام شدکه آنالیز کوانتومتری آن در جدول 2 آورده شده است. فولاد St37 دارای ساختار فریتی - پرلیتی بوده - شکل - 1 و سختی آن 144 ویکرز به دست آمد. قبل از جوشکاری سطح زیرلایه سنبادهزنی و توشط استون چربیزدایی گردید تا سطحی عاری از آلودگی برای جوشکاری آماده شود.
به منظور بررسی تشکیل فازهای مورد نظر و ریزساختار پوشش، ابتدا نمونهها به وسیله دستگاه وایرکات مقطع زده و با سنباده و پولیش آماده سازی شدند. از محلول نایتال 5 - %5 میلیگرم اسید نیتریک، 96 میلیگرم اتانول - برای اچ کردن نمونهها استفاده شد. پس از اچ، بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام شد. همچنین به منظور بررسی ماهیت فازهای تشکیل شده آنالیز نقطهای EDS انجام شد. پس از بررسی های ریزساختاری، سختیسنجی از پوشش توسط دستگاه میکرو سختیسنج ویکرز با نیروی 100 گرم نیرو و به مدت 10 ثانیه در نیرو انجام گرفت.
نتایج و بحث
شکل 1، تصاویر متالوگرافی از فلز زیرلایه را نشان میدهد که دارای ساختار فریتی- پرلیتی میباشد. شکل 2، فصل مشترک پوشش/ زیرلایه را نشان میدهد. صفحات ویدمن اشتاتن در منطقه HAZ مشاهده میشود. فریت پرویوتکتوئید در اثر سرعت سرد شدن زیاد به دلیل ضریب انتقال حرارت بالای فولاد St37 به صورت صفحات ویدمن اشتاتن منجمد میشود. شکل 3 ،تصویر متالوگرافی پوشش را نشان میدهد. همانگونه که مشخص است ساختار زمینه شامل فریت دلتا در زمینه آستنیتی است که در نتیجه سرعت سرد شدن بالا در فرایند جوشکاری حاصل شده است.
