فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………. 1

فصل اول: مقدمه

در بسیاری از کاربرد‌‌‌‌های صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و درعین‌حال از چقرمگی یا مقاومت به ضربه‌ی خوبی نیز برخوردار باشند. ازجمله مواردی که می‌‌توان در این رابطه به‌عنوان مثال به آن‌ها اشاره کرد عبارت‫اند از:میل‌لنگ، میل بادامک، چرخ‌دنده و قطعات مشابه. این قطعات باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته و همچنین بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه‌‌‌‌های وارده در حین کار باشند.بسیاری از قطعات فولادی را می‌‌توان به نحوی عملیات حرارتی کرد که در پایان دارای مجموعه‌ای از خواص بالا باشند،‌یعنی درحالی‌که از مقاومت به سایش خوبی برخوردارند، دارای استحکام دینامیکی خوبی نیز باشند. این نوع عملیات حرارتی که اصطلاحا به سخت کردن سطحی موسوم‌اند، آخرین عملیاتی هستند که باید در مرحله­ی پایانی ساخت قطعه و پس‌ازانجام تمام مراحل مربوط به شکل‌دهی نظیر ماشین‌کاری انجام شود.روش‌‌‌‌های مختلف عملیات حرارتی که به کمک آن‌ها می‌توان سطح قطعات را سخت کرد، عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند. دسته‌ی اول عملیاتی که منجر به تغییر در ترکیب شیمیایی سطح فولاد می‌‌شوند و به عملیات حرارتی­شیمیایی یا ترمو­شیمی موسوم‌اند، نظیر کربن‌دهی، نیتروژن­دهی و کربن نیتروژن­دهی. دسته‌ی دوم روش‌‌‌‌هایی که بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح و فقط به کمک عملیات حرارتی که در لایه‌ی سطحی متمرکز شده، انجام می­شوند و باعث سخت شدن سطح می‌گردند و به عملیات حرارتی موضعی موسوم‌اند، مانند سخت کردن شعله‌ای و سخت­کردن القایی. در آلیاژ‌‌‌‌های آهن–کربن و فولاد‌ها، مارتنزیت از سردکردن سریع آستنیت به وجود می‌آید. واژه­ی مارتنزیت که برای مدت‌‌‌‌ها فقط به ساختار سخت حاصل از سریع سرد کردن فولاد‌‌‌‌های کربنی اطلاق می­شود برای قدردانی از دانشمند معروف آلمانی به نام مارتنز است. در به­کار بردن واژه‌ی مارتنزیت، اخیراً به‌جای محصولات حاصل، تأکید بیش‌تر بر روی طبیعت دگرگونی گذاشته‌شده است. مارتنزیت فازی است که توسط یک دگرگونی مارتنزیتی ‌یا جابجایی گروهیاتم‌‌‌‌ها حاصل می‌‌شود، گرچه ممکن است فاز یادشده‌، ترکیب شیمیایی، ساختار بلوری و خواص کاملاً متفاوتی از مارتنزیت در فولاد‌‌‌‌ها داشته باشد. دمایی را که در‌یک آلیاژ دگرگونی آستنیت به مارتنزیت شروع می‌‌شود، دمای شروع تشکیل مارتنزیت نامیده و آن را با Ms نشان می‌‌دهند. در حقیقت، Ms نشان دهنده‌ی مقدار نیروی محرکه‌ی ترمودینامیکی لازم برای شروع دگرگونی برشی آستنیت به مارتنزیت است. با افزایش درصد کربن، دمای Ms به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. در حقیقت کربن موجود به‌صورت محلول جامد، استحکام یا مقاومت برشی آستنیت را افزایش می­دهد و بنابراین با افزایش کربن نیرومحرکه‌ی بیش‌تری جهت شروع لغزش برای تشکیل مارتنزیت لازم است. این نیروی محرکه‌ی بیش‌تر، با سرد کردن فولاد تا دمایی پایین‌تر و یا به‌عبارت‌دیگر تحت تبرید بیش‌تر(Ms کمتر) به دست می‌‌آید. دمای پایان تشکیل مارتنزیت (Mf)‌یا دمایی که دگرگونی آستنیت به مارتنزیت در‌یک آلیاژ داده‌شده خاتمه می‌یابد نیز تابعی از درصد کربن آلیاژ است.آستنیت باقیمانده فازی نرم بوده و در دمای پایین ناپایدار است؛ به‌گونه‌ای که در دمای پایین و در حین کار به مارتنزیت ترد تبدیل می‌‌شود. تبدیل آستنیت به مارتنزیت تقریباً 4% انبساط حجمی ایجاد می‌‌کند که منجر به اعوجاج قطعات می‌‌شود. بنابراین از عملیات زیر صفر یا بازگشت چندتایی در دمایی نسبتاً بالا و یا مدت‌زمان طولانی برای کمینه کردن میزان آستنیت باقیمانده در فولاد‌‌‌‌ها استفاده می‌‌شود.دو نوع عملیات زیر صفر وجود دارد: 1) زیر صفر سطحی که در محدوده دمایی 100- تا C°60- انجام می­شود. این عملیات منجر به کاهش آستنیت باقیمانده و افزایش مقاومت سایشی می‌‌شود. 2) زیر صفر عمیق که در دما‌‌‌‌های زیر C°125- انجام می­شود.

اثرات زیر صفر‌ عمیق عبارت‌اند از:

  1. تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت
  2. کاهش تنش­های پسماند
  3. تشکیل کاربیدهای بسیار ریز که در بین کاربیدهای درشت قرار می‌‌گیرند
  4. تشکیل ابرهای نابجایی در فصل مشترک زمینه‌ی مارتنزیتی و کاربید‌‌‌‌ها در طول فرایند هم‌دما سازی و تشکیل کاربید
  5. توزیع یکنواخت کاربید­ها ،کوچک شدن اندازه­ی کاربید­های ثانویه، افزایش میزان و چگالی آن‌ها
  6. افزایش مقاومت سایش خراشان و سایش خستگی
  7. افزایش استحکام کششی و پایداری
  8. افزایش سختی
  9. پایداری ابعادی ماده
  10. تولید ساختار مولکولی چگال تر
  11. افزایش هدایت الکتریکی فلزات
  12. افزایش مقاومت به خوردگی

پارامتر‌‌‌‌های زیر صفر عبارت‌اند از: نرخ سرمایش، دمای هم‌دما سازی، زمان هم‌دما سازی، نرخ گرمایش، دما و زمان بازگشت و دمای آستنیته کردن.

تحقیقات بسیاری بر روی فولاد‫هایی که درصد عناصر آلیاژی و یا کربن آن‫ها بالاست، صورت گرفته است. در این پژوهش‫ها با حصول ترکیب مناسبی از توزیع کاربید‫ها و کاهش یا حذف آستنیت باقیمانده خواص فولاد‫های مورد مطالعه را بهبود داده‫اند.فولاد 7147/1، فولادی کربوره شونده (سمانته) بوده که در ساخت قطعاتی که ترکیبی از استحکام متوسط، چقرمگی و مقاومت سایشی بالا نیاز است، مورداستفاده قرار گرفته است و گاه برای تهیه­ی قطعات مورد مصرف صنایع خودرو‫سازی همچون چرخ‌دنده و میل‌لنگ کاربرد دارد. در فولاد­هایی که به منظور سختی کاری سطحی تحت عملیات کربوره­کردن قرار می­گیرند، با افزایش درصد کربن سطح، Ms کاهش و میزان آستنیت باقیمانده در اثر سریع سرد کردن در سطح افزایش خواهد یافت.در این پژوهش عملیات زیر صفر عمیق به منظور بهبود خواص سایشی فولاد 7147/1 در زمان‫های مختلف انجام شده است؛ در فصل دوم تحقیقات صورت گرفته بر فولاد‫های مختلف، فصل سوم مواد و روش تحقیق، فصل چهارم نتایج و بحث و در نهایت در فصل پنجم، نتایج حاصل و پیشنهاداتی در راستای بررسی‫های بیشتر و کارآمد گردآوری شده است.

دماي شروع و پایان استحاله مارتنزیت (f Mو Ms) با توجه به درصد کربن در فولاد

دماي شروع و پایان استحاله مارتنزیت (f Mو Ms) با توجه به درصد کربن در فولاد

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مروری بر مطالب

فولاد آستنیتی آلیاژی از آهن و کربن همراه با عناصر دیگر در حالت محلول است که با عملیات نفوذی در محلول آستنیتی تجزیه و همگن‌سازی می‌‌شود. زمانی که فولاد حرارت داده می‌‌شود ساختار کریستالی آهن به مکعبی مرکز‫دار تغییر می‌یابد. استحاله‌ی آستنیت به مارتنزیت از دمایی که دمای آغاز مارتنزیت ‌یا Ms نامیده می‌‌شود، آغاز می‫شود. برای اغلب فولاد‌‌‌‌های خاص، استحاله هم‌دما بوده و همان‌طور که دما به دمای پایان مارتنزیت می‌‌رسد (Mf)، توسعه می‫یابد. مقداری آستنیت، آستنیت باقیمانده، همیشه پس از سخت سازی حضور دارد. مارتنزیت بیش‌تر و درصد کربن بیش‌تر، سختی فولاد را افزایش می‌‌دهد. میزان کربن، دمای آغاز و پایان استحاله‌ی مارتنزیت را تحت تأثیر قرار می‌‌دهد. Ms و Mf می‌‌تواند پایین‌تر از دمای اتاق باشد؛ فولاد به‌صورت جزئی به مارتنزیت تبدیل شده و بقیه‌ی ساختار را آستنیت باقیمانده تشکیل می‌‌دهد. این دو دما همچنین با افزایش اندازه دانه کاهش می‌یابد [1].

2-2- آستنیت باقیمانده

دماي شروع استحاله مارتنزیت (Ms) و دماي پایان این استحاله (Mf) در فولادها به درصد کربن و درصد عناصر آلیاژی بستگي دارد (شکل2-1). همان‌طور که از شکل 2-1 مشخص است، وقتي فولادي با درصد کربن بالاي 65/0 %کوئنچ مي‌شود، تغيير حالت آستنيت به مارتنزیت در دماي اتاق (oC20) پايان نمی‌یابد. درنتیجه مقداري از آستنيت باقي خواهد ماند که به آستنيت باقيمانده موسوم است [2]. در جدول 2-1 تأثیر 1% از عناصر آلیاژی بر دمای شروع استحاله مارتنزیتدر فولادهایی با 9/0-1% کربن آورده شده است. البته تأثیر عناصر آلیاژی بر دمای استحاله مارتنزیتی به درصد کربن در فولاد نیز بستگی دارد. در جدول 2-2 تأثیر 1% کروم بر دمای شروع استحاله مارتنزیتی در فولادهایی با درصدهای مختلف از کربن آورده شده است [3]. در شکل 2-2 منحنی استحاله مارتنزیت آورده شدهاست. همان‌طوری که مشخص است استحاله مارتنزیت درA˝r(M) ، که همان دمای  Msاست شروع می‌شود. اگر دما کاهش پیدا کند، استحاله پیشرفت کرده و مقدار مارتنزیت افزایش می‌یابد. اگر عملیات کوئنچ تا دمای محیط انجام شود، استحاله مارتنزیتی در دمای  oC 20 متوقف می‌گردد. سرد کردن فولاد تا دمای t˝ که همان دمای Mf است منجر به افزایش درصد مارتنزیت می‌شود ولی مقداری آستنیت باقیمانده در ساختار حضور دارد [2]. آستنيت باقيمانده که يک فاز نرم است باعث کاهش سختي فولاد پس از کوئنچ خواهد شد. اگر درصد آستنيت باقيمانده بالاتر از 10% باشد باعث کاهش فاحش سختی در نمونه می‌شود (شکل 2-3). هر چه درصد کربن بالاتر باشد، درصد آستنیت باقيمانده نيز بیش‌تر خواهد بود (شکل 2-4). اگر يک فولاد‌‌‌ هايپريوتکتویید از منطقه کاملاً آستنيتي در بالاي Acm سرد شود، ساختار پس از سرد کردن از مارتنزيت و آستنیتت باقیمانده تشکيل خواهد شد و همان‌طور که در شکل 2-3 مشخص است سختي با افزايش درصد کربن، به دلیل افزایش در مقدار آستنیت باقیمانده، کاهش خواهد يافت؛ اما اگر فولادهای‌‌‌ هايپريوتکتويد از منطقه دوفازی آستنیت – سمانتیت، کوئنچ شوند، ساختار نهایی فولاد از مارتنزیت – سمانتیت – آستنیتت باقیمانده تشکیل می‌شود. تحت این شرایط سختی این فولادها یکسان بوده و وابسته به درصد کربن نیست [2].

ریز‌ساختار فولاد‌‌‌‌های مارتنزیتی متناسب با درصد کربن به دورویه تغییر می‌‌کند: اول، فولاد‌‌‌‌های غیر آلیاژی با درصد کربن کمتر از 5/0 -%Wt 6/0 که مارتنزیت تیغه‌ای جابجا شده  در آن‌ها حین کوئنچ کردن تشکیل می‌شود؛ فولاد‌‌‌‌هایی با درصد کربن بیش از 1%، مارتنزیت بشقابی دوقلویی شده  تشکیل می‫دهند و ترکیبی از مارتنزیت‌‌‌‌های تیغه‌ای و بشقابی در سطوح میانی درصد کربن تشکیل می‌‌شوند. بنابراین سطح کربوره شده می‫تواند مخلوطی از مورفولوژی‌های مارتنزیت را داشته باشد؛ به‌گونه‌ای که مارتنزیت بشقابی در لایه‌‌‌‌های بیرونی پر‫کربن غالب بوده و با نزدیک شدن به مغز قطعه، مارتنزیت تیغه‌ای غالب است. عناصر آلیاژی که آستنیت را مستحکم می‫کنند، تشکیل مارتنزیت بشقابی را در سطوح پایین‌تر کربن، ترغیب می‌‌کنند. در محدوده‌ی کربن که انتقال از مارتنزیت تیغه‌ای به بشقابی رخ می‌‌دهد، میزان آستنیت باقیمانده در ساختار کوئنچ شده افزایش می‌یابد؛ به‌هرحال، میزان آستنیت باقیمانده تابعی از متغیر‌‌‌‌های دیگر است؛ این میزان با کاهش نرخ کوئنچ و افزایش درصد عناصر آلیاژی، افزایش می‌یابد. بنابراین در یک درصد مشخص کربن، درصد آستنیت قطعات کوئنچ شده می‌‌تواند بیش‌تر از مقادیر نشان داده‌شده در شکل 2-4 باشد. اگرچه سختی مارتنزیت با افزایش درصد کربن به‌طور یکنواخت افزایش می‌یابد، سختی کامپوزیت‌‌‌‌های آستنیتی­-­مارتنزیتی حاصل از کوئنچ، معمول بالای تقریباً%Wt 6/0، حالت مسطح خواهد داشت (شکل 2-3) [4].در بعضی قسمت‌‌‌‌ها بر روی یکدیگر قرار بگیرند ولی به‌طورکلی گستره‌‌‌‌های دمایی C°100-250 (212-482 درجه‌ی فارنهایت)، C°200-300 (392-572 درجه‌ی فارنهایت) و C°250-350 (482- C° 662) به ترتیب برای مراحل اول، دوم و شروع مرحله‌ی سوم گزارش شده است [1]. گرچه در بیش‌تر منابع کاربید انتقالی که در مرحله‌ی اول بازگشت تشکیل می‌‌شود، کاربید اپسیلون با ساختار بلوری شش‌ضلعی گزارش شده است ولی مطالعات اخیر نشان داده است که کاربید‌‌‌‌های فوق دارای ساختار بلوری ارتورومبیک و ایزومورف با کاربید‌‌‌‌های فلزات انتقالی (M2C) است. این نوع کاربید را کاربید اتا می‌‌نامند. درصد کربن در هر دو نوع کاربید اپسیلون (با فرمول Fe­2/4C) و اتا (با فرمول Fe2C) از درصد کربن سمنتیت (با فرمول Fe3C) که در دما‌‌‌‌های بالاتر تشکیل می‌‌شود به‌مراتب بیش‌تر است. کاربید‌‌‌‌های انتقالی به‌صورت ذرات بسیار ریز در ساختار مارتنزیت و در تمامی نقاط آن نظیر داخل صفحات مارتنزیتی و در فصل مشترک‌های آن‌ها تشکیل می‌‌شود [1].ویل بر روی تأثیر عملیات زیر صفر بر فولاد‌‌‌‌های D2 و D3 مطالعه‌ای مقایسه‌ای انجام داد. نتایج نشان داد که بازگشت چند‌گانه سختی فولاد ابزارD2  را کاهش داده درحالی‌که سختی فولاد D2 را افزایش می‌‌دهد [17]. همچنین بهارا نشان داد با بازگشت نمونه‌‌‌‌های زیر صفر شده، انرژی ضربه افزایش‌یافته است. این عملیات منجر به تشکیل کاربید‌‌‌‌های بسیار کوچک که در زمینه‌ی مارتنزیت بین کاربید‌‌‌‌های بزرگ‌تر قرار گرفته‌اند که خود یک مکانیزم استحکام‌بخشی است. ذرات کوچک و سخت کاربید درون زمینه‌ی مارتنزیتی به تقویت زمینه کمک کرده و در مقابل نفوذ ذرات خارجی در سایش خراشان مقاومت می‌‌کند و عمر سایشی نمونه را افزایش می‌‌دهد. کاربید اتا در حین بازگشت درون زمینه‌ی مارتنزیت تشکیل شده که منجر به پایدارتر نمودن نمونه، افزایش سختی، مقاومت بیش‌تر به سایش و چقرمه تر شدن نمونه می‌‌شود. این کاربید‌‌‌‌ها بدون تغییر زیادی در سختی، مستحکم‌تر می‌‌کند. دلیل دیگر آزاد‌سازی تنش اشاره شده است [32]. پرسیادو و همکارانش تأثیر بازگشت در دمای پایین قبل از عملیات زیر صفر را بر خواص فولاد‌‌‌‌های کربوره شده برای تولید چرخ‌دنده، موردبررسی قرار داده‌اند. در این بررسی دو فولاد با ترکیب شیمیایی متفاوت کربن‌دهی شده و در سه دمای160، 170 و C°200 به مدت 2 ساعت بازگشت و برای پایدار‌سازی آستنیت، بیش از 107 ثانیه در دمای اتاق نگهداری شده‌اند. پس‌ازآن نمونه‌‌‌‌ها به درون نیتروژن مایع انتقال‌یافته و به مدت 22 ساعت در دمای C° 190- نگهداری شده است [44].عملیات زیر صفر عمیق بر روی نمونه‌‌‌‌های کربن‌داده‌شده‌ی بازگشت شده و کوئنچ‌شده، منجر به بهبود مقاومت سایشی نمونه‌‌‌‌ها می‌‌شود. بازگشت نمونه در محدوده‌ی دمایی کم انجام‌شده است این بهبود خواص ناشی از جدایش اتم‌‌‌‌های کربن و عناصر آلیاژی در طول سیکل زیر صفر و استحاله‌ی آستنیت باقیمانده به مارتنزیت ناشی از کرنش[1] است. بهترین فرایند به‌منظور بهبود خواص سایشی، بازگشت در دمای بازگشت  C° 160 همراه با فرایند زیر صفر گزارش شده است؛ اما افزایش سختی تنها زمانی بوده که نمونه قبل از فرایند زیر صفر در دمای  C° 200 بازگشت شده است. کاربید‌‌‌‌هایی که در طول این فرایند تولید می‌‌شوند، به‌عنوان مکان‌‌‌‌های جدایشی در حین فرایند زیر صفر پیشنهاد شده‌اند. با افزایش اندازه‌ی این کاربید‌‌‌‌ها، سختی افزایش یافته اما به‌منظور مقاومت سایشی مناسب نخواهند بود چون این ویژگی وابسته به مکانیزم‌‌‌‌های استحکام‌بخشی در کرنش‌‌‌‌های بالاست [44].

اثر سرمایش تا فرایند زیر صفر بر تعداد کاربید‌‌‌‌های فولاد D2 [1].

اثر سرمایش تا فرایند زیر صفر بر تعداد کاربید‌‌‌‌های فولاد D2 [1].

2-1- معرفی و تاریخچه…………………………………………………………………………… 5

2-2- آستنیت باقیمانده…………………………………………………………………………… 5

2-2-1- پایداری آستنیت…………………………………………………………………………. 8

2-3- مشخصه‌‌‌‌های سطوح کربوره‫شده………………………………………………………… 14

الف) ریز‌‌ساختار…………………………………………………………………………………… 14

2-3-1- رفتار سایشی فولاد‌‌‌‌های کربوره‫شده………………………………………………….. 18

2-4- عملیات سردسازی و زیر صفر فولاد ………………………………………………………..19

2-4-1- تأثیر دما و زمان آستنیته کردن…………………………………………………………… 22

2-4-2- انواع فولادها که میتوانند تحت عملیات زیر صفر قرار گیرند……………………………: 23

الف) فولاد ابزار…………………………………………………………………………………….. 23

ب) فولاد‌‌‌‌های زنگ نزن…………………………………………………………………………….. 27

ج) فولاد AISI 4340 ا……………………………………………………………………………….28

د) فولاد‌‌‌‌های سطح سخت شوند………………………………………………………………ه 28

2-5- بازگشت و تاثیر آن بر نمونه‫های عملیات زیر صفر شده…………………………………. 28

2-6- انواع سایش………………………………………………………………………………… 31

2-6-2- سایش چسبان……………………………………………………………………………. 33

2-6-3- سایش خوردگی…………………………………………………………………………… 34

فصل سوم: مواد و روشهای آزمایش

جهت انجام عملیات کربوره کردن نمونه‫ها درون جعبه‫هایی از فولاد نسوز با ترکیبی از پودر زغال، باریم کربنات و سدیم هیدروکسید به نسبت 1:1:50 قرار گرفت و به مدت 6 ساعت در دمای C◦ 920 کربوره شد؛ سپس این جعبه در هوا تا دمای محیط خنک شد. عملیات آستنیته کردن در دمایC◦ 930 به مدت 1 ساعت بر روی نمونه‌ها اعمال و در روغن کوئنچ شد. به‌منظور بررسی تأثیر زمان فرایند زیر صفر عمیق، نمونه‌ها به مدت‌زمان 1، 24، 30 و 48 ساعت درنیتروژن مایع در دمایC◦ 196- نگهداری شدند و سپس در هوا به دمای محیط رسیدند. به‌منظور بهبود خواص فولاد و آزاد‫سازی تنش‫های داخلی ناشی از کوئنچ، نمونه‫ها به مدت 2 ساعت در دمای C ◦ 200 در کوره‌ نگهداری شدند. نوع عملیات حرارتی انجام‫شده بر روی نمونه‫ها و علامت اختصاری نمونه‫ها در جدول 3-2 آمده است. نمونه‫ها پس از سنباده‌زنی با سنباده‫های با شماره 80، 320، 600، 800 و 1200، تحت آزمون‫های مختلف قرار گرفتند سختي نمونه‌ها به‌صورت ماکرو در مقياس راکول سي اندازه‌گیری شد. آزمون سختي‫سنجي بر اساس استاندارد DIN 50103 و اندازه‌گیری سختی نمونه‌ها قبل و بعد از بازگشت، با استفاده از دستگاه سختی‫سنجی مدل 2RC-S Tester Dia با بار اعمالی 30 کیلوگرم انجام گردید. آزمون سختی سنجی بر روی سطح بیرونی دیسک انجام شد؛ همچنين ریز سختی نمونه‌ها با استفاده از روش ويکرز و مطابق استاندارد ASTM E384 و ASTM E92 با استفاده از دستگاه ریز‫سختی‫سنجی ساخت شرکت Buehler آلمان، مدل Micromet و با نيروي g100 بر سطح مقطع دیسک (در طول لایه‫ی کربن داده شده تا مغز قطعه)انجام گرديد. برای گزارش نتایج سختی سنجی، سختی 3 نقطه اندازه‌گیری و میانگین آن‌ها گزارش شد.

3-3-2- سایش

آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک (شکل 3-1) با استفاده از گلوله­ای از جنس کاربید تنگستن بر روی نمونه‌های دیسکی با دو بار 80 و 110 نیوتون به مسافت 1000 متر در رطوبت هوای 5±30% و درجه حرارت C◦ 5±25 با سرعت 06/0 انجام شد. کاهش جرم نمونه‌ها در طول آزمون سایش تا 400 متر اول در هر 100 متر و پس‌ازآن در هر 200 متر توسط ترازوي ديجيتال و با دقت ده هزارم گرم اندازه‌گیری شد. همچنین تغییرات ضریب اصطکاک نمونه‌ها برحسب مسافت سایش توسط نرم‌افزار اندازه‌گیری شد.

3-1- آلیاژ مورداستفاده ……………………………………………………………………………36

3-2- عملیات حرارتی نمونه‫ها…………………………………………………………………….. 36

3-3- آزمون­ها …………………………………………………………………………………………..37

3-3-1- سختی­سنجی………………………………………………………………………………. 37

3-3-2- سایش…………………………………………………………………………………….. 38

3-3-3- متالوگرافی نمونه‫ها……………………………………………………………………. 38

3-3-4- فازیابی با استفاده از پراش پرتوی ایکس………………………………………………. 39

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل چهارم: نتایج و بحث

در عملیات زیر صفر دو مرحله اصلی وجود دارد: در مرحله اول که تا دمای C◦130- انجام می‌شود،استحاله آستنیت باقیمانده به مارتنزیت انجام می‌شود که باعث افزایش سختی می‌گردد، اما در مرحله دوم که تا دمای C◦ 196- انجام می‌شود، تجزیه ایزوترمال مارتنزیت اولیه صورت می‌پذیرد که علیرغم نرم‫شدن ساختار، جوانه‌هایی برای رسوب کاربیدهای نانومتری ایجاد می‌شود. این کاربیدها علاوه بر تأثیر بر افزایش سختی،باعث بهبود مقاومت سایشی می‌گردند [41]. انرژی کرنشی شبکه‫ی مارتنزیت در دما‫های پایین افزایش می‫یابد. متعاقباً اتم‫های کربن مهاجرت کرده و خوشه‫های کربنی را تشکیل می‫دهد؛ در اثر حرارت‫دهی تا دمای اتاق یا عملیات بازگشت، این خوشه‫ها به‌عنوان مکان‫های جوانه‫زنی کاربید‫های بسیار ریز اتا عمل می‫کنند؛ این کاربید‫ها به‌طور یکنواخت در ریزساختار توزیع می­یابند [43 و 51-52]. در شکل 4-2 اندازه و توزیع کاربید‫ها به‌خوبی قابل‌مشاهده است. با توجه به تصاویر میکروسکوپی، اندازه و توزیع کاربید‫ها در نمونه‌ی CHT تا 24DCT ریزتر و یکنواخت‌تر شده است. همان‌طور که در شکل 4-2 د و ه مشخص است در نمونه‌ی 30DCT کاربید­ها شروع به رشد کرده و در نمونه‌ی 48DCT این کاربید‫ها درشت شده‫اند.به‌منظور مطالعه‫ی دقیق‫تر مورفولوژی و اندازه‫ی کاربیدها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده گردید؛ در شکل 4-3، تصاویر حاصل از دیتکتور BSE در سمت راست و SE [2]در سمت چپ آورده شده است. همان‌گونه که در تصاویر گرفته‌شده با میکروسکوپ نوری مشاهده شد، در تصاویر SEM نیز واضح است که با افزایش زمان عملیات زیر صفر، تا 24 ساعت، میزان و اندازه‫ی کاربیدها افزایش و کاهش یافته است. در بزرگنمایی 4000، کاربید‫های بسیار ریز (کم‫تر از یک میکرون) نیز به‌خوبی قابل‌مشاهده است و میزان آن نیز به‫ویژه در نمونه‫ی 48DCT افزایش فراوانی داشته است (شکل 4-4 ج).به­منظور بررسی و محاسبه­ی میزان کاربید­ها در نمونه­ها از نرم‌افزار Clemex استفاده شد؛ در شکل 4-5، شماتیک تصویر 4-2 برای محاسبات نرم­افزاری و در شکل 4-6 توزیع اندازه کاربید­ها در نمونه­های مختلف محاسبه شده است.

درصد افزایش مقاومت سایشی بر اساس نوع عملیات حرارتی

درصد افزایش مقاومت سایشی بر اساس نوع عملیات حرارتی

4-1- بررسی ریزساختاری……………………………………………………………………….. 40

4-1-1- متالوگرافی……………………………………………………………………………….. 40

4-1-2- بررسی ریزساختار با اشعه‌ی ایکس…………………………………………………… 46

4-2- سختی سنجی ………………………………………………………………………………7

-3-1- ضریب اصطکاک……………………………………………………………………………. 49

4-3-2- بررسی سطوح سایش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی……………… 52

4-3-3- تغییرات نرخ سایش………………………………………………………………………..59

 Abstract

In this research the effect of deep cryogenic treatment on tribological behavior of 1.7147 steel was investigated. At first, the samples were carburized for 6 hr at 920 ◦C. Austenitizing were done at 930 ◦C for 1 hour and the samples were quenched in oil. To finde the effect of deep cryogenic treatment time, the samples were submerged in liquid nitrogen for 1, 24, 30 and 48 hours and then heated to room temperature; then they tempered at 200 ◦C for 2 hours. After surface preparation the wear test was carried out at force of 80 and 110 N. The hardness before and after of tempering were measured in 30 Kg force. The worn surfaces were cleaned by acetone and studied by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). Derbies also were studied by Energy Dispersive Spectrometry (EDS). For phase characterization the Xpert software was used. The XRD patterns show that the amount of retained austenite is reduced by deep cryogenic treatment and by more holding time, no picks were observed. The SEM and optical microscopy images show that the amount of carbides is increased and their distribution became homogenous. The percent of hardness increment is 4 – 33% by deep cryogenic treatment and up to 24 hours holding time in liquid nitrogen, wear resistance increases to 191.39%. By more holding time, the wear resistance decreases; the cause of hardness increment is retained austenite – martensite transformation. Also the cause of wear resistance decrement is carbides growth and nonhomogeneous distribution in matrix and weakening it. So 24 hours deep cryogenic treatment is the best time duration for 1.7147 steel.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان