بررسي تأثير عمليات حرارتي بر مشخصههاي ورق ضد سايشي
هارداكس 600

مريم السادات بزرگتبار1، محمدرضا جعفرپور2 و نصراﷲ عربيان3
عضو هيأت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهر مجلسي
كارشناس ارشد، فولاد مباركه اصفهان
كارشناس، دانشگاه صنعتي اصفهان
mbozorgtabar@iaumajlesi.ac.ir

چكيده
در اين پژوهش تأثير عمليات حرارتي بر ريزساختار و سختي ورق ضد سايش هارداكس 600 مورد بررسي قرار گرفتهاست. بدين منظور نمونههاي ورق هارداكس 600 در دماهاي عمليات متفاوت بهمدت 5 ساعت عمليات حرارتي گرديده و ريزساختار و سختي نمونهها توسط آزمونهاي متالوگرافي، آناليز اشعه ايكس ((XRD و سختيسنجي راكولسي ارزيابي گرديد. نتايج حاصله از آزمايشات نشان ميدهد كه عمليات حرارتي سبب تغيير ريزساختار و سختي ورق ميگردد. افزايش دماي عمليات حرارتي بهدليل تمپر نمودن نمونهها سبب افزايش تغييرات ريزساختار و كاهش سختي ميگردد. بيشترين تغييرات ساختار و سختي در عمليات حرارتي در دماي 500 درجه سانتيگراد مشاهده گرديد كه نشاندهنده كاهش مقاومت سايشي ورق هارداكس در دماي مذكور ميباشد.

واژههاي كليدي:
ورق ضد سايش، هارداكس 600، عمليات حرارتي، سختي.

1- مقدمه
سايش يكي از مخربترين پديدهها در صنايع مختلف از جمله صنايع فولاد، پتروشيمي، غذايي، حمل و نقل، معادن و … است. سايش هزينههاي كلاني را بر كشورهاي جهان تحميل مينمايد و كاهش سايش و مقابله با آن يكي از چالشهاي مهم كشورهاي جهان ميباشد. يكي از روشهاي كاهش سايش استفاده از تجهيزات و ورقهاي ضد سايش بهجاي تجهيزات و ورقهاي متداول در صنايع است [1]. ورقهاي ضد سايش كاربردهاي خيلي متنوعي دارند و قابليتهاي بالايي در برابر سايش و مقاومت بهضربه از خود نشان ميدهند. ورقهاي ضد سايش از مقاومت سايشي نزديكي بهسراميكها برخوردارند ضمن اينكه از جوشپذيري بالايي مانند فولادهاي كربن متوسط برخوردارند.
اين خواص بينظير سبب افزايش قابل ملاحظه عمر قطعات و كاهش زمان توقف ميگردد [2 و 3].
ورقهاي ضد سايش بهصورت ورقهاي فولادي، چدني و ورقهاي پوشش داده شده وجود دارد كه از بين آنها ميتوان بهفولادهاي كم آلياژ، چدن سفيد، چدن خاكستري و فولادهاي نيتروره، كربوره، سطح سختي شده اشاره نمود [7-4]. از ميان اين مواد فولادهاي كم آلياژ با قيمت مناسب و امكان تهيه آسان براي برخي مصارف سايشي انتخاب ميشوند و تا درجه حرارتهاي 150-100 درجه سانتيگراد قابل استفاده ميباشند.
با انجام عمليات حرارتي ميتوان سختي و چقرمگي مورد نظر را در فولادهاي كم آلياژ بهدست آورد [8]. فولاد AISI 52100 و فولادهاي كربوره شده براي بلبرينگ و رولبرينگ استفاده ميشود و مقاومت سايشي و عمر خستگي بالايي دارند. فولاد منگنزدار بهطور گستردهاي در ابزار و تجهيزات معدني كه ضربهپذيري و مقاومت بهسايش براي آنها مطرح است بهكار گرفته ميشود [9]. فولادهاي زنگنزن در درجه حرارتهاي بالا و محيطهاي خورنده براي ساخت قطعات مناسب است.
فولادهاي زنگنزن آستنيتي در شرايط خشك تمايل بهچسبندگي و جوش سرد دارند و بهاين دليل از فولادهاي مارتنزيتي و يا رسوب سختي شده استفاده ميگردد [10]. چدن سفيد حاوي مقادير زيادي سمنتيت درشت است و مقاومت زيادي در برابر سايش دارد اما در برابر ضربه و خستگي ضعيف است و نيز قابليت ماشينكاري پاييني دارد [11 و 12]. فولادهاي پوشش داده شده عمدتاً در كاربردهايي كه نياز بهمقاومت سايشي بسيار بالا است استفاده ميگردند. سختي بالا و پايين بودن ضريب اصطكاك از مشخصات بارز اينگونه پوششها است. كنترل سايش نيز بهوسيله همين خاصيت ذاتي آنها صورت ميپذيرد. پوششهاي مزبور اصولاً براي حفاظت از سايش چسبان و خراشان كاربرد دارند. آنها طيف وسيعي از مواد سخت مانند كاربيدها، نيتريدها و برايدها و همچنين اكسيدهاي آلومينيوم و پوششهاي الماسي و شبه الماسي را در بر ميگيرند [13].
يكي از انواع ورقهاي ضد سايش فولادي ورقهاي ضد سايش هارداكس ميباشند. ورقهاي هارداكس ورقهاي با خواص ضد سايش و داكتيليته بالا ميباشند كه در استانداردهاي مختلف HARDOX HITUFHARDOX 400 , HARDOX 450 HARDOX 550 , HARDOX 500 , و HARDOX 600 يافت ميشود [14]. از بين ورقهاي هارداكس، ورق هارداكس 600 ورق ضد سايش با عمري طولاني است. هارداكس 600 ورق كوئنچ و تمپر شده با سختي حدود 600 برينل (حدود 55 راكولسي) براي شرايط سايش حاد بوده و تركيب مناسبي از جوشپذيري، سختي و چقرمگي (ضربهپذيري) را دارا است [15]. ورق هارداكس 600 ميتواند در سيستمهاي كانوير (نقاله)، فيدرها، شوتها، چكشهاي دوار، تيغههاي خرد كردن و … بهكار رود. ورقهاي هارداكس 600 ميتواند جايگزين خوبي براي محصولات ضد سايش ديگر باشد [15].
بهدليل تجاري و انحصاري بودن ورق ضد سايش هارداكس مطالعات تحقيقاتي بسيار كمي در مورد آن انجام گرفتهاست بنابراين در اين پژوهش با توجه بهاهميت آگاهي از شرايط كاربردي ورق ضد سايش، تأثير عمليات حرارتي بر ريزساختار و سختي ورق كه نشاندهنده تأثير دماي كاري بر خواص ضد سايشي ورق ميباشد، ارزيابي شد. همچنين مكانيزمهاي مؤثر بر كاهش خواص ضد سايشي ورق در دماهاي بالا مورد بررسي قرار گرفت.

روش تحقيق
بهمنظور تهيه نمونههاي آزمايش از ورق هارداكس 600 به ضخامت cm 2 استفاده گرديد. بهدليل سختي بالاي ورق هارداكس 600 نمونهها توسط دستگاه پلاسما بهابعاد cm 2 ×2 × 5 برش داده شدند. بهمنظور جلوگيري از تغيير ساختار، از گرم شدن نمونهها در حين برشكاري توسط آب جلوگيري شد. نمونههاي تهيه شده توسط كوره عمليات حرارتي اكسايتون در دماهاي مختلف 50، 100، 150، 200، 225، 250، 275، 300، 350، 400، 450 و 500 درجه سانتي گراد بهمدت 5 ساعت عمليات حرارتي شده و پس از عمليات حرارتي در كوره تا دماي محيط بهآرامي سرد گرديدند. پس از عمليات حرارتي نمونههاي تهيه شده توسط ميكروسكوپ نوري، آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) و سختيسنجي راكول ارزيابي شدند.

نتايج و مباحث
جدول (1) آناليز شيميايي ورق ضد سايش هارداكس 600 را نشان ميدهد. همانطور كه مشاهده ميگردد ورق هارداكس فولاد كربن متوسط آلياژي ميباشد. بيشترين عناصر آلياژي اين فولاد نيكل، كروم و منگنز ميباشند كه وجود اين عناصر سبب افزايش سختي فولاد گرديدهاست. شكل (1) تصوير ريزساختار ورق هارداكس 600 را قبل از انجام عمليات حرارتي نشان ميدهد. ريزساختار شامل مارتنزيت و آستنيت ميباشد كه با توجه بهاين نكته كه ورق مذكور ورق كوئنچ و تمپر شده ميباشد احتمالاً مارتنزيت از نوع تمپر شده و آستنيت، از نوع باقيمانده ميباشد. يكي از دلايل مقاومت بهسايش بالاي اين ورق حضور فاز سخت مارتنزيت در ريزساختار ميباشد.
بررسي تأثير عمليات حرارتي بر مشخصههاي ورق ضد سايشي هارداكس 600 61

جدول (1): تركيب شيميايي ورق هارداكس 600.
C %Max Si %Max Mn %Max P %Max S %Max Cr %Max Ni %Max Mo %Max B PPM
0/47 0/70 1/00 0/015 0/010 1/2 2/0 0/80 0/004

شكل (1): تصوير ريزساختار ورق هارداكس 600 قبل از عمليات حرارتي.
ريزساختار ورق هارداكس عمليات حرارتي شده در دماي 500 درجه سانتيگراد در شكل (2) نمايش داده شدهاست. مطابق شكل (2) ريزساختار ورق عمليات حرارتي شده كاملاً تغيير يافتهاست. شكلهاي (3) و (4) الگوي پراش پرتو ايكس نمونههاي ورق هارداكس را قبل و پس از عمليات حرارتي در دماي 500 درجه سانتيگراد نشان ميدهند. شكل (3) بيانگر حضور فازهاي آستنيت و مارتنزيت در نمونه عمليات حرارتي نشده است و شكل (4) نشاندهنده وجود فازهاي مارتنزيت، فريت و كاربيد آهن در نمونه عمليات حرارتي شده در دماي 500 درجه سانتي گراد ميباشد. نتايج نشان ميدهد كه عمليات حرارتي نمونهها سبب تغيير فازي آستنيت بهفريت و كاربيد آهن گرديدهاست. با عمليات حرارتي، نمونهها مجدداً تحت عمليات تمپر قرار گرفتهاند و تمپر مجدد سبب تغيير ساختار كريستالي ورق گرديدهاست. هر چه دماي عمليات حرارتي بيشتر گرديده، ادامه استحاله در اثر تمپر بيشتر و تغييرات ساختاري نمونهها نيز بيشتر شدهاست. تمپر مجدد نمونهها سبب ايجاد كاربيدهاي آهن و با افزايش دما سبب استحاله آستنيت باقيمانده بهفريت و كاربيد آهن گرديدهاست [16 و 17]. تحقيقات انجام گرفته نشان ميدهد كه درجه حرارت و زمان تمپر كردن متفاوت سبب تغيير در خواص مكانيكي نمونه ميگردد. اعمال درجه حرارتي بيشتر از حد تعيين شده بر روي فولاد و يا تمپر مجدد فولاد سبب انجام

شكل (2): تصوير ريزساختار ورق هارداكس 600 عمليات حرارتي شده در دماي C˚500.

شكل (3): الگوي پراش پرتو ايكس ورق ضد سايش هارداكس 600 قبل از عمليات حرارتي.

شكل (4 ): الگوي پراش پرتو ايكس ورق ضد سايش هارداكس 600 بعد از عمليات حرارتي در دماي C˚
.500

بررسي تأثير عمليات حرارتي بر مشخصههاي ورق ضد سايشي هارداكس 600 63

584
582
555
518
510
490
450
429
415
412
408
405
380
300
350
400
450
500
550
600
خام

نمونه
150
225
250
275
300
350
400
450
500
200
50
100
(
oc )
حرارتی

عمليات

دمای
(

برينل
)

سختی

584



قیمت: تومان


پاسخ دهید