بهبود كارائي سطحي فولاد ساده كربني با استفاده از روكش جوشي
غني از Al

مسعود مصلايي پور1 و فاطمه بداغي*2
استاديار، دانشكده مهندسي مواد و معدن، دانشگاه يزد، يزد، ايران
دانشجوي كارشناسي، دانشكده مهندسي مواد و معدن، دانشگاه يزد، يزد، ايران
*fatemeh.bodaghi85@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 15/04/1390، تاريخ پذيرش: 26/08/1390)

چكيده
عمده ترين مشكل مربوط به استفاده از فولادهاي ساده كربني در دماهاي نسبتا بالا مربوط به پديده اكسيداسيون و خوردگي اين گروه از مواد است. از سويي آلومينيم و آلياژهاي آن بدليل دارا بودن مقاومت به اكسيداسيون مطلوب، قابليـت افـزايش كـارائي فولادهـايساده كربني در دماهاي بالا را دارا ميباشد. بنابراين در اين پژوهش، ايجـاد روكـش غنـي از آلـومينيم بـر سـطح فـولاد سـاده كربنـي1006-AISI توسط فرآيند جوشكاري قوس تنگستن (GTAW) به منظور غلبه بر مشكل مذكور مورد بررسي قرار گرفـت . مطالعـاتريزساختاري انجام شده توسط ميكروسكوپهاي نوري و الكتروني روبشي (SEM) حاكي از تشكيل يـك روكـش يكدسـت حـاويتوزيع نسبتا يكنواختي از رسوبات سوزني شكل بر سطح زيرلايه بود. مطالعات فازي انجام شده توسط آزمون XRD همراه بـا مطالعـهتركيب شيميايي با استفاده از آناليز EDS نشان داد، لايه ي روكش ايجاد شده متشكل از زمينه بين فلزي FeAl به همراه رسـوبات بـينفلزي سوزني شكل Fe3Al و FeAl3 توزيع شده در كل ساختار لايه روكشي مي باشد. آزمون ريزسختي سنجي انجـام شـده بـر رو ي نمونه ها دلالت بر افزايش دوبرابري سختي سطحي فولاد روكش كاري شده داشت. نتايج حاصل از آزمون اكسيداسـيون نمونـههـا دردماي C°500 به مدت 100-10 ساعت نشـان داد روكـش مـذكور موجـب بهبـود قابـل ملاحظـه مقاومـت بـه اكسيداسـيون نمونـه هـا
مي گردد.

واژه هايكليدي:
روكش آلومينيم، XRD، تركيبات بين فلزي، اكسيداسيون

مقدمه
روكش كاري جوشي (Weld cladding) فرآينـدي اسـت كـه بـاايجاد يك لايـه ي سـطحي توسـط تكنيـك جوشـكاري موجـببهبود قابل ملاحظه اي در خواص سطحي زيرلايه مي شود. در اين فرآيند لايـه نسـبتا ضـخيمي از مـواد پـركن بـر سـطح آليـاژ پايـهرسوب داده ميشود كه عمدتا آليـاژ پايـه از جـنس فـولاد سـادهكربني يا فولاد كم آلياژ است [1-3]. از بين روكشهـاي جوشـيمختل ف، تركيب ات ب ين فل زي پاي ه آه ن-آل ومينيم ب ه دلي لبرخورداري از خصوصياتي از قبيل مقاومت به خـوردگي عـالي،خواص مكانيكي دما بالاي مطلوب، قيمت مناسب و غيره، بعنوان تركيب ات مناس ب ب راي ك اربرد در دماه اي ب الا و مح يط ه اي خورنده مطرح شده اند [4]. عمده ترين مشكل همراه بـا تركيبـاتبين فلزي پايـه آهـن-آلـومينيم مربـوط بـه تـردي و حساسـيت بـه
جدول (1) شرايط روكش كاري آلومينيم بر فولاد AISI 1006 توسط فرآيند جوشكاري GTAW

شرايط جوشكاري مشخصات الكترود
قطر فلزپركن دماي پيشگرم دبي دمش گاز محافظ سرعت ولتاژ جريان قطر زاويه نوك الكترود
2mm 200-500°C 6Lit/min 0.5-1mm/s 11-14V 60-150A 2.4mm 30°±5°

تركي دگي آنهاس ت. يك ي از راهكاره اي ك اهش ت ردي اي ن تركيبات بين فلزي، كاهش ميزان آلومينيم در تركيبات بين فلـزيپايه آهن-آلومينيم به مقادير كمتـر ازwt% 10 مـي باشـد . در ايـنوضعيت علي رغم افزايش قابليت فرم پذيري و كـاهش حساسـيتبه تركيدگي، مقاومت بـه خـوردگي ايـن تركيبـات تـا حـدوديكاهش مي يابد [5]. راهكار بعدي براي مقابله بـا تـردي تركيبـات بين فلزي پايه آهن-آلومينيم، ايجـاد روكـش هـايي از ايـن گـروهتركيبات بين فلزي بر مواد داكتيل با مقاومت به خوردگي انـدكاز قبيل فولاد ساده كربنـي و سـاختماني اسـت [6]. بـهطـور كلـيفرآيندهاي ايجاد روكش غني از آلومينيم بر زيرلايه فـولادي بـهدو دسته مكانيكي و جوشكاري قابل تقسيم اند. در دسته اول مثـلفرآين د نوردك اري، مك انيزم ايج اد اتص ال در فص ل مش تركروكش/زيرلايه تغيير فـرم ماكروسـكوپي زيـاد و در نتيجـه قفـلشدن مكانيكي در موضع فصل مشترك مي باشد [7]. اما در گروه دوم ايج اد پيون د ب ين اتم ي باع ث ايج اد اتص ال روك ش پاي هآلومينيمي به زيرلايه مي شود. مزيـت هـايي از قبيـل امكـان ايجـادموضعي روكش و يا ايجاد روكش هايي با ضخامت زيـاد و غيـرهموجب توجه روز افزون تكنيك جوشكاري براي روكش كـاريبر زيرلايه هاي مختلف شده است. در اين پژوهش راهكار ايجـاديك پوشش غني از آلومينيم بدون عيب بـر زيرلايـه فـولاد سـاده كربني و ارزيابي ريزساختاري و مقاومت به اكسيداسيون پوشـشمذكور بررسي گرديده است.

مواد و روش تحقيق
فــ ولاد ســ اده كربنــ ي 1006-AISI بــ ا تركيــ ب شــ يميايي
Fe-0/06C-0/20Mn-0/05Al-0/03Cu(wt%) بــهعنــوان آليــاژزيرلايه و مفتول هاي پايه آلومينيمي 4043-Al با تركيب شيميايي
Al-5/0Si-0/80Fe0-/03Cu(wt%) و قطر mm 2 بـه عنـوان فلـزپ ـركن در اي ن پ ـژوهش اس تفاده ش دند. نمون ه ه ايي ب ا ابع ـاد mm3×100×150 از ورق دريـ افتي بـ رش زده شـ د و بعـ د ازچربي زدايي، عمليات روكش كـاري توسـط فرآينـد جوشـكاري قـ وس تنگسـ تن (GTAW) انجـ ام گرديـ د. جزئيـ ات فرآينـ د روكش كاري در جـدول (1) ارائـه شـده اسـت. ارزيـابي ابتـداييكيفيت پوشش ايجاد شـده توسـط تكنيـك مـايع نافـذ و بررسـيچشمي صورت پذيرفت. . در ادامه نمونه ها در راستاي عمـود بـرامتداد جوشكاري بـرش زده شـد و بعـد از آمـاده سـازي سـطحي(مانت گرم، سنباده و پوليش نمودن)، نمونه هـا ي آلياژپايـه توسـط محلول نايتال2% ((الكل)ccHNO3+98ccCH3OH2 و نمونـه هـايلايه روكش توسط محلـول اچانـتccHCl+1cc ) Aqua Regia 33distilled H2O+1ccHNO)، به مـدت زمـانsec 5±2 حكـاكيش يميايي ش دند. مطالع ات ريزس اختاري توس ط ميكروس كوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM–XL30) مجهز به آناليزگر EDS انجام گرديد.
بـراي مطالعـه فـازي، از آزمـون تفـرق اشـعهXRD) X ) اسـتفادهگرديد.آناليز فازي اشعه ي XRD) X) توسط دستگاه X-PERT و اش ـعه Cu-Kα ب ـا ط ـول م ـوجÅ 5046/1 در مح ـدوده زاويــه اي ° 10-120 با پيشروي زاويه ي s /° 04/0انجام شد.

از دو آزم ون ريزس ختي و اكسيداس يون ب راي ارزي ابي ك ارايي پوشش ايجاد شده استفاده گرديـد . آزمـون اكسيداسـيون توسـطكوره مقاومتي اكسايتون و در دمـايC °500 در محـدوده زمـاني100-10س اعت انج ام ش د. آزم ون ريزس ختي توس ط دس تگاه Micro–Vickers Hardness tester THV–501E و ب ا اعم ال نيروي 200 گرم انجام شد.

نتايج و بحث
3-1- بررسي كيفيت سطحي روكش ايجاد شده
بررسي هاي كيفي نمونه هاي روكش كاري شده نشان داد كـه : (I) ايجاد روكش آلـومينيمي بـر فـولاد 1006-AISI بـدون عمليـاتپ يشگ رم ممك ن نم ي باش د. ب هعب ارت ديگ ر ب دون عملي ات پيش گرم هيچگونه اتصال قابل قبولي بين لايه سطحي غنـي ازAl و زيرلايه ايجاد نمي شود و لايه ي روكش به راحتي از سطح جدا مي شـود (شـكل 1- الـف ) كـه بـدليل اخـتلاف قابـل ملاحظـه درخصوصيات فيزيكي (ضريب انتقـال حـرارت، ضـريب انبسـاط وانقباض حرارتي و غيره) روكش غنـي ازAl و آليـاژ پايـه اسـت،(II) جوشكاري در جريان هاي كمتـر ازA 80 بـدليل عـدم فـراهمشدن انرژي حرارتي كـافي بـراي ذوب زيرلايـه و عـدم ممـزوجشدن روكش با آن موجب جـدا شـدن راحـت روكـش از سـطحآلياژ پايه مي شود (شكل 1- ب). مقـدار انـرژي حرارتـي وروديجوشكاري (Qw) در اين حالت بر اساس رابطـه Qw=kIU/v [8] كمتر از J/mm530 محاسبه شد. در اين رابطه U ،I و v به ترتيـبجريان، ولتـاژ و سـرعت جوشـكاري مـي باشـد . (III) بـا افـزايشجريان جوشكاري و درجه حرارت پيش گرم به ترتيب تـا A100 و C°50±500 امكان ايجاد لايه سطحي غني از Al بـر آليـاژ پايـهمحقق مي شود (شـكل 1- ج). افـزايش جريـان و درجـه حـرارتپيش گـرم موجـب افـزايش ميـزان مشـاركت آليـاژ پايـه در لايـهروكش داده شده مي گردد (افزايش درجه رقت). در اين شـرايطبا كاهش مقدار Al در لايـه روكـش، خصوصـيات فيزيكـي ايـنلاي ه ب ه مق ادير مرب وط ب ه آلي اژ پاي ه نزديـك ش ده و امك انروكش كاري فولاد توسط لايه غني از Al فراهم مي شود. بهطـورمشابه بررسي هاي Banovic و همكارانش [9] نشان داد حد بهينـهبراي ايجاد لايه آلومينيمي بر سطح فولاد، wt%10 است.

5

mm
Crac
k

5
mm

5
mm

لف
ا

ب

ج

5

mm

Crac

k

5

mm

5

mm

لف

ا

ب



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید