شرکت خشکه و فولاد پایتخت

فولاد چیست؟

 کلمه فولاد به آلیاژهایی گفته میشود که حداقل پنجاه درصد آن را آهن تشکیل می دهد. و شامیل یک یا چند عنصر دیگر می باشد. این عناصر معمولاً شامل کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل، کرم، وانادیوم، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم و آلومینیوم هستند. کربن به عنوان مهمترین ماده آلیاژی فولاد محسوب می گردد هر چند که ممکن است. در انواع مختلف فولاد، مواد آلیاژی دیگری نیز به میزان زیادتری یافت شود. یا حتی کربن در بعضی از آلیاژهای فولاد ناخالصی محسوب شود.

کربن در آهن bcc حل شده و یک محلول جامد به نام فریت Ferrite تشکیل می دهد. حل شوندگی کربن در فریت آلفا حداکثر 0.025 درصد در فریت دلتا 0/09 درصد است. کربن در ساختار بلوری گاما Fcc حل شده و محلول جامد آستنیت (Austenite) به دست می آید. حل شوندگی کربن در Fcc اندکی بیشتر بوده و به میزان 2/14 درصد می رسد. با افزایش میزان کربن در آلیاژ آهن تا حداکثر 6/67 درصد،. میتوان فاز کاربید آهن یا سمنتیت (Cementite) را به دست آورد که ساختاری ترد و شکننده دارد.

میزان حداکثر انحلال کربن در آهن برای فازهای مختلف. در دماهای مختلف روی می دهد و فولادهای مختلف را از یکدیگر متمایز می سازد. با توجه به آلیاژ فولاد و نرخ سرد کردن آن پرلیت (Pearlite) یا مارتنزیت (Martensite) میتواند تشکیل شود. مارتنزیت هنگام سرد شدن سریع آلیاژ فولاد به دست می آید. میزان کربن موجود در فولاد معمولاً بین 0.025 تا 2/14 درصد تغییر می کند. آلیاژهای آهن با کربن بین 2/14 تا 6/67 درصد چدن نامیده میشود. خواص چدن و فولاد به درصد کربن، فلزهای آلیاژ دهنده و عملیات حرارتی انجام شده بر روی آنها بستگی دارد.

تعریف آهن-اهن چیست؟

 آهن یا واژه آنگلوساکسون به معنی فلز مقدس است. نماد آهن Fe از واژه لاتین Femum اقتباس شده است. آهن دومین فلز فراوان و جهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین. با فراوانی 5 درصد و ششمین ماده باریونی فراوان در کهکشان راه شیری می باشد.

آهن فلزی خالص کاربرد بسیاری محدودی. در مهندسی دارد چون دارای استحکام بسیار پایین و مقاومت اندک در برابر خوردگی است. آهن خالص جامد بین دمای محیط و دمای ذوبش، دچار دو تغییر در ساختمان بلوری می شود. آهن یک ساختار بلوری در دماهای پایین و خیلی زیاد و یک ساختار بلوری در دماهای بینابین دارد .زیر 912 درجه سانتیگراد، آهن دارای ساختار بلوری مکعب مرکزدار _bcc_ است.

این ماده، آهن آلفا a-iron نامیده میشود. در دماهای بالاتر از 1395 تا نقطه ذوب، آهن همچنان دارای ساختار بلوری bcc است. و در این دامنه دمایی به آن آهن دلتا (δ iron) می گویند. در دماهای متوسط بین 912 درجه سانتیگراد تا 1395 درجه سانتیگراد ساختمان بلوری آهن،. مکعب با وجوه مرکزدار fcc است و آهن گاما (γ – iron) نامیده می شود. نحوه چیدمان اتم ها در ساختارهای آهن قابل مشاهده می باشد.

مواد اولیه واحدهای تولید آهن و فولاد

دامنه وسیعی از مواد اولیه در فرآیندهای مختلف فولادسازی مورد استفاده قرار می گیرد. کیفیت این مواد اولیه، بازده تولید و میزان مصرف انرژی را تحت تأثیر قرار می دهد. بر اساس ماهیت و نوع کاربری، این مواد را میتوان به صورت زیر دسته بندی نمود.:

• شارژهای فلزی شامل سنگ آهن، گندله، زینتر،قراضه.
• سرباره سازها نظیر آهک،دولومیت،کربن،فلوئور.
• فرو آلیاژها نظیر فرو سیلیس،فرو منگنز،فرو وانادیم.

صنایع ماشین سازی یکی از مهمترین و بزرگترین صنایع موجود در دنیا به شمار می رود. از کاربردی ترین مواد اولیه در صنعت ماشین سازی می توان به انواع فولاد اشاره کرد. فولادها با توجه به امکان آلیاژی بودن، دارای تنوع بسیار زیادی هستند.

فولاد ماشین سازی

دلیل استفاده از فولاد در خودرو

برای طراحی چارچوب ماشین از فولاد استفاده میشود آنها به تحمل در برابر فشار شدید ناشی از خودرو کمک می کنند. نوع فولادی که در اینجا استفاده می شود با ید بسیار قوی و با بهترین کیفیت باشد. و استفاندارد های مطلوب وسیله نقلیه مورد نظر را برآورده کند. باید از مقاومت کششی بالایی برخوردار بوده و در مقابل فشار نیروی فوق العاده مقاومت کند.

به طور مشابه، فولاد در ساخت قاب دوچرخه هم استفاده می شود. استفاده از فولاد در تولید دوچرخه باعث افزودن استحکام عالی و ایمنی داخلی به آن می شود. همچنینف صنعت حمل و نقل خصوصی و عمومی به میزان زیادی به عرضه فولاد بستگی دارد. بدنه های اتوبوس اغلب از فولاد با کیفیت بالا ساخته می شوند زیرا باعث افزایش وزن و قدرت به اتوبوس می شود. و همچنین توانایی تحمل فشار شدید در جاده را دارد.

لوله های اگزوز در اتومبیل ها نقش اساسی دارند و جنس آنها فولادی است. شفت های پروانه در واسیل نقلیه بیشتر فولادی هستند زیرا به موادی احتیاج دارید که دارای استحکام چرخشی بالایی باشند.

صنایع ماشین سازی

دومین مصرف کننده بزرگ فولاد در دنیا صنایع ماشین سازی و به خصوص خودروسازی هستند. که با توجه به گستردگی بسیار زیاد این صنایع، بسیاری از محصولات میلگرد، لوله، ورق و تسمه از انواع مختلف فولادهای آلیاژی کاربرد دارد. که از آن جمله می توان به فولادهای عملیات حرارتی مانند کد استاندارد 1.6580، یا فولادهای سمانتانسیون. مانند کد استاندارد 1.7147 و فولادهای عملیات حرارتی شونده مانند 1.7225 و 1.7735 اشاره نمود. فولادهای نام برده شده بیشترین کاربرد را در بخش های بنیادین این صنایع بر عهده دارند. با توجه به اینکه فولاد یک آلیاژ از ترکیبات پایه آهن و کربن هستند. و می توان با اضافه کردن عنصار مختلف، آلیاژهای مختلفی با خواص فیزیکی و مکانیکی مختلف تولید کرد. این امر تنوع در مصرف فولاد را بسیار بالا برده است.

معمولاً فولاد را شرکت های تولید کننده به صورت میلگرد، ورق، لوله و سایر نیم ساخته ها تولید و روانه بازار می کنند. برای صنایع ماشین سازی هم این فولادها در ابعاد و مقاطع مختلف تولید می شود. با توجه به گستردگی و وسعت صنایع ماشین سازی افراد زیادی به دنبال اطلاع از متریال مورد استفاده و انتخاب فولاد مورد نیاز خود هستند.

فولاد نیتراته

نیتراته نوعی فولاد است که سطح آن بسیار سخت تر از مغز یا قسمت داخلی آن است. فولاد نیتراته مانند سایر فولادها با اضافه کردن عناصر مختلف و طی یک فرآیند شیمیایی تولید می شود. دو روش برای تولید فولاد نیتراته وجود دارد که در یکی ا آنها فولاد آلیاژی. در دمای 500 الی 520 درجه سانتی گراد در مجاورت با گاز آمونیاک بازپخت میشود. و در روش دیگر نیز می توان فولادهای آلیاژی که حاوی کروم، نیکل و آلومینیوم بوده را در حمام مذاب نمک سیانید قرار داد. دمای مجاز برای بازپخت با این روش 550 الی 570 درجه سانتی گراد است. فلز نیتراته دارای سطحی بسیار سخت و مقاوم به سایش بوده و این سختی تا حدود HRC 68 می رسد. فولاد نیتراته در صنایع ماشین سازی و در ساخت انواع قالب ها کاربرد دارد.

فولاد سمانته

آلیاژ سمانتاسیون یا سمانته نوع فولاد است که طی یک عملیات حرارتی ساده. سطح آن سخت کاری می شود و مغز آن چقرمه باقی می ماند. این نوع فولادها به دو دسته نیکل دار و غیر نیکل دار یا فاقد نیکل تقسیم بندی می شوند. میزان سختی فولاد سمانته تا HRC 47 نیز می رسد. در صنایع ماشین سازی از فولاد سمانته برای تولید اجزاء فرمان و چرخ های دندانه دار استفاده می شود. آلیاژ1.7131 یک نمونه از فولادهای سمانته کاربردی در صنایع ماشین سازی را شامل می شود.

فولاد Mo40

آلیاژ Mo40 به خاطر داشتن کروم و مولیبدن در دسته فولادهای آلیاژی با چقرمگی بسیار خوب قرار می گیرد. فولاد Mo40 به شکل میلگرد، ورق و لوله تولید و روانه بازار می شود. این نوع فولاد در دمای 1416 درجه سانتی گراد به نقطه ذوب می رسد. فولاد Mo40 به خاطر داشتن مقادیری کروم نسبت به حرارت مقاومت بسیار خوبی پیدا کرده است. این نوع فولاد به خاطر قابلیت جوشکاری بسیار خوب و شکل پذیری مناسب، کاربرد وسیعی در صنایع ماشین سازی دارد. معمولاً برای چرخ های دندانه دار، شاتون، غلطک، دستگاه های سنگ شکن، پیچ های مقاوم… از فولاد Mo40 استفاده می شود.

فولاد Ck45

این نوع فولاد آلیاژی بوده که با عملیات حرارتی تولید می شود. از جمله عناصر موجود در فولاد Ck45 می توان به منگنز، سیلیسیم، فسفر، گوگرد و … اشاره کرد. قیمت مناسب این فولاد باعث شده تا استقبال بیشتری از آن در صنایع ماشین سازی و همچنین ساختمان سازی شود. معمولاً برای کشاورزی نیز استفاده از فولاد Ck45 توصیه می شود. زیرا خواص فیزیکی آن مناسب و قیمت مقرون به صرفه ای دارد.

استفاده از فولاد در صنعت خودرو

فولاد مدت هاست که مورد انتخاب خودروسازان در سراسر جهان است. استفاده از فولاد به تولید کنندگان خودرو اجازه داده است. تا با هزینه های نسبتاً کم نسبت به سایر مواد، به استانداردهای قدرت و ایمنی وسایل نقلیه خود برسند. به این حال، با توجه به مقررات فشرده و سختگیرانه مربوط به تولید گازهای گلخانه ای خودرو راندمان سوخت. کاهش وزن خودروها به یک نکته بسیار مهم برای خودروسازان تبدیل شده است. قیمت ورق فولادی برای ساخت اتومبیل نیز به صرفه تر از سایر فلزات است.

فولاد با افزایش رقابت با آلومینیوم و سایر مواد روبرو است. زیرا سازندگان خودرو به منظور انطباق با این آیین نامه به دنبال کاهش وزن وسایل نقلیه خود هستند.

روند استفاده از فولاد درصنعت خودرو

طبق تخمین انجمن جهانی فولاد، بخش ماشین سازی تقریباً 12% از کل مصرف جهانی فولاد را تشکیل می دهد. ArcelorMittal یکی از تولید کنندگان نوظهور فولاد مورد استفاده در ساخت خودرو در جهان است. این شرکت حدود 16.7% از بازار ورق های فولادی جهان در سال 2014 را به خود اختصاص داد.

براساس اعلام سازمان بین المللی تولید کنندگان وسیال نقلیه موتوری، در سال 2018 95.6 میلیون دستگاه خودرو تولید شده است. به طور متوسط در هر وسیله نقلیه 900 کیلوگرم فولاد استفاده می شود. با این محاسبات سالانه مقدار زیادی فولاد درساخت اتومبیل استفاده میشود.

فولاد ماده اصلی و غالب، در تولید خودرو است که تقریباً 65% از وزن متوسط خودرو را به خود اختصاص داده است. فولاد موجود در خودرو به شرح زیر در کل آن توزیع می شود.

34% فولاد مصرفی برای ساخت اتومبیل در ساختار بدنه، چارچوب و درها استفاده میشود. این فلز برای استحکام بالا و جذب انرژی در صورت تصادف انتخاب می شود.

23% در قطار که متشکل از آهن چدن برای ساخت بلوک موتور و فولاد کربن. قابل استفاده برای چرخ دنده های مقاوم در برابر سایش است، استفاده می شود.

12% آن در سیستم تعلیق با استفاده از تسمه های فولادی با استحکام بالا استفاده می شود.

باقیمانده آن نیز در چرخ ها، لاستیک ها، مخزن سوخت و سیستم فرمان یافت می شود.

فولاد مقاومت بالا (HSS)

امروزه فولادهای با استحکام بالا (HSS) تقریباً برای طراحی هر وسیله نقلیه جدید استفاده می شوند. HSS به اندازه 60% ساختار بدنه وسایل نقلیه امروزی را تشکیل می دهد. استفاده از آن در ساختار بدنه سبب سبک تر و بهینه شدن طراحی وسایل نقلیه میشود. این کار باعث افزایش ایمنی و بهبود راندمان سوخت می شود.

شرکت های بزرگ فولادی مانند U.S steel و ArcelorMittal در حال سرمایه گذاری زیادی برای تولید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا هستند. تا بتوانند جایگاه فولاد را به عنوان ماده انتخابی برای صنعت خودرو حفظ کنند. فولادهای با استحکام بالا از حداقل مقاومت کششی 500 تا 800 مگاپاسکال (Mpa) برخوردار هستند. این فولاها نسبت به فولادهای سنتی از استحکام قابل مقایسه و صرفه جویی در وزن قابل توجهی برخوردارند.

تأثیر فولاد در محیط زیست

صنعت حمل و نقل جهانی سهم بسزایی در انتشار گازهای گلخانه ای دارد. تقریباً 24% کل انتشارات CO2 ساخته شده توسط انسان را تشکیل می دهد. کاهش تأثیرات زیست محیطی تولید فولاد از سالها پیش مأموریت مهمی در صنعت بوده است.

گریدهای جدید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا باعث می شود خودروسازان وزن خود را در مقایسه با استفاده از فولاد معمولی 25-39% کاهش دهند. در هنگام استفاده از یک ماشین معمولی خانوادگی پنج سرنشین، وزن کلی وسیله نقلیه 170 تا 270 کیلوگرم کاهش می یابد. این میزان کاهش وزن سبب صرفه جویی 3 تا 5 تن گازهای گلخانه ای در طول عمر خودرو می شود. این صرفه جویی در تولید گازها گلخانه ای بیانگر بیشتر از Co2 منتشر شده است. که در طول تولید تمام فولاد موجود در خودرو ساطع می شود.

کاربرد آلیاژهای اتومبیل به دلیل افزایش تقاضا برای کاهش مصرف سوخت و آلودگی هوا در حال افزایش است. در حقیقت، تقاضای فزاینده برای خودروهای با سوخت با کیفیت و وزن کم عامل مهمی است که باعث رشد آلیاژهای بازار خودرو می شود. مقررات سختی که دولت در مورد ایمنی محیط زیست وضع کرده است، تقاضای این بازار را نیز تقویت می کند.

پایداری فولاد در خودرو

البته سؤالی که بسیاری از تولید کنندگان در صنعت نگران آن هستند، پایداری فولاد در بلند مدت است. این مسأله یک مؤلفه مهم در صنعت خودرو است. علاوه بر این، فولاد بسیار قابل بازیافت است. در واقع، فولاد را می توان بی نهایت بازیافت کرد. و به ساختار اصلی خود بازگرداند. این خصوصیت یک مزیت بزرگ است. زیار از وسایل نقلیه قدیمی نیز میتوان به عنوان منبع فولاد استفاده کرد. و این مسئله برخی از مسائل پایداری را از بین می برد. با این وجود کیفیت بهتر فولاد در روند بازیافت کاهش نمی یابد. از این فولاد که فولاد ثانویه است، میتوان برای ساختن هر تعداد محصول از جمله خودروهای بیشتر استفاده کرد.

جایگزین فولاد در ساخت اتومبیل

با این وجود احتمالاً سهم فولاد در ساخت خودرو کاهش می یابد. که خودروسازان به دنبال رعایت مقررات سختگیرانه بر تولید گازهای گلخانه ای و بازده سوخت هستند. به دلیل نیاز به سبک تر شدن اتومبیل، تولیدکنندگان بخش بیشتری از مواد سبک تر. مانند آلومینیوم و کامپوزیت های پلاستیکی را درخودروهای خود گنجانده اند.

چندین ماده سبک تر برای جایگزین فولاد در ساخت اتومبیل وجود دارد. آلیاژهای منیزیومی فولاد منیزیم و فیبر کربن و کامپوزیت های پلیمری دارای کمترین چگالی مصالح مورد استفاده در وسایل نقلیه هستند. استفاده گسترده از آنها پتانسیل کاهش وزن بیش از 60% قطعات را دارد- اما پذیرش آنها به جای فولاد در ساخت خودرو ممکن نیست.

با توجه به شرایط نظارتی مطلوب، قطعاً ورق آلومینیوم به عنوان ماده ای که در ساخت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد، جذاب تر میشود. با این حال، آلومینیوم یک فلز بسیار گرانتر از فولاد است. به همین ترتیب، سایر مواد سبک تر مانند منگنز و کامپوزیت های پلاستیک حتی گران تر هم هستند. بنابراین، بین کاهش وزن و افزایش هزینه ها یک تعادل برقرار است. فرصتی برای مواد جدید وجود دارد. که هزینه کم یا کاهش وزن را متعادل می کنند.

استحکام تسلیم منیزیم مشابه آلومینیوم است. اما این فلز دارای کشش نهایی، خستگی و مقاومت خزش پایین تر است. آلیاژهای آن دارای مدول و سختی کمتری بوده و احتمال شکست آن به دلیل انعطاف پذیری کم را دارد.

این فولاد مشکل ایجاد خوردگی و بازیافت و… هستند. از این فلز در دمای پایین، به سختی می توان ورق برش داد.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶

فولاد 4140-Mo40-در این تحقیق، ابتدا نمونه فولاد 4140. در دمای 850 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت حرارت داده شدند. سپس در دمای 720 درجه سانتی گراد به مدت سه دقیقه نگهداری و به حمام نمک. با دماهای متفاوت 380-400-420- و 450 درجه سانتیگراد به مدت 4 دقیقه منتقل و در نهایت در آب کوئنچ گردیدند. بر اساس نتایج تست کشش با افزایش دمای حمام نمک. (دمای آستمپرینگ) مقادیر استحکام تسلیم، استحکام کششی. و ازدیاد طول کاهش می یابد. شکست نگاری نمونه های تست کشش با میکروسکوپ،. استریو نشان داد که با افزایش دمای حمام نمک،. سطح شکست از نرم به ترد تغییر می کند.

فولاد 4140-مقدمه

فولادهای سه فازی شامل کسر حجمی مشخصی از فازهای با استحکام بالا. مانند مارتنزیت و بینیت بوده که در زمینه نرم فریتی توزیع شده اند. زمینه نرم فریتی در این فولادها منجر به انعطاف پذیری بالا میشود،. در حالیکه استحکام و چقرمگی آنها به حضور جزایر سخت مارتنزیت. و بینیت در زمینه یاد شده بر میگردد. ترکیب استحکام و چقرمگی مناسب به همراه فرآیند تولید ساده این دسته از فولادها. آنها را بعنوان گزینه ای مناسب برای کاربرد در صنایع خودرو سازی و هوافضا مطرح کرده است. علاوه بر این، برخی دیگر از خواص مکانیکی مانند رفتار تسلیم پیوسته و نرخ کار سختی بالا،. این فولادها را نسبت به سایر فولادها متمایز می نماید.

اگرچه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا HSLA دارای استحکامی بالاتر از فولادهای فریتی – پرلیتی هستند اما شکل پذیری آنها. با مشکلات فراوانی رو به رو است، لذا انعطافپذیری مورد نیاز در طراحی قطعات با اشکال پیچیده،. استفاده از این فولادها را شدیداَ با محدودیت مواجه می کند. نتیجه این امر افزایش روز افزون کاربردهای فولادهای دو و سه فازی است.

بختیاری و اکرامی طی تحقیقی تأثیر مورفولوژی بینیت را بر خواص مکانیکی فولاد 4340. دو فازی فریتی-بینیتی بررسی و گزارش کردند مورفولوژی بینیت تابعی از دمای آستمپرینگ است. در دماهای بالا آستمپرینگ و نزدیک به دمای تشکلیل پرلیت،. ریز ساختار بینیت شامل بینیت بالا و توفال شکل است. و در دماهای پایین و نزدیک به دمای تشکیل مارتنزیت،. ریز ساختار بینیت شامل بینیت پایین و سوزنی شکل است که ترکیبی ا بهترین خواص (استحکام تسلیم،. استحکام کششی، ازدیاد طول، چقرمگی شکست و سختی) با مورفولوژی بینیت پایین. در دمای آستمپرینگ 350 درجه سانتیگراد حاصل می شود.

زارع و اکرامی با بررسی اثر کسر حجمی مارتنزیت بر خواص کششی فولادهای سه فازی. در دماهای پایین آستمپرینگ، نتیجه گرفتند که افزایش کسر حجمی مارتنزیت استحکام را افزایش میدهد.

وارشنی و همکارانش انعطافپذیری و استحکام فولادهای سه فازی شامل فریت، بینیت و آستنیت باقی مانده. را بررسی کردند و نتیجه گرفتند که با افزایش دمای آستمپرینگ. و همچنین افزایش سرعت کوئنچ کردن، استحکام تسلیم و استحکام کششی کاهش می یابد.

هاوران و همکارانش رابطه بین ریز ساختار بینیت و خواص مکانیکی فولادهای سه فازی کم آلیاژ. را بررسی کردند و گزارش دادند که ابا افزایش دمای کوئنچ،. از حجم فازهای بینیت و مارتنزیت کاسته و در نتیجه استحکام تسلیم و استحکام کششی کاهش می یابد.

تحقیق حاضر تأثیر دمای آستمپرینگ بر خواص کششی فولاد سه فازی فریت – بینیت-مارتنزیت. از جنس 4140 را مورد بررسی قرار میدهد.

مواد و روش انجام آزمایش

ماده اولیه مورد استفاده در این تحقیق بصورت میل گرد فولادی با قطر 10 میلی متر بود. آنالیز کوانتومتری این فولاد نشان میدهد که ترکیب آن مطابق با فولاد ASIS 4140 است. بررسی های متالوگرافی این فولاد با میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی مدل XMU mira 3 ساخت آلمان. و اچ شده با محلول تایتال 2 درصد نشان داد که ریز ساختار آن فریتی – پرلیتی می باشد.

برای ایجاد ریز ساختار فریت – بینیت – مارتنزیت

برای ایجاد ریز ساختار فریت – بینیت – مارتنزیت، ابتدا نمونه ها در دمای 850 درجه سانتیگراد. بمدت 60 دقیقه نرماله و سپس در 720 درجه سانتیگراد به مدت 3 دقیقه نگهداری شدند. پس از آن برای تشکیل مورفولوژی های مختلف بینیت، در حمام نمک با دماهای متفاوت 380، 400،420،450 درجه سانتیگراد. به مدت 4 دقیقه نگهداری و در آب کوئنچ شدند.

دماها و زمان های مذکور بر اساس نمودار دما – زمان – استحاله T-T-T فولاد 4140 انتخاب گردیده است. برای مثال در دماهای بالاتر از 720 درجه سانتیگراد، زمان اتمام استحاله در منطقه دوفازی فریت – آستنیت بسیار طولانی است. در دماهای کمتر از آن زمان استحاله خیلی کوتاه است و امکان تشکیل ریز ساختار کاملا فریتی وجود دارد. در نتیجه بهترین دما برای دو فازی کردن، دمای 720 درجه سانتیگراد می باشد.

که در این دما طبق نمودار T-T-T با گذشت زمان 3 دقیقه، در منطقه دو فازی هستیم. انتخاب محدوده دمایی 380 تا 450 درجه سانتیگراد به این دلیل است که. این محدوده دمایی، پایین تر از دمای تشکیل پرلیت و بالاتر از دمای تشکیل مارتنزیت می باشد. انتخاب زمان 4 دقیقه در این دما برای اطمینان از تشکیل بینیت است. در این تحقیق، از کوره عملیات حرارتی الکتریکی مدل AZAR 1250 ساخت ایران. و کوره حمام نمک مدل SAMIN 1250 ساخت ایران. و نمک مذاب AS140 استفاده گردید. با انتخاب نمک مناسب از تغییر ترکیب شیمیایی قطعه در حمام نمک جلوگیری میشود حمام نمک. موجب تغییر دمای کل قطعه با سرعت یکسان می گردد. نمونه های تست کشش با استاندارد ASTM E8/E8M آماده سازی. و توسط دستگاه یونیورسال با سرعت 1 میلیمتر بر دقیقه تحت آزمون قرار گرفتند.

نتایج و بحث

مطالعه ریز ساختار نمونه های عملیات حرارتی شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی. (تصویر برداری توسط الکترون های ثانویه نشان داد با توجه به انتخاب دماهای مختلف آستمپرینگ. 380، 400، 420 و 450 درجه سانتیگراد، بینیت تشکیل شده در ساختار سه فازی، مورفولوژی های مختلفی دارد. دو فاز مارتنزیت و بینیت به صورت تیغه های روشن و فاز فریت (فاز زمینه) به رنگ تیره دیده میشود.

مشاهده ریز ساختار نمونه های عملیات حرارتی شده

مشاهده ریز ساختار نمونه های عملیات حرارتی شده و استفاده از نرم افزار. آنالیز تصویری MIP 4 student نشان داد که حجم فریت در تمامی آنها مقدار ثابت 33/4 درصد است. در نتیجه حجم فازهای سخت مارتنزیت و بینیت 66/6 درصد می باشد.

فولاد 4140

تصاویر میکروسکوپ الکترونی با بزرگنمایی یکسان از فاز بینیت در نمونه های آستمپرینگ شده در دماهای مختلف را نشان میدهد. الف- وجود تیغه های موازی سوزنی شکل بینیت در نمونه آستمپرینگ شده. در دمای 380 درجه سانتیگراد قابل مشاهده است این ساختار با توجه به دمای آستمپرینگ. نزدیک به Ms، ساختار بینیت پایین است. ب-تیغه های موازی سوزنی شکل به همراه صفحات ضخیم از سمنتیت و فریت را نشان میدهد. که نشانگر مخلوط بینیت بالا و بینیت پایین در نمونه عملیات حرارتی شده. در دمای آستمپرینگ 400 درجه سانتی گراد است.

ج- مورفولوژی بینیت در دمای آستمپرینگ 420 درجه سانتیگراد را نشان می دهد. در این تصویر فقط بینیت بالایی که متشکل از لایه های ضخیم سمنتیت و فریت می باشد قابل مشاهده است. د- نشان میدهد که مورفولوژی بینیت در دمای آستمپرینگ 450 درجه سانتیگراد. همانند دمای 420 درجه سانتیگراد است با این تفاوت که صفحات سمنتیت موجود در بینیت بالایی. در دمای 450 درجه سانتیگراد، ضخیم تر می باشند.

مقادیر استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی و ازدیاد طول نسبی نمونه ها ارائه شده است. الف و ب نشان میدهد که استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی با افزایش دمای آستمپرینگ. در اثر تغییر مورفولوژی از بینیت پایین با مورفولوژی سوزنی شکل به بینیت بالا با مورفولوژی توفال شکل. شامل لایه های ضخیم سمنتیت، کاهش می یابد. ج- افزایش دمای آستمپرینگ، درصد ازدیاد طول نسبی را کاهش میدهد. که این مطلب در توافق با تغییر مورفولوژی بینیت پایین به بینیت بالا میباشد.در واقع یکی از ویژگیهای خوب مورفولوژی بینیت پایین، علاوه بر استحکام بالای آن، بالا بودن چقرمگی آن است.

سطح زیر نمودار تنش- کرنش معیار خوبی برای مقایسه چقرمگی مواد از طریق تست کشش می باشد. افزایش سطح زیر منحنی تنش-کرنش، گویای چقرمگی بالاتر و رفتار نرم تر ماده در مقابل شکست است. نمودار تنش – کرنش نمونه های آستمپرینگ شده در دماهای مختلف مشخص است. همانطور که مشخص است، مساحت زیر نمودار با افزایش دمای آستمپرینگ کاهش می یابد،. لذا میتوان نتیجه گرفت که بینیت پایین علاوه بر استحکام بالا دارای چقرمگی بالاتری نیز است.

تصاویر میکروسکوپ استریو از سطوح شکست

تصاویر میکروسکوپ استریو از سطوح شکست نمونه های تست کشش آستمپرینگ شده در دماهای مختلف. را نشان میدهد سطح شکست نمونه آستمپرینگ شده در دمای 380 درجه سانتیگراد. دارای علائم شعاعی با الگوی ستاره ای شکل به همراه لبه برشی می باشد. که مشخصه سطح شکست نرم است. این شکل دارای بزرگترین لبه برشی می باشد که نشان دهنده آن است که در این نمونه. بیشترین باریک شدگی (حالت گلویی در تست کشش) و در نتیجه. بیشترین تغییر شکل پلاستیک قبل از شکست رخ داده است. هرچقدر عمق و ضخامت علائم شعاعی زیادتر باشد، رفتار شکست، نرم تر خواهد بود.

حجم برآمدگی الگوهای ستاره ایی -الف-کمتر شده و منطقه لبه برشی آن نیز کوچکتر شده است. که نشان از رفتار ترد تر نمونه آستمپرینگ شده در دمای 400 درجه سانتیگراد. نسبت به دمای 380 درجه سانتیگراد دارد. ج و د، الگوی ستاره ای شکل و همچنین مناطق لبه برشی حذف شده است. که گویای وقوع شکست ترد و عدم گلویی شدن این نمونه ها است. این مشاهده ها با نتایج ازدیاد طول نسبی به دست آمده از تست کشش مطابقت دارد.

نتیجه گیری

در این تحقیق چند سیکل عملیات حرارتی با دمای آستمپرینگ مختلف. 380،400،420 و 450 درجه سانتیگراد بر روی نمونه فولاد 4140 برای ایجاد ساختار سه فازی. فریت-بینیت-مارتنزیت مورد بررسی قرار گرفت

نتایج مشاهده ریزساختاری و تست کشش نشان دادند که:

1- در بازه دمایی 380 تا 450 درجه سانتیگراد، مورفولوژی بینیت از بینیت پایین سوزنی شکل. به بینیت بالا لایه ای و توفال شکل تغییر می یابد.

2- با افزای دمای آستمپرینگ، مقادیر استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی. و ازدیاد طول نسبی کاهش می یابند که متأثر از تغییر مورفولوژی بینیت است.

3- سطح زیر منحنی تنش – کرنش نمونه آستمپرینگ شده در دمای 380 درجه سانتیگراد. بیش از سایر نمونه ها است که نشان از چقرمگی بالاتر این نمونه دارد. و بررسی های شکست نگاری نیز رفتار شکست نرم تر این نمونه نسبت به سایر نمونه ها را تأیید کرد.

آموزشکده فنی و حرفه ای سماد دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول

شرکت خشکه و فولاد پایتخت صنعتگران عزیز، افتخار داریم که سالها تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶