مقايسه ريزساختار، سختي و مقاومت به سايش چهار نوع آلياژ جوش روكشسخت با فولاد CK70 سخت كاري شده به منظور جايگزيني تيغه هاي برشي

سيدرضا اميرآبادي زاده*1 و رضا اسلامي فارساني2
مربي، دانشكده فني، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد تهران جنوب، تهران، ايران
استاديار گروه مواد، دانشكده مكانيك، دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي، تهران، ايران
*sr.amirabadi@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 21/04/1390، تاريخ پذيرش:25/07/1390)

چكيده
تيغه هاي فولادي مورد استفاده براي برشكاري انواع پلاستيك ها، لاستيك ها، چوب و فلزات در اكثر موارد فولادهاي پركربن (نظير فولاد CK70) مي باشند كه با استفاده از عمليات حرارتي سخت كاري سطحي، لايه سخت و قابل برشي بر روي آنها ايجاد مي شود. در اين تحقيق، از فولاد St37، به عنوان ماده جايگزين فولادهاي پركربن استفاده شد و با استفاده از چهار الكترود مختلف و به روش جوشكاري قوس الكتريكي با الكترود دستي، لايه روكشي سخت بر روي اين فولاد اعمال گرديد. در مرحله بعد آزمونهاي آناليز شيميايي، متالوگرافي نوري، سختي و مقاومت به سايش بر روي نمونهها انجام شد.
نتايج آناليز شيميايي انجام گرفته از فلز رسوب جوش نمونه الكترودهاي انتخابي نشان داد كه حضور حدود 5/0 درصد كربن همراه عناصر آلياژي كاربيدساز و سختي پذيري و با مقادير مختلف تأثير متفاوتي در ميزان سختي و مقاومت به سايش داشتند بطوريكه در اين تحقيق نمونه آلياژ فلز رسوب Fe-Cr-Mo-V-W با كد WD داراي بهترين نتايج از نظر سختي و مقاومت به سايش بود .ساختار فلز رسوب نمونه حاصل از الكترود WD داراي ساختار مارتنزيت همراه با كاربيدهاي آلياژي با دانه بندي ريز به همراه كمي آستنيت باقي مانده بود. نتايج آزمون تيغه ها در شرايط كاربردي نشان داد كه رسوب حاصل از الكترود WD داراي سختي و مقاومت به سايش مطلوب و نيز قابليت برش بالاتري از نمونه فولاد CK70 عمليات حرارتي سخت كاري شده ميباشد.

واژه هاي كليدي:
تيغه فولادي برش، جوشكاري قوس الكتريكي، روكش سخت، CK70، جايگزيني

1- مقدمه مختلف از جمله فلزات، چوب، پلاستيك، لاستيك، كاغذ بكار
تيغه هاي فولادي، ابزارهايي هستند كه به منظور برشكاري مواد ميروند. جنس اين تيغه ها عمدتاً از نوع فولادهاي پركربن
(آلياژي و غيرآلياژي) با قابليت عمليات حرارتي سخت كاري ميباشند، به نحوي كه پس از سخت كاري سطحي به سختي بالايي رسيده و امكان استفاده در شرايط برشكاري را پيدا مي كنند.
امروزه فولادهاي متعددي در صنعت براي توليد تيغه هاي فولادي با مصارف مختلف استفاده مي شوند. براساس استاندارد 17222 DIN، اصلي ترين اين فولادها شامل CK75 ،CK70 و
4CrMo42 براي برش چوب، 2567 و 2452 براي برش فلزات و
2436/1، 2080/1 و 2379/1 براي برش كاغذ و لاستيك هستند. تيغه هاي فولادي مذكور، ابتدا تحت عمليات ماشين كاري و سوراخ كاري قرار مي گيرند و سپس روي لبه آنها عمليات حرارتي سخت كاري سطحي القايي يا شعله اي انجام ميشود تا ساختار مارتنزيتي-آستنيتي ايجاد شود. با توجه به نوع كاربرد، سختي اين تيغه ها بالاتر از HRC) 50 HRC 54-60) است. البته ميزان سختي لازم براي برش، به كاربرد تيغه و نوع ماده مورد برشكاري بستگي دارد. تيغه ها علاوه بر سختي بايد مقاوم به سايش و ضربه نيز باشند، در غير اين صورت در مدت زماني كم دچار ترك خوردگي شده و لبه تيغه ها كند مي شود [1].
فولادهاي پركربن مورد استفاده براي تهيه تيغه هاي برش، قيمت نسبتاً بالايي داشته و عمليات حرارتي سخت كاري سطحي بر روي آنها به امكانات خاص و نسبتاً گران قيمت نياز دارد كه شرايط كنترلي ويژه اي را مي طلبند. امروزه روش هاي ديگري نيز براي سخت كاري سطحي مواد استفاده مي شوند. جوشكاري، پاشش حرارتي، رسوب دهي الكتريكي و رسوب دهي بخار، اصلي ترين روش هاي مورد استفاده جهت عمليات سطحي هستند [2].
جوشكاري، بيشترين استحكام پيوند بين رسوب و زيرلايه را فراهم مي كند[3]. در انتخاب نوع رسوب جوش جهت روكش سخت ميبايست تأثير عناصر آلياژي مختلف از جمله Mo ،Cr، V و W كه در ميزان سختي و مقاومت به سايش و نيز سختي ثانويه مؤثرند مورد بررسي قرار گيرند. مشخص شده است كه عنصر كروم باعث افزايش مقاومت به سايش در دماي بالا و نيزافزايش سختيپذيري ميشود. مقدار كروم جهت كسب سختي ثانويه مناسب، 4 تا 12 درصد است، لذا در تركيب الكترودهاي مختلف توليدي، مقدار كروم در اين محدوده انتخاب ميشود. ضمناً عنصر كروم به اكسايش در دماي بالا مقاوم است و به قابليت سختيپذيري آلياژ كمك ميكند [4]. واناديم از افزايش اندازه دانهها جلوگيري كرده و ضمن افزايش سختي، مقاومت به ضربه را بهبود ميدهد. استفاده از واناديم علاوه بر خاصيت برش، خاصيت مقاوم به سايش را در لبههاي تيغهها بهبود مي -بخشد. ضمناً واناديم با رسوب كاربيد واناديم روي مرزدانهها از افزايش اندازه دانهها جلوگيري ميكند [5]. لذا از اين عنصر هم به مقدار 5/0درصد در فلز رسوب استفاده ميشود.
موليبدن باعث افزايش سختي ثانويه و مقاومت به حرارت مي -شود و حضور تنگستن نيز خاصيت سختي و افزايش قابليت برشكاري (در لبه تيغهها) را به دنبال دارد. همچنين اثر عنصر موليبدن در ايجاد سختي ثانويه بيشتر از عنصر تنگستن است، به نحوي كه در مقادير بيش از 1 درصد باعث افزايش قابل ملاحظه سختي ميشود، ولي همين مسئله در مورد عنصر تنگستن در مقادير بيش از 2 درصد صادق است. لذا عنصر موليبدن كمتر از 1 درصد (حدود 5/0 درصد) و مقدار تنگستن كمتر از 2 (حدود
3/1 درصد) انتخاب ميشود[6].
تيغههاي فولاد بايد علاوه بر مقاومت به سايش و خاصيت برش، داراي مقاومت به حرارت نسبي باشند، چون در حين عمليات برش، نوك تيغهها در اثر اصطكاك و برش با مواد مختلف گرم ميشوند. لذا بايد نوك تيغه به بازپخت در دماهاي نسبتاً بالا مقاوم بوده و داراي خاصيت سختي ناشي از عمليات بازپخت باشد. لذا عنصر موليبدن غالباً در تركيب شيميايي استفاده ميشود كه افزايش سختي ناشي از عمليات بازپخت را به دنبال دارد. البته عناصر ديگر نظير كروم و تنگستن نيز به اين امر كمك ميكنند.
اما بالا رفتن بيش از حد سختي ثانويه موجب تردي زياد ميشود و اين موضوع ممكن است در هنگام ضربه زدن تيغهها براي برشزدن باعث ترك و كندگي لبههاي تيغه شود. بر اين اساس،محدوديت در مقدار مصرف موليبدن و تنگستن در آلياژ جوشوجود دارد [7].
مسئله ديگري كه در اين آلياژها با توجه كاربردشان مطرح است، وجود آستنيت باقي مانده به عنوان فاز نامطلوب در ساختار است.
چون دو فاز آستنيت و مارتنزيت در كنار هم با ضرايب انبساط حرارتي مختلف، تمايل به ترك را در فصل مشترك زياد مي-كنند. وجود واناديم، موليبدن و تنگستن محدوده فاز آستنيت را كاهش ميدهند، لذا آستنيت باقي مانده كمتري در ساختار تشكيل ميشود [8]. از طرف ديگر، تيغههاي فولاد CK70 پس از چند بار كند شدن و سپس ماشينكاري و تيز كردن مجدد، قابل تعمير نيستند، زيرا عرض آن كم مي شود. در حالي كه در تيغه St37 در صورت كاهش ضخامت لايه جوش روكش سخت پس از دفعات ماشينكاري مكرر ميتوان مجدداً جهت تعمير و اصلاح، با فرآيند جوشكاري، لايه روكش سخت بر روي لايه قبلي ايجاد نمود تا تيغه قابل استفاده مجدد شود.
با توجه به توضيحات اشاره شده، مبني بر قيمت نسبتاً بالاي تيغه هاي فولادي فعلي (ناشي از هزينه مواد اوليه و فرآيند سخت كاري) و از طرفي مزاياي جوشكاري به عنوان روش ايجاد لايه روكش سخت، در اين تحقيق، از فولاد St37 ، به عنوان ماده جايگزين فولادهاي پركربن استفاده شد و امكان ايجاد لايه سخت و قابل برش بر روي اين فولادها (با خواص قابل رقابت با تيغه هاي فولادي مرسوم) با استفاده از روش جوشكاري قوس الكتريكي با الكترود روكشدار (به جاي عمليات حرارتي سخت كاري سطحي) بررسي گرديده است.

2- مواد و روش تحقيق
مواد اوليه مورد نياز، شامل فولاد ساده كربني و الكترودهاي مختلف روكش سخت بودند. مشخصات اين مواد به شرح زير است:
– چهار قطعه فولاد ساده كربني(St37) به ابعاد 12×150×200 ميلي متر
– چهار نوع الكترود روكش سخت با تركيبهاي مختلف (با كدهاي WC ،WB ،WA و WD) كه براساس مطالعاتي كه برروي خواص الكترودهاي مخصوص روكش سخت انجام گرفت و با بررسي هاي تركيب شيميايي فلز جوش آنها، انتخاب شدند.
تركيب الكترودها از نوع آلياژهاي روكشسخت پايه آهن انتخاب گرديدند كه داراي ساختار ميكروسكوپي مارتنزيتي – آستنيتي همراه با كاربيدهاي آلياژي مي باشند. مشخصات اين الكترودها در ادامه آمده است.
الف- الكترود نوع WA: اين الكترود داراي روكش روتيلي است و فلز جوش آن (Fe-Cr-C) براي كاربردهايي با مقاومت خوب در برابر سايش همراه با تنش هاي فشاري و نيز مقاومت نسبتا خوب در برابر ضربه و سايش فلز با فلز استفاده ميشود. فاكتور نسبت روكش به مفتول آن عدد 98/1 و مطابق استاندارد DIN8555 معادل الكترود E6-UM-55-GP است. ب- الكترود نوع WB : اين الكترود داراي روكش قليايي بوده و فلزجوشآن (Fe-Cr-C-V-Mo) جهت تأمين خواص ضدسايشي انتخاب ميشود. فاكتور نسبت روكش به مفتول آن عدد 68/1 و مطابق استاندارد DIN8555 معادل الكترود E6-UM-60 است.
ج- الكترود نوع WC : اين الكترود، داراي روكش قليايي بوده و فلز جوش آن(Fe-Cr-C-V-Mo) به منظور تأمين خواص ضدسايشي انتخاب ميشود. فاكتور نسبت روكش به مفتول آن نيز عدد 64/1 است. در ضمن مقدار واناديم رسوب حاصل از اين الكترود بيشتر از نمونه WB است و مطابق استاندارد DIN8555 معادل الكترود E6-UM-60 است. د- الكترود نوع WD : اين الكترود داراي روكش قليايي است و فلز جوش آن(Fe-Cr-C-Mo-V-W) جهت تأمين خواص ضدسايشي و قابليت برش انتخاب ميشود. فاكتور نسبت روكش به مفتول آن عدد 61/1 و مطابق استاندارد DIN8555 معادل الكترود E6-UM-60 است.
براي رسيدن به تركيب شيميايي مورد نظر، پس از انتخاب فرمولاسيون روكش الكترودها، نسبت به ساخت آنها اقدام شد.
ساخت الكترودها در شركت صنعتي آما انجام گرفت. درطراحي روكش الكترودها اولاً سعي شد كه روكش هاي قلياييو روتيلي (ترجيحاً قليايي) انتخاب شود. چون باعث جذبهيدروژن كمي در فلز رسوب شده و لذا بروز ترك هاي هيدروژني به حداقل ميرسند. ثانياً از عناصر آلياژي كه باعث افزايش ميزان سختي و سايش ميشوند (نظيركربن، كروم، موليبدن، واناديم و تنگستن) استفاده شد. حضور هركدام از عناصر آلياژي در فلز رسوب از طريق استفاده از پودرهاي فروآلياژي مانند فروكروم، فروموليبدن، فروتنگستن و فروواناديم در روكش الكترود انجام شد. مفتول الكترودهاي انتخابي نيز از جنس فولاد غيرآلياژي كم كربن ناآرام در نظر گرفته شدند. درصد عناصر آلياژي در فلز جوش از طريق موازنه كردن درصد پودرهاي آلياژي در روكش تنظيم و تركيب بدست آمده پس از چندين نمونهسازي (الكترود) بدست آمد.
الكترودهاي انتخابي (با كدهاي WC ،WB ،WA و WD)، همگي با قطر 25/3 ميلي متر ساخته شدند. جهت بررسي خواص شيميايي و مكانيكي فلز جوش الكترودهاي انتخابي، آزمون تركيب شيميايي مطابق با استاندارد DIN32525 انجام گرفت. همچنين چون سختي مورد نياز در فلز رسوب نيز براي اين تحقيق مهم بوده، لذا آزمون سختي و سايش نيز براي رسوب هرنوع الكترود (پس از نهايي شدن فرمول) انجام گرفت. نحوه انجام آزمايشها به شرح زير است.
الف- آناليز شيميايي
طبق استاندارد DIN32525، با هر نوع الكترود، روي سطح يك ورق فولاد St37، سه لايه در چندين رديف بطور مجزا جوشكاري شد (شكل1). علت اعمال سه لايه جوشكاري بر روي فولاد St37، كاهش اثر پديده رقت است. (شكل 2).
همچنين حرارت بين لايهاي حداكثر ºC150 حفظ گرديد [9].
پس از اتمام جوشكاري، سطح لايه آخر، تراشكاري و صيقل داده شد. سپس جهت انجام تركيب شيميايي، نمونه هايي به صورت قرص با قطر 30 ميلي متر تهيه و با دستگاه XRF (مدل ARL) تحت آناليز شيميايي قرار گرفتند. جهت تعيين عنصر كربن نيز، برادههايي از نمونههاي رسوب جوش به صورت جداگانه تهيه گرديد و با استفاده از دستگاه CS (مدل ELTRA2000)، درصد كربن نمونههاي مختلف اندازه گيري شد. ب- آزمون سختي
براي تعيين ميزان سختي فلز رسوب آزمون سختي بر روي لايه سوم به روش راكول C با دستگاه مدل Wolpert با نيروي اعمالي 150 كيلوگرم انجام شد. لازم به ذكر است كه براي افزايش دقت نتايج آزمون سختي، بر روي هر نمونه حداقل 3 بار آزمون سختي سنجي انجام شد كه متوسط نتايج آنها معيار سختي آن نمونه در نظر گرفته شد.

)
الف
(

)

الف

(

(ب)
شكل (1): نمونه آزمون: الف) شماتيك، ب) نمونه جوشكاري شده.
ج- آزمون سايش
آزمون سايشخراشان براساس روش پين بر روي ديسك مطابق استاندارد ASTM G99-04 بر روي لايه سوم انجام شد. لازم به ذكر است كه نيروي اعمال معادل N100 و مسافت سايش 4300 متر در نظرگرفته شد. همچنين در اين آزمون از پين فولاد ابزار SPK عمليات حرارتي سختكاري شده با سختي HRC65 استفادهشد.
قبل از انجام آزمون سايش نمونه ها با ترازوي با دقت 01/0±گرم وزن شدند و پس از انجام آزمون سايش (در مسافت 4300 متر) مجدداً قطعات وزن گرديدند تا اختلاف وزن ناشي از آنها تعيين و معياري براي مقاومت به سايش بدست آيد [10].
ه- آزمون متالوگرافي
جهت آزمون متالوگرافي از ميكروسكوپ نوري (مدل Olympus) استفاده شد. براي بررسي متالوگرافي، نمونههايي عرضي تهيه و پس از سنبادهزني و پوليش با محلول كروندم 05/0 ميكرومتر، تحت عمليات حكاكي با محلول نايتال 3% قرار گرفتند و سپس مطالعه ميكروسكوپي بر روي آنها انجام شد.لازم به ذكر است جهت تشخيص نوع فازهاي ايجاد شده در هر نمونه، از محلول اچ خاص [9] كه در جدول(1) ارائه شده استفاده گرديد تا بتوان درصد حجمي فازهاي تشكيل شده در هر نمونه را مشخص نمود.
جدول(1): محلول حكاكي شده جهت ظاهرسازي فازها [11]
محلول 1: 4گرم اسيدپيكريك + 100ليتر اتانول + يك ميليليتر اسيدكلريدريك
محلول2: 10گرم سديم متابي سولفيت + 100 ميليليتر آب مقطر
روش اجرا: 45 ثانيه در محلول 1 + شستشو با اتانول + خشك كردن با هواي گرم+ 20 ثانيه در محلول 2 + شستشو در آب + خشك كردن با هواي گرم

د- جوشكاري روكشي سخت بر روي لبه تيغه ها پس از انتخاب مناسبترين الكترود از نظر خواص شيميايي و مكانيكي، عمليات جوشكاري روي لبه تيغه فولادSt37 انجام گرفت. بدين منظور برروي قطعه فولادي، سه لايه جوشكاري اعمال شد (شكل 2). لازم به ذكر است كه با توجه به قليايي بودن روكش الكترودها قبل از مصرف در دماي ºC 300 به مدت 2 ساعت خشك شدند. قطر الكترود هاي انتخابي 25/3 ميلي متر بود و پارامترهاي جوشكاري نيز شامل شدت جريان (140 -130 آمپر)، ولتاژ (24-22 ولت) و سرعت (15 سانتي متر بر دقيقه) نيز براي هر لايه يكسان انتخاب شد. دستگاه جوش مورد
استفاده، ركتيفاير (مدل گام الكتريك A650) بود و جوشكاري لايه ها با قطبيت DCRP انجام شد.

شكل (2): تيغه فولاد St37، پس از روكش كاري سخت.

نتايج و بحث
3-1- آناليز شيميايي و ساختار ميكروسكوپي الف) آزمون شيميايي
در جدول (2)، نتايج آناليز شيميايي فلز رسوب حاصل از الكترودهاي مختلف را ارائه شده است.
جدول (2): نتايج آناليز شيميايي فلز رسوب الكترودهاي انتخابي.
كد
الكترود عناصر تشكيل دهنده (درصد وزني) C Mn Si Cr Mo V W Fe Cr

C K*

C
WA 0/5 0/6 1/9 9/5 – – – پايه 19 19
WB 0/5 0/3 0/4 7 0/5 0/5 – پايه 14 16
WC 0/5 0/5 0/4 7/5 0/4 1/10 – پايه 15 18
WD 0/5 0/4 0/9 6/5 0/5 0/6 1/3 پايه 13 17/8

842772886633

همانطور كه در جدول فوق مشاهده مي شود مقادير كربن در چهار نوع الكترود انتخابي ثابت است ولي عناصر آلياژي Mo ،Cr،V وW متفاوت ميباشند. براي مقايسه تركيب آلياژهاي مذكور دو نسبت CrC

و نسبت *Cr+MoC+V +W) = KC) محاسبه و مورد بررسي قرار ميگيرند.
همانطور كه مشاهده مي شود :
بالاترين نسبت CrC و *KC

مربوط بـه الكتـرودWA مـيباشـد دراي ن الكت رود ب ه عل ت ع دم وج ود عناص ر آلي اژي مانن دMo
وVوW، مقدار *KC

اين نمونه برابر با CrC

آن ميباشد .با توجه به دياگرام تعادلي Fe-C-Cr با مقادير كـروم 10درصـد [12]، آليـاژمذكور در شرايط هيپويوتكتيكي مي باشد. همچنين رسـوب ايـنالكت رود نس بت ب ه رس وب س اير الكتروده ا از ك روم ب الاتريبرخوردار است.
974598137335

الكت رود WB بانس بت 14 =CrC و16= *KC داراي ك روم كمت ر نسبت به الكترود WA بود، ولي داراي مقدار موليبـدن و وانـاديمدر تركيب شيميايي مي باشد با توجه به دياگرام تعادلي Fe-Cr-C [12]، تركيب آلياژ مذكور هيپويوتكتيكي مي باشد.
778002137451

الكتـ رود WC بـ ا نسـ بت 10=CrC و 18= *KC داراي كرومـ ي تقريبــا معــادل الكتــرودWB بــوده ولــي از وانــاديم بيشــتري(1/1درصد) در تركيب شيميايي برخوردار است، بر اسـاس تـاثيرعناص ر آلي اژي ب ر دي اگرام Fe-Cr-C [12]، حض ور وان اديم در مقادير ذكر شده باعث تغيير انجماد آليـاژ بـه صـورت يوتكتيـكميگردد، در واقع حضور وانـاديوم آليـاژ را از هيپويوتكتيـك بـهيوتكتيك تغيير داده است.
الكت رود WD ب ا نسـبت 13=CrC

و 5/17= *KC

داراي ك روم و موليبدني معادل الكترود WC ميباشد ولي در اين الكترود مقدار واناديم نسبت به الكترود WC كاهش و در مقابل عنصـر آليـاژيتنگستن اضافه شده است. بررسي تأثير عناصر آلياژي بر ديـاگرامفازي Fe-Cr-C [12] مشخص مينمايد كه عنصر تنگسـتن مشـابهواناديم عمل نموده و باعث ايجاد آليـاژي بـا تركيـب يوتكتيـكشده است.

تحليل ساختارهاي ميكروسكوپي
جدول3 نتايج آزمون متالوگرافي نمونههاي مختلف را ارائه مي دهد

جدول (3): در صد حجمي فازهاي مختلف در فلز رسوب الكترودهاي انتخابي
جزئيات ريزساختار (درصد حجمي) نمونه
كاربيد آستنيت مارتنزيت 10 40 50 WA
15 25 60 WB
30 30 40 WC
35 5 60 WD
همانگونه كه مشاهده ميشود ريزساختار تمام نمونهها از فازهـايمارتنزيت، آستنيت و كاربيد تشكيل شـده اسـت. جهـت بررسـيدقيقتر، ريزساختار هر نمونه در ادامه بررسي ميشود.
ب-1) ساختار نمونه WA
ساختار ميكروسكوپي رسوب الكترود نمونه WA شامل مارتنزيت+آستنيت به همراه كاربيدكروم در مرزدانهها است كه در شكل(3) مشاهده ميشود. علت تشكيل مارتنزيت و آستنيت در ريزساختار اين نمونه را بايد براساس دماي تشكيل مارتنزيت Ms)) آلياژ بررسي نمود. رابطه بين كربن و كروم با دماي Ms براساس رابطه (1) به شرح زير ميباشد [13] كه براي آلياژ مذكور :
(1) MsºC=383/11-207/42(%C) -20/65(%Cr)MsºC =383/11-207/42(0/5) -20/65 (9/5) = 83/2ºC در اين آلياژها دمـاي پايـان اسـتحاله مارتنزيـتMf از رابطـه (2)
[13] محاسبه ميشود، لذا براي آلياژ مذكور خواهيم داشت:
MfºC= MsºC -215(±10ºC) (2)
MfºC = 83/2-215 (±10ºC) = -131ºC
با توجه به اينكه دماي تشكيل مارتنزيت Ms= 83 ºC و دماي پايان استحاله مارتنزيتي Mf= -131 ºC است. مشخص ميگردد كه در هنگام سرد شدن استحاله آستنيت به مارتنزيت به طور كامل رخ نداده است لذا در دماي محيط مقداري آستنيت باقي مانده در ريزساختار مشاهده مي گردد. درخصوص كاربيدها نيز با توجه به مراحل انجماد آلياژ از روي دياگرام Fe-Cr-C مشخص گرديد كه كاربيد هاي مذكور از نوع 3M7C ميباشد [14].

(M)WA شكل (3): ساختار فلز رسوب در لايه سوم حاوي مارتنزيت ،
آستنيت (A) و كاربيد3(C) M7C
ب-2) ساختار نمونهWB
شكل4 ريزساختار ميكروسكوپي فلزرسوب WB را نشان مي دهد. با توجه به جدول3 مشخص مي گردد كه ريز ساختار فلز جوش از 60 درصد حجمي مارتنزيت و 25 درصد حجمي آستنيت به همراه 15درصد حجمي كاربيد (آلياژي) تشكيل شده است. علت حضور آستنيت و مارتنزيت مشابه با الكترود WA ناشي از دماي (MS (135ºC و (Mf (-80ºC رسوب مي باشد، كاربيدهاي موجود در ريزساختار فلز رسوب نيز به دو دسته MC و 3M7C قابل تفكيك مي باشند كه در تصوير شكل (4) قابل مشاهده هستند.

(M)WB شكل (4): ساختار فلز رسوب در لايه سوم حاوي مارتنزيت ، آستنيت (A) و كاربيدهاي از نوع (C1) MC و 3(C2) M7C ب-3) ساختار نمونه WC
شكل (5) ريزساختار ميكروسكوپي فلز رسوب WC را نشان ميدهد. با توجه به جدول3 مشخص مي گردد كه ريزساختار اين نمونه مشابه بارسوب WA و WB شامل مارتنزيت + آستنيت و كاربيد (آلياژي) است با اين تفاوت كه درصد حجمي كاربيد در رسوب WC نسبت به WB افزايش يافته است، علت اين امر ناشي از حضور عنصر آلياژي واناديم بيشتر نسبت به رسوب WB مي باشد. حضور واناديم در تركيب شيميايي اين الكترود باعث شده است كه كاربيدهاي 3M7C ظريف تر و ريزتر با پراكندگي بيشتري به همراه كاربيدهاي MC در زمينه قرار گيرند. علت حضور مارتنزيت و آستنيت باقي مانده در نمونه فوق بدليل دماي (MS (125ºC و (Mf (-90ºC اين آلياژ مي باشد.

(M )WC
شكل (5): ساختار فلز رسوب در لايه سوم حاوي مارتنزيت ، آستنيت (A) و كاربيدهاي از نوع (C1) MC و (2M7C3 (C

ب-4) ساختار نمونه WD
شكل6 ريزساختار ميكروسكوپي فلز رسوب WD را نشان مي -دهد. با توجه به جدول (3) مشخص مي گردد كه ريزساختار اين نمونه مشابه با ساير رسوب الكترودها شامل مارتنزيت + آستنيت و كاربيد (آلياژي) ميباشد با اين تفاوت كه درصد حجمي آستنيت باقي مانده به شدت كاهش يافته است و درصد كاربيد (آلياژي) افزايش يافته است به نحوي كه بالاترين مقدار كاربيدهاي آلياژي در بين تمام نمونه ها مربوط به رسوب الكترود WD مي باشد. علت كاهش درصد حجمي آستنيت ناشي از حضور عناصر آلياژي W وV وMo در كنار عنصر كروم در تركيب شيميايي رسوب حاصل ميباشد [14]. حضور اين عناصر باعث كاهش محدود حلاليت آستنيت شده لذا باعث عدم پايداري در دماي محيط مي گردد [15]. همچنين كاربيدهاي موجود در ريزساختار اين نمونه مشابه بارسوب WC از نوع 3M7C و MC بسيار ريز و پراكنده در زمينه ميباشند به نحوي كه با مقايسه ريزساختار نمونههاي WC و WD مشخص مي گردد كه كاربيدهاي 3M7C و MC تشكيل شده در رسوب الكترود WD از توزيع بسيار مناسبتري در زمينه نسبت به رسوب الكترود WC برخوردار هستند. در اين نمونه نيز (MS (145ºC و (Mf (-70ºC دليل حضور مارتنزيت به همراه آستنيت باقي مانده در ساختار ميباشد.

شكل (6): ساختار فلز رسوب WDدر لايه سوم حاوي مارتنزيت (M) ،
آستنيت (A) و كاربيدهاي از نوع (C1) MC و 3(C2)M7C

در شكل7، ساختار ميكروسكوپي تيغه برش مرسوم (تيغه عمليات حرارتي سختكاري شده) CK70 ارائه شده است. همانطور كه در شكل مشاهده ميشود، ساختار تيغه فولادي CK70بعد از عمليات حرارتي شامل80 درصد مارتنزيت و20 درصد حجمي آستنيت باقي مانده ميباشد.

CK70
شكل (7): ساختار تيغه عمليات حرارتي سختكاري شده حاوي مارتنزيت (M) و آستنيت باقيمانده (A)
3-2- سختي و مقاومت به سايش در جدول 4، نتايج آزمون سختي و سايش نمونههاي مختلف را ارائه مي دهد.

جدول (4): نتايج سختي و سايش فلز جوش الكترودهاي انتخابي.
كد الكترود سختي
(HRC) ميزان جرم ساييده
(g) شده
WA 56/5 2/4
WB 57/5 2/2
WC 58 2/1
WD 60/5 1/8
70CK عمليات حرارتيسختكاري شده 58/5 2
همانطور كه از نتايج جدول مشخص است سختي تمامي نمونه ها بيشتر از HRC56 است كه همگي براي كاربرد در تيغه برش مناسب مي باشند ولي در بين تمام نمونه ها، نمونه جوشكاري شده WD از سختي بالاتري (RC5/60) نسبت به ساير نمونه ها برخوردار است. علت بالاتر بودن سختي اين نمونه ناشي از حضور درصد حجمي بالاي مارتنزيت (60%) و كاربيدهاي آلياژي (35%) و كم بودن آستنيت باقي مانده (5%) در ريزساختار اين نمونه مي باشد، علت سختي بالاتر فولاد CK70 نسبت به ساير نمونه ها نيز ناشي از درصد حجمي ماتنزيت بالا (80%) و آستنيت باقيمانده كم (20%) نسبت به ساير نمونه ها مي باشد.
جدول (4) نتايج آزمون سايش (ASTM G99-04) را در مسافت 4300 متر ارائه مي دهد، همانگونه كه مشاهده مي شود رابطه خوبي بين سختي و مقاومت به سايش خراشان در بين نمونه هاي مختلف وجود دارد به نحوي كه با افزايش سختي مقاومت به سايش بهبود يافته است و مقدار كاهش وزن ناشي ازسايش كمترشده است.

3 -3 – نتايج آزمايش عملي تيغه
با توجه به نتايج آزمون سختي و سايش، فلز جوش نمونه WD جهت آزمايش عملي انتخاب شد. لذا يك نمونه قطعه فولاد St37 متناسب با ابعاد تيغه برش تهيه و روي لبه آن 3 لايه با الكترود WD جوشكاري شد و در شرايط واقعي كاركرد با تيغه فولادي Ck70 سخت كاري سطحي شده مقايسه گرديد. شكل8 نتايج شرايط كاركرد واقعي تيغهها را نشان ميدهد. همانگونه كه از شكل مشخص است عمر كاركرد نمونه جوشكاري شده با الكترود WD،30درصد بيشتر از نمونه Ck70 ميباشد، ضمن آنكه تيغه روكش سخت WD قابل جوشكاري مجدد و مصرف دوباره مي –
باشد ولي تيغه فولادي Ck70 ، قايل بازيابي نبود و بايد كل تيغه تعويض گردد كه از اين نظر نيز صرفه اقتصادي به همراه دارد.

1235965-4128105
136



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید