بررسي تأثير تيتانيم بر بهبود خواص فولاد هادفيلد ASTM A128- C

وحيد نعمتي نجف آبادي1*، حسين مناجاتي زاده2، كامران اميني3
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، نجف آباد، ايران
استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، نجف آباد، ايران
استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد شهر مجلسي، اصفهان، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت:23/07/91، تاريخ پذيرش: 04/12/91)

چكيده
2308906522321

در اين پژوهش به منظور بررسي اثر تيتانيم بر روي ريزساختار و خواص فولاد هادفيلد، 4 آلياژ با تركيب شيميايي پايـه حـاوي 2/1 درصد كربن، 12 درصد منگنز و درصدهاي مختلفي از تيتانيم(2/0، 4/0 و 6/0) و يك نمونه بدون تيتانيم براي مقايسه ريختهگـري شدند. نمونه ها تحت عمليات حرارتي انحلالي شامل آستنيته كردن در دماي 1100 به مدت سه ساعت و سـپس كـوئنچ در آب، قرار گرفتند. براي بررسي ريز ساختار از ميكروسكوپهـاي نـوري و ميكروسـكوپ الكترونـي روبشـي (SEM) و بـراي تعيـين نـوعكاربيدها از آناليز عنصري (EDX) كمك گرفته شد. براي آزمـون سـايش نيـز از روش پـين روي ديسـك اسـتفاده گرديـد. نتـايج ومشاهدات حاصل از آزمايشات نشان داد كه بعد از عمليات حرارتي، ساختاري كاملاً آستنيته (در نمونه بدون تيتانيم) و زمينه آسـتنيتيبه همراه كاربيدهاي غير پيوسته تيتانيم (در نمونههاي تيتانيم دار) حاصل گرديد. همچنين با افزايش تيتانيم، ساختار ريزدانـه و سـختي افزايش پيدا كرده است. علاوه بر اين تفاوت زيادي در مقاوت به سايش نمونههاي تيتانيم دار و بدون تيتـانيم حاصـل شـده و بهتـرينمقاوت به سايش مربوط به نمونه حاوي 6/0 درصد تيتانيم ميباشد.

واژههايكليدي:
فولاد هادفيلد، كاربيد تيتانيم، خواص مكانيكي، مقاوت به سايش.

1- مقدمه
فولاد آستنيتي منگنزي شامل 1 تا 2/1% كربن و12 تا 14% منگنز توسط روبرت هادفيلد در سال 1882 اختراع شد. فولاد هادفيلد فولادي است كه تركيبي مناسب از چقرمگي زياد را همراه بـا كارسختي بالا دارا بوده و مقاومت بالايي در برابر سـايش دارد .
امروزه با اصلاحات كوچكي در تركيب شيميايي و يا عمليات حرارتي آن، بهطور گستردهاي در زمينههاي گوناگون اسـتفاده ميشود. بيشترين كاربرد اين فولاد در شرايط سايش همـراه بـا ضربه است. استفاده در وسايل حفاري، چكشهاي خرد كننـده سنگ، آسـياب هـا و نـاخن هـاي بيـل مكـانيكي ، نمونـه هـايي ازكاربردهاي گسترده ايـن فـولاد اسـت [1-2]. عمليـات حرارتـي متداول بر روي اين فولاد، شامل آنيل انحلالي يا آستنيته كـردندر دماي 1150-950 درجه سـانتي گـراد و تندسـرمايي در آب است كه حاصل، ساختاري آستنيتي بدون كاربيد مـي باشـد [1].
ضعف اصلي اين سـاختار مقاومـت بـه سـايش كـم در شـرايط سايش لغزشي آرام اسـت [3]. طـي چنـد دهـه اخيـر تحقيقـات گستردهاي در مورد اين فولاد صورت گرفته است كه از جمله ميتوان به بالا بردن تـنش تسـليم، افـزايش مقاومـت در مقابـل سايش، بهبود خواص ماشينكاري، ريـز دانـه كـردن و اصـلاح ساختار اشاره كرد. در اين ميان دستيابي بـه سـاختار ريـز دانـه وهمگن و نتايج حاصل از آن بر خواص مكانيكي همواره مورد توجه محققان مختلف قرار گرفته است. گزارش شده اسـت كـهاستفاده از عناصري نظير بور، تيتانيم و واناديم در اين نوع فولاد بعنوان جوانه زا ميتواند ضمن كاهش اندازه دانـه هـا، مقاومـت سايشي آن را نيز افزايش دهد [4]. هافر با بررسي سه نـوع فـولاد آستنيتي منگنزدار با درصدهاي 12، 16 و 22 درصد منگنـز نشـانداد كه فولاد حاوي 22 درصد منگنز استحكام تسـليم بـالاتري رانشان ميدهـد و از طرفـي نيـز فـولاد بـا 16 درصـد منگنـز رفتـاركارپذيري بهتري را نسبت به فولاد با 12 درصـد منگنـز دارد [5]. استفاده از كرم نيز در درصدهاي مختلف باعث افزايش استحكام تسليم و بدست آمدن يك زمينه سخت آستنيتي مـي شـود [2-6].
همچنين Srivastava نشان داد كه ميتوان با تشـكيل كـامپوزيتيمتشكل از فولاد هادفيلـد و كاربيـدهاي تيتـانيم ، نسـبت بـه بهبـودخواص اين فولاد از جمله افزايش سـختي و مقاومـت بـه سـايشاقدام نمود [7]. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر افزودن تيتـانيمبر بهبود خواص فولاد هادفيلد است. با توجه به اينكـه تحقيقـاتانجام گرفته توسط محققان بيشـتر بـا تيتـانيم بـالاتر از 10 درصـدبوده (كه از نظـر اقتصـادي قابـل توجيـه نمـي باشـد) لـذا در ايـنپژوهش مقدار تيتانيم از 2/0 تا 6/0 درصد اضافه و اثـرات آن بـرريز ساختار و خواص مكانيكي مورد بررسي قرار گرفته است.

2- مواد وروش تحقيق
فصلنامه در سال هفتم شماره اول
در اين تحقيق بـراي تهيـهي نمونـه هـاي از جـنس فـولاد هادفيلـد مطابق با استانداردASTM A128 استفاده شـد . مـذاب مـورد نيـازبهوسيله كوره القـا يي فركـانس شـبكه بـا ظرفيـت 800 كيلـوگرم شركت صنايع ريختهگري اصفهان توسط قراضـه، برگشـتيهـا از جنس فولاد هادفيلد وفرو آلياژ تهيه گرديد. سـپس جهـت ايجـادشرايط يكسان ذوب ريزي، دما به وسيله دستگاه پيرومتر كنترل و دمـا در زم ان ريخت ه گـري C°1450-1400 درج ه ب ود. 4 ع دد Y بلوك طبق استاندارد ASTM E370 ريختهگري شد.Yبلـوك
اول بدون تيتانيوم و به سه Y بلوك بعدي فرو تيتانيوم افزوده شد. تركي ب ش يميايي ب ا اس تفاده از دس تگاه Fundry master2005 مطابق استاندارد ASTM E415كنتـرل گرديـد كـه نتـايج آن درجدول (1) آمده است. پس ازانجماد و سرد شدن، Y بلوكهـا از داخل قالب تخليه شد. عمليـات حرارتـي در دمـايC ° 1100 بـهمدت سـه سـاعت انجـام و سـپس كـوئنچ در آب انجـام گرديـد . تصاوير ميكروسكوپ نوري با توجه بـه اسـتاندارد ASTME883 و ب هوس يلهي ميكروس كوپ Olympus م دل PME3 تهي ه ش د.
سختي سنجي به تعداد 6 بار براي هر يـك ازنمونـههـاي عمليـاتحرارتي شده طبق استاندارد ASTM E18-03 با معيـار راكـول C توسط دستگاه سختي سنج راكـول سـاخت كشـور روسـيه انجـاموســختي ميــانگين گــزارش شــد . بــراي بررســي كاربيــدها ازميكروســـــ كوپ الكترونــــــي روبشـــــ ي (SEM) مـــــ دل VEGA//TESCAN-LMU و هـم چن ين آن اليز نقط هاي (EDX) اس تفاده گردي د. آزم ون س ايش ب ه روش پ ين روي ديس ك ب ا استفاده از پـين از جـنس فـولاد بلبيرينـگ بـا سـختيHRC 64 و ديسك به قطر cm5 در دماي محيط انجام گرديد.
جدول (1): آناليز ذوب ريختهگري شده بر اساس استاندارد ASTM A128
(درصد وزني)
-715-117030

ASTM A128 A B C D
%C 1/05-1/35 1/19 1/15 1/14 1/23
%M n 11/5-14 12/4 12/2 12/2 12/4
%Si 1max 0/47 0/53 0/53 0/66
%Cr 1/5-2/5 1/34 1/36 1/38 1/45
%S 0/03max 0/007 0/009 0/009 0/036
%P 0/07max 0/032 0/025 0/032 0/047
%Ti – – 0/17 0/41 0/56

3- نتايج و بحث
3-1- بررسي ريز ساختار
شكل (1) ريز ساختار چهار نمونه را قبل از عمليات حرارتي نشان ميدهد. همانطور كه ملاحظه ميشود با افزودن تيتانيم دانههـايريزتري حاصل شده است.
شكل (1): ريزساختار متالوگرافي نمونههاي ريخته گري در بزگنماييX 100: الف) نمونه بدون تيتانيوم، ب) نمونه 2/0 درصد تيتانيوم دار، ج) نمونه 4/0درصد تيتانيوم دار و د)نمونه 6/0درصد تيتانيوم دار

دليل اين امر خاصيت جوانه زايـي و ريـزكننـدگي تيتـانيم اسـت،ضمن اينكه تيتانيم بـا تركيـب شـدن بـا كـربن و تشـكيل كاربيـدتيتانيم باعث قفل شدن و عدم حركت مرزدانهها و در نهايت ريـزدانه شدن ساختار ميشود.

د

ب

2
.
5
=
n
4
=
n
ب

د



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید