شرکت خشکه و فولاد پایتخت

وانادیم چیست؟-Vanadium-فولاد کربنی

وانادیم (Vanadium) یک عنصر شیمیایی با نماد V و عدد اتمی 23 است. این عنصر یک فلز واسطه سخت، خاکستری-نقره ای و شکل پذیر است. این عنصر به صورت فلز خالص به ندرت در طبیعت یافت می شود. اما پس از جداسازی مصنوعی، تشکیل لایه اکسید (غیرفعال سازی). تا حدودی فلز آزاد را در برابر اکسیداسیون بیشتر مقاوم می کند.

آندرس مانوئل دل ریو با تجزیه و تحلیل یک ماده معدنی جدید حاوی سرب. ترکیبات وانادیم را در مکزیک کشف کرد. که وی آن را «سرب قهوه ای» نامید. اگرچه وی در ابتدا تصور می کرد. که ویژگی های آن به دلیل وجود عنصر جدیدی است. اما بعدها توسط شیمیدان فرانسوی Hippolyte victor collet-Descotils به اشتباه متقاعد شد. که این عنصر فقط کروم است. سپس در سال 1830 نیلز گابریل سفستروم کلریدهای وانادیم را تولید کرد. و ثابت کرد که یک عنصر جدید وجود دارد. و با الهام از نام الهه زیبایی و باروری اسکاندیناوی، وانادیس (فریجا)، نام آن را «وانادیم» گذاشت.

این نامگذاری بر اساس طیف گسترده ای از رنگ های موجود در ترکیبات وانادیم و زیبایی آنها بود. بعدها کانی سرب دل ریو نیز به دلیل محتوای وانادیم آن، وانادینیت نامگذاری شد. در سال 1867 هنری انفیلد روزکو توانست عنصر خالص را بدست آورد.

Vanadium به طور طبیعی در حدود 65 ماده معدنی و در ذخایر سوخت فسیلی وجود دارد. در چین و روسیه از سرباره گدازگری فولاد تولید می شود.

کشورهای دیگر آن را مستقیماً از مگنیتیت، گرد و غبار دودکش روغن سنگین. یا به عنوان محصول جانبی استخراج اورانیوم تولید می کنند. این ماده عمدتاً برای تولید آلیاژهای فولادی خاص مانند فولاد تندبر و برخی از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود. مهمترین ترکیب صنعتی Vanadium، وانادیم پنتاکسید، به عنوان کاتالیزور برای تولید اسید سولفوریک استفاده می شود. باتری اکسایشی – کاهشی وانادیمی ممکن است. در آینده برای ذخیره انرژی یک کاربرد محسوب شود.

در تعداد کمی از موجودات زنده مقادیر زیادی از یون های وانادیم پیدا شده است. که احتمالاً یک توکسین است. اکسید و برخی نمک های دیگر Vanadiumسمیت متوسطی دارند. به خصوص در اقیانوس، Vanadium توسط برخی از اشکال حیات به عنوان مرکز فعال آنزیم ها استفاده می شود. مانند وانادیم بروموپراکسیداز برخی از جلبک های اقیانوس.

مشخصات وانادیم

وانادیم یک فلز با سختی متوسط، شکل پذیر و به رنگ آبی – فولادی است. رسانای الکتریکی و عایق حرارتی است. برخی منابع، Vanadium را «نرم» توصیف می کنند. شاید به این دلیل که شکل پذیر و انعطاف پذیر بوده و شکننده نیست. وانادیم از اکثر فلزات و فولادها سخت تر است. مقاومت خوبی در برای خوردگی دارد. و در برابر قلیاها و اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک پایدار است. در دمای حدود 630 درجه سلسیوس (933 کلوین) در هوا اکسید می شود. هر چند حتی در دمای اتاق نیز یک لایه غیر فعال بر روی آن شکل می گیرد.

فلز وانادیم از طریق یک فرآیند چند مرحله ای بدست می آید. که با تفت دادن سنگ معدن خرد شده با NaCl یا Na2Co3 در حدود 850 درجه سلسیون شروع می شود. تا به سدیم متاوانادات (NaVO3) تبدیل شود. یک محلول آبی از این عصاره اسیدی می گردد. تا «کیک قرمز» که یک نمک پلی وانادات است، ایجاد گردد. این نمک پلی وانادات توسط فلز کلسیم کاهش داده می شود. در تولید مقیاس کم به عنوان یک روش جایگزین، از هیدروژن یا منیزیم برای کاهش Vanadium پنتاکسید استفاده میشود. بسیاری از روشهای دیگر نیز استفاده می شود. که در همه آنها وانادیوم به عنوان محصول جانبی فرایندهای دیگر تولید می شود. خالص سازی وانادیوم توسط فرآیند میله کریستالی که توسط آنتوان ادوارد ون آرکل و یان هندریک دو بوئر. در سال 1925 توسعه یافته است، امکانپذیر است.

تقریباً 85% وانادیم تولید شده به عنوان فِرو وانادیم .(آلیاژی از آهن و Vanadium. که درصد Vanadium در آن در حدود 35 تا 85 درصد است. و برای افزودن وانادیم به فولاد مذاب استفاده می شود). برای افزودن به فولاد استفاده می شود. افزایش قابل توجه استحکام در فولاد حاوی مقادیر کمی وانادیم در اوایل قرن 20 کشف شد. وانادیم، نیتریدها و کاربیدهای پایدار تشکیل می دهد. و در نتیجه باعث افزایش قابل توجه مقاومت فولاد می شود.

از آن زمان به بعد، فولاد وانادیمی برای ساخت محورها، قاب های دوچرخه. میل لنگ، چرخ دنده ها و سایر اجزای مهم مورد استفاده قرار گرفت. دو گروه از آلیاژهای فولاد وانادیمی وجود دارد. آلیاژهای فولاد پُر کردن وانادیمی حاوی 0.15% تا 0.25% وانادیم هستند. و درصد Vanadium فولادهای تندبر (Hss) %1 تا 5% است. برای فولادهای تندبر می توان سختی بالای HRC 60 را بدست آورد. از فولاد ابزارها استفاده کرد. آلیاژهای متالورژی پودر حاوی 18% درصد Vanadium هستند. محتوای بالای کاربیدهای وانادیم در این آلیاژها مقاومت در برابر سایش را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. یکی از کاربردهای این آلیاژ ساخت ابزارها و چاقوها است.

آلیاژ یا هم جوشه چیست؟

آلیاژ معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، هم جوشه می تواند تک فاز یا جند فازی باشد. هدف از هم جوشه سازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و و غیره است. ویژگی های فیزیکی هم جوشه با نمودار فازی توصیف می شود.

معمولاً هم جوشه ها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می شوند. بر اساس تعداد عناصر، هم جوشه را دوتایی، سه تایی و غیره می نامند. برای بیان یک هم جوشه مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می رود. مثلاً ، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است. که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین 0.02 تا 2.14 درصد قابل تغییر است.

ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶

اینستاگرام: folad_paytakht

آهنگری یا Forging شکل دادن به فلز با استفاده از نیروهای فشاری محلی است. این ضربات معمولاً توسط یک چکش آهنگری با قالب اعمال می شود.

آهنگری

آهنگری یکی از کهنترین روش های فرم دهی فلزات می باشد. که در دوران گذشته فلز مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می کردند. و بعد با یک انبر آن را روی سندان نگه می داشتند. و چکش کاری می کردند. تا شکل مورد نظر را پیدا کند. و گاهی فلز گداخته را با چکش کاری در داخل یک قالب شکل می دادند. و فلز گداخته شکل قالب را به خود می گرفت.

فورجینگ اغلب طبق درجه حرارت طبقه بندی می شود. که عبارتند از

• آهنگری سرد – Cold Forging (یک نوع کار سرد)
• آهنگری گرم – Warm Forging
• آهنگری داغ – Hot Forging (یک نوع کار گرم)

برای نوع دوم، فلز به طور معمول در کوره آهنگری داغ می شود.

قطعات فورجینگ می توانند وزن کمتر از یک کیلوگرم تا صدها تن داشته باشند. محصولات سنتی ساخته شده از این فرآیند عبارت بودند از. وسایل آشپزخانه، سخت افزار، ابزار دستی، سلاح های لبه دار، سنج و جواهرات. از زمان انقلاب صنعتی ، قطعات فورجینگ شده در مکانیسم ها و ماشین آلات. به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. هرجا که یک جزء نیاز به استحکام بالا داشته باشد. چنین آهنگری ها معمولاً نیاز به پرداخت بیشتر (مانند ماشین کاری) برای رسیدن به یک قطعه نهایی دارد. امروزه آهنگری یکی از صنایع عمده جهان است.

نحوه عملکرد فرآیند

در روش آهنگری، قطعۀ اولیه که لقمه نامیده می شود در میان دو نیمۀ قالب قرار می گیرد. و نیرویی زیاد به صورت آرام و گاهی ضربه ای به آن وارد می شود. به این ترتیب قطعۀ گداخته در محیط قالب، شکل و فرم داخل قالب را به خود می گیرد. و فلز اضافی به حفرۀ فلاش وارد می شود که بعداً از قطعه جدا می شود. و دور ریز قطعۀ آهنگری شده محسوب می گردد.

پروسۀ فورجینگ معمولاً به صورت گرم انجام می گیرد و هر فلزی میزان حرارت مشخصی برای فورجینگ شدن دارد. در روش فورجینگ قطعۀ گداخته شده در کوره که به حرارت مشخص رسیده باشد. را در قالب می گذارند که بر اثر فشار، فرم قالب را به خود بگیرد. قطعات فورجینگ شده نسبت به روش های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آنها و… برای فورجینگ مناسب می باشند. برای فلزهایی مانند تیتانیوم به دلیل ضعیت بودن در انتقال حرارت، قالب و قطعه باید هم دما باشند. که این خود یک روش فورجینگ جدید به حساب می آید. زیرا مهندسین ناچار هستند قالب و خط تولید مخصوص این نوع از آهنگری طراحی کنند.

فولاد 1645 که به دلیل داشتن درصد کربن بالا، مقاومت و سختی آن بالاست. و مقاوم به استحکاک است -Carbon tool Steels

فولاد 1645

که این دو ویژگی از خواص مثبت آن به شمار می آید. از جمله خواص منفی دمای کاری پایین حداکثر 150 درجه سانتی گراد. احتمال ترک برداشتن و شکسته شدن و ماشین کاری ضعیف به دلیل دارا بودن کربن بالا. (هر چقدر عنصر کربن کمتر باشد، ماشین کاری بهبود می یابد) میتوان نام برد. فولادهای ابزار کربنی به دلیل درصد پایین عناصر آلیاژی از قیمت مناسبی برخوردار هستند.

نام های دیگر فولاد 1645

• C105W2
• 1.1645
• RB10
• PMH100
• K990
• POLDI4
• SK3
• U10-1
• AISC1645

کاربرد فولاد 1645

• مناسب برای ساخت تیغه های برشی
• ابزار سنگ تراشی برای سنگ های تخت
• قالب های برجسته کاری تو خالی و توپُر (قابلیت ماشین کاری بهتر نسبت به فولاد 1.1545)
• ابزار برجسته کاری
• قالب های برش و پانچ
• سنبه حروف و شماره ابزارهای براده برداری نظیر مغار

خواص فیزیکی فولاد 1.1645

• دمای پیش گرم: 150 الی 200 درجه سانتی گراد
• الکترود جوشکاری: W11018-G

عملیات حرارتی فولاد 1.1645

• 1000-800:Forging
• 710-680:Annealing
• 800-770:Hardening
• Quenching:Water

کاربرد: قالب های برشی و برجسته کاری، تیغه برشی، چکش های ضربه ای، رنده تراش، غلطک پرداخت، اره ها، ابزارها

فولادهای ابزار کربنی را با توجه به درصد کربن موجود در آن میتوان به سه گروه فولاد ابزار کربنی تقسیم کرد. فولادهای با کربن کم (سختی پذیری کم) کربن متوسط (استحکاک و سختی پذیری متوسط) و کربن زیاد (سختی بالا) تقسیم بندی کرد که هر کدام مناسب برای ساخت ابزارآلات برای صنایع مختلف می باشند. به طور مختصر می توان به استفاده فولاد ابزار کم کربن در ساخت قطعات مهندسی، ساختمان کشتی و راه آهن (با قابلیت جوش پذیری عالی).

فولاد ابزار کربن متوسط برای ساخت قطعات و اجزاء در صنایع، راه آهن، ماشین آلات و دستگاههای صنایع حمل و نقل. و از فولاد ابزار پر کربن برای ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت سایشی خوب دارند. مثل غلطک ها، ابزار آلات، ماشین آلات صنعتی اشاره نمود. علاوه بر موارد مذکور از فولادهای ابزار کربنی برای ساخت قطعاتی نظیر ابزار دستی. ابزارآلات کشاورزی، آچار پیچ مهره، مهره، چکش، پیچ گوشتی، آچار فرانسه، قالب های برش و پانچ سرد. قالب های برجسته کاری تو پُر و تو خالی و سایر ابزار آلات ساده استفاده کرد.

ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام

فولاد کربنی API 5L- فولاد ضد زنگ آستنیتی 316L-بررسی خوردگی توأم با تنش (SSC) در ناحیه haz در خطوط انتقال گاز ترش

در این تحقیق با هدف بررسی ترک های احتمالی که ایجاد شد. با بکار گیری از الکترودهای متفاوت و در نظر گرفتن متغیرهای عملیاتی. با ساختن قطعات آزمایش طبق استانداردهای مرتبط و از جنس لوله های مورد مصرف در مسیر گازهای ترش. که فولاد کربنی نوع API 5L و فولاد ضد زنگ آستنیتی نوع 316L می باشند. در پی یافتن میزان مقاومت به خوردگی تنشی و ترک های احتمالی به که به وجود آمد در ناحیه متأثر از حرارت جوش (HAZ). و در نتیجه کشف راه کاری مناسب به منظور حداقل رساندن این فرایند هستیم.

بررسی های میکروسکوپی بر روی نمونه ها در ناحیه تأثیر گذار گرمایی نشان می دهد. که اکثر نمونه ها در این ناحیه مستعد به تشکیل ترک های ناشی از خوردگی تنشی بوده. و ترکیبی از دو حالت ترک های میان دانه ای و بین دانه ای هستند. همچنین با افزایش میزان سولفور موجود در گاز ترش، ترک های میان دانه ای بیشتر و تأثیر گذارتری در نمونه ها مشاهده شد. نتایج نشان می دهد که کمترین ترک ها در استفاده از الکترودهای همسان با فلز پایه. از نظر ترکیبات شیمیایی و همچنین الکترودهای با درصد نیکل بالاتر نسبت به فلز پایه بوده است. همچنین تراکم ترک با توجه به مدت آزمایش 120 روز، و میزان سولفور در بیشتر نمونه های تحت تنش افزایش می یابد.

در ترک های ناشی از خوردگی تنشی دو نوع ترک کلی نمایان است. که شامل ترک های بین دانه ای، که در طول مرز دانه ها حرکت می کند، و ترک های میان دانه ای. که از داخل آنها عبور می کنند، می باشد.

نوع ترک بستگی به محیط خورنده و ساختمان فلز دارد. ترک خوردن معمولاً در جهت عمود بر تنش مورد اعمال اتفاق می افتد. هر فلز جهت وقوع ترک های ناشی از خوردگی تنشی نیاز به یک حد تنش کششی خاص و محیط خورنده ویژه دارد. به گونه ای که اگر تنش کششی اعمالی زیر این حد تنش خاص باشد، این نوع ترک ها رخ نمی دهند. در واقع هر چه استحکام کششی افزایش یابد مقاومت به ترک های ناشی از خوردگی تنشی نیز بهبود می یابد.

طراحی و انجام آزمایش

همانطوری که قبلاً اشاره شد هدف اصلی، بررسی رشد ترک در نواحی جوش در خطوط لوله انتقال گاز ترش در پالایشگاه ها می باشد. و با توجه به اینکه جنس این لوله ها طبق بررسی های مورد انجام. از منابع و نقشه های موجود از جنس فولاد کربنی نوع API 5L و فولاد آستنیتی نوع 316L می باشد، بدیهی است. که نمونه های انتخابی با توجه به فریضه اصلی که جنس آلیاژ ثابت است. باید از جنس فولاد با استاندارد NACE MR0175 و با همان خاصیت باشند.

بنابراین پس از انتخاب نوع فولاد، موضوعی که مطرح است. این است که بهترین راهکار و استاندارد جهت ساخت نمونه. که بتواند نتایج قابل قبولی را ارائه نماید. متناسب با تحقیق و تأیید شده انجمن ASTM هست. و راه حلی بسیار خوب برای تحلیل ترک ناشی از خوردگی تنشی باشد.

با توجه به اینکه در این استاندارد ابعاد و دیگر مشخصه های طراحی به طور کامل بیان شد. بنابراین تصمیم بر آن شد که طبق استاندارد فوق چندین نمونه از نمونه های مورد اندازه گیری. برش شوند و سایر عملیات ماشین کاری از قبیل سوراخ کاری، جوشکاری، خم کاری و غیره بر روی آنها انجام گیرد. حال نمونه های تولیدی، جهت قرار گیری در محیط واقعی برای بررسی های بعدی مهیا می شوند. جزئیات بیشتر نحوه ساخت نمونه ها و همچنین ترکیبات و نوع محیط در قسمت بعد بیان می شود.

نمونه آزمایش

پس از مشخص شدن نوع فولادها که همان فولاد کربنی نوع API 5L و فولاد آستنیتی نوع 316L. با ترکیبات شیمیایی طبق جدول شماره (1) و شماره (2) از جنس لوله و مخازن در شرایط واقعی می باشند. حال بررسی کار در شرایط آزمایشگاهی و تطابق آن با حالت واقعی. نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از استاندارد ASTM-G30 تهیه گردیدند. Standard Practice for making and using U-Bend Stress Corrosion test Specimens. این استاندارد، دستورالعمل ساخت و استفاده نمونه های خم U. مانند را برای ارزیابی ترک های ناشی از خوردگی تنشی در بین فلزات بیان می کند.

نمونه U معمولاً یک تسمه مستطیل شکل با اندازه های مشخص بکار می گیرند. که به میزان 180 درجه دور یک جسم شعاعی مشخص خم گردیده. و در هنگام آزمایش خوردگی تنشی به همین حالت کرنش ثابت باقی می ماند.

نمونه های تحت تنش سپس در محیط قرار داده شده و تا زمان ترک که ایجاد می شود، بدین صورت قرار می گیرند. این نمونه های U مانند ممکن است که برای هر آلیاژ فلزی بکار روند. منوط به اینکه به اندازه کافی خاصیت چکش خواری داشته باشند. تا بتوان آنها را به شکل U بدون هیچ گونه ترک مکانیکی، درآورد.

در اکثر موارد جهت ساخت این نمونه ها از نوار یا ورق فلزی استفاده می کنند. اما آنها میتوانند توسط مفتول هاف ورق های نازک فلزی و یا قطعات جوشکاری شده یا ماشینکاری شوند و نیز به کار روند. از مزیت های عمده این روش ساخت نمونه. ساده و اقتصادی بودن آنها می باشد. و برای تشخیص اختلاف های بزرگ بین مقاومت ترک های ناشی از خوردگی تنشی از : الف) فلزات مختلف در محیط های یکسان. ب) یک فلز در شرایط متالورژیکی متفاوت در یک محیط یکسان، ج) یک فلز در چندین محیط، بسیار مفید و مناسب می باشد.

در اینجا قبل از آزمایش. خلاصه ای از تأثیر ترک با توجه به ظرفیت تحمل فشار در خطوط لوله انتقال گاز به صورت تئوریکی نکاتی را یادآوری می نماییم.

ابتدا دو حالت ناشی از دو شکل عمق محدود و راه به در را بررسی می کنیم. نمودارهای ظرفیت تحمل فشار در خطوط لوله نفت و گاز بر حسب عوامل مختلف نشان دهندۀ تأثیر هر یک از این عوامل می باشد.

حالات مختلف عبارتند از :

ترک راه به در

فرض کنیم در راستای محور لوله یک ترک راه به در به طول 2C ایجاد شده است. فولیس (Folias) با تعریف پارامتری به نام و با رابطۀ عددی بی بعد به دست آورد.

که در این رابطه:

P: طول نرمالیزه شدۀ ترک

C: نصف طول ترک

Rm: شعاع میانی سطح مقطع لوله (میانگین شعاع داخلی و شعاع خارجی)

t: ضخامت دیوارۀ لوله

فولیس (Folias) سپس رابطه زیر را برای تحمل فشار ارائه نمود.

که در آن:

Pf: فشار واماندگی خط لوله

Y: تنش تسلیم می باشد

یک سال بعد اردوگان (Erdogan) رابطه ای دیگر پیشنهاد نمود که تطابق خوبی با رابطه فولیس (Folias) داشت:

ترک عمق محدود

حال فرض کنیم ترک حالت قبل راه به در نباشد، شکل شماره (1)، بلکه عمقی به اندازۀ a داشته باشد. کارتر (Carter) پیشنهاد داد که ظرفیت تحمل فشار با رابطۀ زیر محاسبه گردد.

در روابط بالا Ri و Ro به ترتیب شعاع های داخلی و خارجی لوله هستند. کارتر (Carter) بر خلاف روشی که فولیس (Folias) و اردوگان (Erdogan) به کار بردند. عبارت سمت چپ تساوی را بر حسب کسر بیان نکرد، در حالیکه پیش از او اوینگ (Ewing). ظرفیت تحمل فشار لولۀ دارای ترک عمق محدود را به صورت زیر بدست آورده بود:

نحوه آزمایش و آزمایشات متالوگرافی

ابتدا طبق جدول استاندارد ASTMM تعداد 12 عدد تسمه فلزی از جنس فولاد کربنی API 5L و فولاد آستنیتی ضد زنگ نوع 316L تهیه نموده. و دقیقاً در خط تقارن عرضی تسمه برش زده و باید آنرا به دو قسمت مساوی تقسیم نمود. هدف از این کار انجام جوشکاری بر روی محل برش تسمه، جهت اتصال مجدد دو نیمه به یکدیگر. و همچنین موضوع دیگر در این محدوده از اتصال جوش باید تحقیق انجام پذیرد. نمونه ها توسط 12 مدل الکترود مختلف جوشکاری سپس تحت عملیات تنش زدایی PWHT قرار داده شدند.

توسط پیچ و مهره نمونه ها تحت تنش نرمال قرار گرفتند تا شرایط یکسان تنش ثابت در خطوط لوله بر روی نمونه ها اعمال شود. جهت ادامه آزمایش 6 عدد از نمونه های تحت تنش (3 نمونه فولاد کربنی و 3 نمونه فولاد آستنیتی). را در محیط کار و مسیر کمکی خط لوله گاز ترش با میزان سولفور 2000PPM بصورت ثابت نصب کرده. و شیر منتهی به این خط را مقداری باز نموده. تا نمونه ها در معرض سیال هیدروکربنی قرار گیرند.

6 نمونه دیگر (3 نمونه فولاد کربنی و 3 نمونه فولاد آستنیتی) در همان شرایط ولی با میزان سولفور 500ppm تحت تنش در مسیر گاز ترش قرار گرفتند. تا پایان آزمایش که 120 روز طول کشید، نمونه ها چهار بار مورد بررسی قرار گرفتند و مورد مقایسه قرار گرفتند.

بعد از اتمام مدت زمان در که در نظر می گیرند، نمونه ها از سیال گازی خارج می نمایند. و پس از شستشو هر نمونه را به ترتیب در محدوده متأثر از حرارت جوش و فلز جوش، توسط اره، برش عرضی می دهند. سپس نمونه ها جهت آزمایش متالوگرافی، علامت گذاری می گردند و تک تک در نواحی مورد نظر توسط سوهان های سایشی متفاوت (آج بزرگ و کوچک) تا سطح صاف و صیقلی سوهان کاری شدند. در مرحله بعد ابا استفاده از سنگ سنباده یا کاغذ سنباده سطوح را کاملاً صیقلی کرده. و در نهایت توسط پاشش محلول AL203. اکسید آلومینیوم با اندازه دانه 0/050 میکرون توسط دو محلول مخصوص بوسیله یک پارچه نرم صیقل می دهند. و توسط میکروسکوپ در مقیاس های مختلف مورد بررسی قرار گرفتند. و عمل عکس برداری جهت بررسی ریزساختارها و مرز دانه ها و ترک های احتمالی انجام گرفت.

تجزیه و تحلیل

ریخت شناسی ترک

در این مطالعه و بررسی، تعدادی از ترک ها در سطح که برش می خورد نمونه ها آزمایش U شکل. در ناحیه متأثر از حرارت جوش انتشار پیدا کردند. تمامی عوامل را که برای تشکیل ترک ناشی از خوردگی تنشی لازم است، در این مطالعه مؤثر بوده اند. بعلاوه مشاهدات میکروسکوپی نشان می دهند. که در این نمونه ها، ترک ها به دو صورت بین دانه ای و میان دانه ای گسترش می یابند.

شکل شماره (2) نمایان گر این مطلب می باشد. اما از لحاظ کمی انتشار ترک های میان دانه ای بیشتر و وسیع تر بوده است. مانند شکل (3) که این دلیلی بر مستعد بودن اینگونه فولادهای زنگ نزن آستنیتی. به ترک های میان دانه ای از روی مرزدانه ها و دانه ها عبور می کنند. در صورتی که ترک های بین دانه ای در طول مرز دانه ها عبور می نمایند. شکل (4) ترک های بین دانه ای را نشان می دهد.

بعضی از ترک های میان دانه ای دارای یک نوک هستند. و معمولاً از خود یک مسیر خوردگی مشهود در طول خط شکست نشان می دهند. به نظر می رسد که نسبت زمان تأخیر قبل از تشکیل ترک. با شروع حفره ها و مسیرهای خوردگی که از قبل موجود است وجود دارد. همچنین بیشتر ترک ها دارای مسیرهای انشعابی هستند و از مسیر اصلی خود انحراف یافتند.

یک تغییر محلی در ریزساختار در جلوی نوک ترک می تواند باعث انحراف ترک گردد. زیرا تغییر مسیر و انحراف ترک به ساختار ریزدانه ای مرتبط است. در دانه های آستنیتی ترک ها به هر دو صورت میان دانه ای و بین دانه ای رشد می کنند. و یک تغییر مسیر در ریزساختارف بعنوان مثال وجود یک ناحیه وسیع آستنیتی نسبت به یک ناحیه فریتی. در جلوی نوک ترک باعث انحراف مسیر ترک می گردد.

پارامترهای جوشکاری

در نمونه های آزمایش مشخص گردید که همه آنها در ناحیه تأثیر پذیر گرمایی جوش (HAZ) مستعد به تشکیل ترک بوده. و حتی حفره های متعدد نیز ایجاد می شود. لذا پارامترهای فوق در تشکیل این ترک ها مؤثر بوده اند. با توجه به این که همه این پارامترها برای نمونه ها یکسان در مد نظر قرار گرفتند. استفاده از آلیاژهای کم کربن (شاخه L). در الکترودها خطر حساس سازی را بوسیله کند کردن واکنش، و به حداقل رساندن رسوب کاربید، به حداقل می رساند. حتی تنشهای پسماند در ناحیه متأثر از حرارت نیز ممکن است باعث تشدید واکنش تشکیل رسوب گردد.

فولاد کربنی API 5L

همچنین شکل گرده جوش به صورت محدب انتخاب گردید که در این روش احتمال تشکیل ترک در هنگام سرد شدن ناچیز و کمتر است. شکل شماره (5) ساختار میکروسکپی جوش را نشان می دهد. نسبت پهنا به عمق نیز 2 به 1 در مد نظر قرار گرفت که این مقدار باعث تشکیل ترک در امتداد سطح نمی شود. در فرآیند جوشکاری از جریان جوش بالا و سرعت های جوش پایین که باعث کاهش میزان سردکاری می شود. و همچنین احتمال تشکیل ترک های زیر جوشی و پای جوش را به حداقل می رساند، نیز استفاده گردید.

بررسی نقش الکترود و ترکیبات آلیاژی

در این بررسی از 12 نمونه الکترود مختلف، طبق جداول شماره (3) و (4) در شاخه های فولادی آستنیتی و کربنی بکار رفت. که قطر این الکترودها به نسبت ضخامت قطعه مناسب هستند (25 میلی متر). و هر کدام با توجه به ترکیبات خاص خود تأثیر مفید و یا نامطلوب در عملکرد جوشکاری داشته اند.

جدول شمار (5) و (6) با توجه به نوع الکترود ها در محیط های مختلف با میزان سولفور متفاوت در گاز ترش. مشخصات ترک های موجود نمایان است. بعنوان مثال الکترود E310-15 که در دو نمونه آزمایشی از آن به عنوان فلز جوش به کار رفت. دارای درصد نیکل بیشتری در حدود 20% نسبت به فلز پایه می باشد. در نتیجه جوش تولیدی به دلیل دریافت نیکل از فلز جوش در اینجا محتوی هیچ فریتی در محل ریشه جوش نیست. در نتیجه عدم وجود فریت سبب ایجاد حساسیت جوش و ناحیه HAZ آن به ترک خوردگی می گردد.

معمولاً فلز جوش در فولادهای زنگ نزن آستنیتی یک ساختار ترد با 2 الی 10 درصد فریت در شبکه آستنیتی دارند. و در الکترود E7010-PI بیشترین نوع ترک میان دانه ای و بین دانه ای مشاهده گردید. که دلیل اصلی آن مقاومت ضعیف این نوع الکترود نسبت به تنش و میزان ترکیب زیاد کربن در آلیاژ این الکترود. نسبت به سایر الکترودها می باشد. اشکال (6) و (7) نشانگر این مدعی است.

فولاد کربنی API 5L

کمترین ترک در نمونه با الکترود E316L-15 به تشکیل می یابند. که این می تواند به دلیل همخوانی بسیار نزدیک درصدی آلیاژی فلز جوش و فلز پایه باشد. این پدیده در مورد فولادهای شاخه 304 نیز صادق است. زیرا در عمل اینگونه فولادها را با الکترود آستنیتی E-308 جوشکاری می کنند. همچنین در نمونه جوشی با الکترودو E309L-16 در نمونه تنش ثابت، ترک های کمتری مشاهده گردیده است.

و این می تواند به دلیل درصد نیکل و کروم بالای این الکترود باشد. در هر حال بنظر می رسد که تطابق آلیاژی فلز پایه و فلز جوش. یکی از عوامل مؤثر بهبود در ترک های مورد تشکیل ناشی از خوردگی تنشی می باشد. همچنین درصد ترکیبات آلیاژی الکترودها مانند مقدار نیکل بالا یا کربن پایین. یکی از عوامل مهم در جلوگیری از ترک های ناشی از خوردگی تنشی می باشد.

تنها نمونه ای که ترکی در آن نمایان نگردید، نمونه مورد جوشکاری با الکترود ER-70S3 می باشد. که بالاترین نوع مقاومت و بیشترین استحکام را تحت تنش در محیط خورنده از خود نشان داده است.

تأثیر تنش و عوامل محیطی

در نمونه های آزمایش شده با توجه به ساختار ریز دانه های آنها می توان دریافت. که با توجه به ترک های بوجود آمده سطح نمونه ها ظاهر ترد و شکننده به خود گرفته اند. و در این هنگام یک حرکت و جابجایی در تعدادی از دانه ها اتفاق افتاده است. کم کردن نوسانات مقدار حد آستانه را برای شروع ترک کم کرده و باعث افزایش میل به این گونه ترک ها می شود. مشاهده شد که با افزایش سولفور موجود در گاز ترش در نمونه های مورد آزمایش، ترک های ناشی از خوردگی تنشی بسیار محسوس تر بودند.

اما در نمونه های تحت تنش با میزان سولفور کمتر، سرعت رشد ترک به نسبت نمونه های دیگر کندتر و تابعی از زمان نیز بود. عوامل محیطی نیز از دیگر عوامل بروز ترک های ناشی از خوردگی تنشی می باشد. که با کمک تنش و ساختار آلیاژی این پدیده را تشدید می کنند. آب در نفت خام وجود دارد و حذف کامل آن مشکل است. آب به عنوان یک الکترولیت عمل نموده و باعث خوردگی می شود و همچنین اب باعث هیدرولیزه شدن مواد دیگر بویژه کلریدها میشود. بنابراین یک محیط اسیدی بوجود می آورد که با کمک تنش، عامل مخرب خواهد بود.

فولاد کربنی API 5L

موادی که در نمونه های مورد بررسی تأثیر گذار بودند، آب شور و کلریدها، سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن و نیتروژن بوده است. ترک های ناشی از خوردگی تنشی ناشی از سولفید هیدروژن موجود در گاز. یک حالت ترکیبی از ترک میان دانه ای و بین دانه ای است. هیدرو کربن های گازی محتوی مقدار خیلی زیادی آب شور و گوگرد در شکل مرکاپتان با فرمول R-SH بودند. هر چند که این دو عامل توسط فرآیند های شیمیایی. مانند افزودن کاستیک سودا جهت حذف مرکاپتان و یا چند فازی کردن آب در دماهای مختلف جهت حذف آب شور به حداقل می رسند. اما به مقدار کم در گاز وجود دارند. که خود عاملی جهت بوجود آمدن خوردگی در مکان های مستعد می باشد.

نتیجه گیری

با توجه به مطالب و مطالعات مورد انجام که سپس بررسی شد. میتوان دریافت که عوامل عمده پیدایش ترک های ناشی از خوردگی تنشی در ساختارهای فولادی، سه عامل موادف تنش و محیط هستند. بنابراین شیوه ها و تکنیک های مهم که باعث کسب حداقل این فرآیند می گردد باید بکار روند. در این بررسی با استفاده از نمونه های استاندارد U شکل و انجام فرآیند جوشکاری بر روی این نمونه ها. با توجه به الکترودهای مختلف، تأثیر عوامل محیطی موجود در فرآیند پالایشگاه های گاز ترش بر روی نواحی جوش خطوط لوله پایش و بررسی گردیدند.

فولاد کربنی API 5L

سیالات خورنده موجود در گاز از قبیل سولفید هیدروژن، مرکاپتانها و آب های شور مخلوط شده در گازهای منتقل شونده. به کمک تنشهای موجود از عوامل مهم در ایجاد پدیده ترک های ناشی از خوردگی تنشی در ناحیه متأثر از حرارت جوش می باشد. کمترین ترک ها در استفاده از الکترودهای همسان با فلز پایه از نظر ترکیبات شیمیایی و همچنین درصد بالاتر نیکل الکترودها. نسبت به فلز پایه در ناحیه جوش نمونه های آزمایشی قابل مشاهده است.اکثر ترک های مورد ایجاد خصوصاً در نمونه های تحت آزمایش در گاز ترش با میزان سولفور بیشتر. از نوع ترک های ناشی از خوردگی تنشی میان دانه ای در ناحیه متأثر از حرارت جوش بوده اند.

از آنجاییکه گرمای جوش غالباً در منطقه جوش متمرکز می شود. چنین استنباط می گردد که کرنش و تغییر شکل مورد ایجاد. در هنگام عملیات جوشکاری می تواند سبب شکست و یا ایجاد تنش پسماند شود. این تنش های پسماند در شروع تولید ترک حائز اهمیت می باشند. استفاده از آلیاژهای کم کربن شاخه L در الکترودها، خطر حساس سازی را بوسیله کند کردن واکنش. و به باعث کسب حداقلی رسوب کاربیدهای که غنی می شوند. از کروم در راستای مرزدانه ها به حداقل می رساند.

نتیجه اینکه باعث کند شدن مسیر رشد ترک های ناشی از خوردگی تنشی در منطقه تأثیر گذار گرمایی جوش می شوند. گرمای اعمالی میزان سرد شدن در جوش دو پارامتر عمده تأثیر گذار بر روی مقاومت جوش در برابر ترک های ناشی از خوردگی تنشی و همچنین پدیده حفره دار شدن می باشد. حرارت اعمالی خیلی زیاد و میزان سرد شدن کم، سبب تفکیک عناصر آلیاژی و تشکیل مناطق خالی از کروم است. و باعث کاهش مقاومت نسبت به خوردگی موضعی می شود.

جلیل جمالی، حسین اسماعیلی مزیدی، محمد عامل کاشی پز.دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر. دانشکده مکانیک-دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات خمین.بندر عسلویه مجتمع گاز پارس جنوبی پالایشگاه چهارم

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

تشکیل لایۀ کاربید کروم بر روی سطح فولاد 1020 AISI کربن. مورد قرار گیری با استفاده از روش نفوذ فعال حرارتی (TRD) و بررسی سینتیک آن

فولاد 1020

خصوصیات لایه کاربیدی که بر روی فلزات و آلیاژها از طریق روش نفوذ فعال حرارتی (TRD) به وجود می آید. شامل مقاومت به سایش، اکسیداسیون، خوردگی و نیز افزایش سختی سطح آنها می باشد. در تحقیق حاضر، سینتیک تشکیل لایه کاربید کروم بر روی فولاد AISI 1020 کربن می دهند که با استفاده از روش حمام نمک مذاب. در دمای 900، 1000 و 1100ºC به مدت 3 تا 9 ساعت مورد مطالعه قرار گرفت.

با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، حضور فاز Cr7C3 بر روی سطح فولاد تأیید شد. نتایج حاصل از مشاهدات سطح مقطع نمونه ها. با استفاده از تصاویر حاصل از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM)، نشان داد. که یک لایه کاربید کروم پیوسته و نسبتاً یکنواخت بر روی سطح فولاد متشکل است. میکروسختی سطح فولاد پوشش داده شده در محدوده 1321-530 ویکرز (با نیروی 200 گرم) به دست آمد.

بررسی سینتیکی لایه کاربیدی نشان داد. که یک رابطه سهمی شکل بین ضخامت لایه کاربیدی و زمان غوطه وری نمون ها در حمام نمک مذاب وجود دارد. همچنین بر این، انرژی فعال سازی لازم برای این فرآیند برابر با Kj/mol 97/78 حاصل شد. برای پیش بینی ضخامت لایۀ کاربیدی و میکروسختی سطح فولاد از طریق پارامترهاهی فرآیند، نمودارهای ایزوضخامت و ایزوسختی پیشنهاد گردید. همچنین امکان استفاده از یک سری روابط ریاضی برای پیش بینی ضخامت لایه کاربیدی و میکروسختی سطح بررسی گردید.

امروزه فرآیندهای تولید برای بهبود کارآیی قطعات صنعتی با سرعت بالایی در حال پیشرفت می باشند. به نحوی که این قطعات دارای پایداری ابعادی مناسب، استحکام مکانیکی زیاد، به همراه خواص سایشی و خوردگی عالی باشند. یکی از روش های دستیابی به این خواسته ها ایجاد یک لایه سخت و مقاوم به سایش و خوردگی. بر روی یک ماده با استحکام کافی می باشد. در سه دهه اخیر، به اثبات رسید که ایجاد پوشش های سرامیکی، مؤثرترین روش برای افزایش عمر و مقاومت ابزار برش. و دیگر اجزای ماشین آلات در مقابل سایش و خوردگی می باشد. این پوشش ها شامل نیتریدها، کاربیدها و کاربونیتریدهای فلزات انتقالی هستند.

برای تولید چنین پوشش هایی از فرآیندهای متفاوتی استفاده می شود. دو مورد از این فرآیندها شامل فرآیندهای رسوب شیمیایی بخار و رسوب فیزیکی بخار می باشند. که به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. فرآیند سوم، روش نفوذ فعال حرارتی (Thermal Reactive Diffusion) می باشد. که برای تهیه پوشش های کاربیدی، نیتریدی و یا کاربونیتریدی بر روی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش نحوه تشکیل پوشش به این صورت است که عناصر تشکیل دهنده کاربید از جمله کروم، وانادیم، نایوبیم و … از بیرون برای قطعه تأمین می شود.

این عناصر با کربن یا نیتروژن موجود در قطعه وارد واکنش می شوند. تا لایه ای سخت از جنس کاربید، نیترید و یا کاربونیترید بر روی سطح قطعه تشکیل گردد. چنانچه قطعه، کربن یا نیتروژن کافی برای تشکیل کاربید و یا نیترید را نداشته باشد. (این مقدار برای کربن حدود 0/3 درصد وزنی ذکر شده است). قطعه قبل از این که تحت روش نفوذ فعال حرارتی قرار بگیرد بایستی تحت عملیات کربن دهی و یا نیتروژن دهی قرار گیرد.

امروزه از پوشش های حاوی کروم برای افزایش سختی سطوح فلزات و آلیاژها و همچنین مقاومت به سایش و خوردگی آنها استفاده می گردد. از میان این پوشش ها، پوشش های نفوذی کروم که از طریق روش نفوذ فعال حرارتی (حمام نمک مذاب) به وجود می آیند. دارای اهمیت خاصی می باشند.

تشکیل لایه بین فلزی بر روی سطح فلزات و آلیاژها در حمام مذاب از قوانین نفوذ و واکنش (reaction and diffusion laws) تبعیت می کند. تلاش های مختلفی برای کم کردن این پدیده و یا به عبارتی تخمین ضخامت لایه سخت. با گذشت زمان و همچنین تغییر دما صورت گرفته است. این تلاش ها نشان می دهد که رشد لایه بین فلزی (از جمله کاربید کروم) را رابطه سینتیکی:

d=k’ . t n

پیروی می کند. در این رابطه d ضخامت لایه بین فلزی، t زمان فرایند، ‘k و n به ترتیب ثابت رشد و نمای سینتیکی می باشند. در رابطه مورد بیان، چنانچه n نزدیک به 0/5 باشد (قانون کلاسیک سینتیک) آنگاه رشد لایه توسط نفوذ و چنانچه نزدیک به 1 باشد. آن گاه رشد لایه توسط واکنش بین اجزاءف کنترل می شود. افزون بر این، در برخی از تحقیقات برای پیش بینی ضخامت لایه. بین فلزی که تشکیل گردید با توجه به دما و زمان غوطه وری در حمام. علاوه بر تئوری سینتیک، از روابط ریاضی دیگری نیز به کارگیری شد.

در ضمن در بعضی از این تحقیقات نیز از نمودارهای مرسوم به نمودارهای ایزو-ضخامت (isothickness). و ایزو میکروسختی (isomicrohardness) که از اطلاعات تجربی به دست می آیند، بکارگیری و گزارش گردیدند. بر اساس این روابط ریاضی و نمودارها می توان ضخامت لایه پوشش (کاربید کروم) و میکروسختی سطح نمودارها را در دماها. و زمان هایی به غیر از زمان و دمای پوشش دهی مورد آزمایش، به دست آورد. این روابط ریاضی و نمودارها بر خلاف رابطه سینتیکی که بیان شد. مفهوم فیزیکی نداشته و صرفاً ابزارهایی برای تخمین مقادیر ضخامت پوشش کاربید کروم و همچنین میکروسختی سطح نمونه ها می باشند.

سینتیک تشکیل و رشد پشش کاربید کروم بر روی فولاد AISI D2. و نیز پوشش نیترید تیتانیم بر روی فولاد AISI 1020 با استفاده از فرآیند سمانتاسیون پودری. به ترتیب توسط S.sen و U.sen مورد بررسی قرار گرفت. و انرژی فعال سازی آنها به ترتیب 278 و kj/mol 187 محاسبه گردید.

هدف تحقیق حاضر، تشکیل پوشش کاربید کروم بر روی فولاد AISI 1020 کربن داده شده. با استفاده از روش نفوذ فعال حرارتی و مطالعه سینتیک این روش می باشد. افزون بر این، از تعدادی روابط ریاضی برای پیش بینی ضخامت لایه کاربیدی و میکروسختی سطح بکارگیری شد. در نهایت روابط حاصل با نتایج تجربی و رابطه حاصل از تئوری کلاسیک سینتیک مقایسه گردیدند.

روش انجام تحقیق

در این بررسی، از نمونه های استوانه ای از جنس فولاد 1020 AISI. با قطر 12 و ارتفاع 20 میلیمتر (که ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است) استفاده شد. ابتدا نمونه های فولادی تهیه شده. در مخلوط پودری 90 درصد کربنات باریم و 10 درصد زغال چوب در دمای 1000ºC و به مدت 5 ساعت کربن دهی شدند. سپس هر کدام از نمونه ها در حمام نمک. شامل بوراکس و 10 درصد وزنی پودر کروم در دماهای 900، 1000 و 1100ºC به مدت زمان های 3،6 و 9 ساعت پوشش دهی شدند. نمونه ها بعد از کروم دهی از کوره مقاومتی خارج شدند و در هوا سرد گردیدند.

جدول 1 ترکیب شیمیایی فولاد ساده کربی مورد استفاده در تهیه نمونه ها (اعداد بر حسب درصد وزنی می باشند)

سطح مقطع نمونه های پوشش داده شده، پس از آماده سازی. توسط میکروسکوپ نوری (نوع Union مدل Versamet II) و الکترونی روبشی (TESCAN) مجهز به EDS، تحت آنالیز ساختاری و عنصری قرار گرفتند. آنالیز فازی نیز توسط دستگاه XRD، برای مشخص شدن فازهای موجود در پوشش و نوع کاربید تشکیل شده انجام شد. برای این آنالیز از Ka عنصر مس با طول موج Å 1/542 در محدوده زاویه (2θ)، 20 تا 100 درجه استفاده گردید. ضخامت لایه کاربیدی با استفاده از تصاویر متالوگرافی و با کمک نرم افزار آنالیز کننده تصویر Clemex اندازه گیری شد. همچنین میکروسختی سطح نمونه ها با استفاده از میکروسختی سنج ویکرز (BUEHLER) با اعمال نیروی 200 گرم و زمان 15 ثانیه حاصل شد.

نتایج و بحث

بررسی مشخصات پوشش، نتایج مورد حاصل از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، نشان می دهد. که لایه کاربید متشکل بر روی نمونه ها، مداوم و نسبتاً یکنواخت می باشد. (شکل1)، ضخامت لایه کاربیدی، نسبت به دما و زمان غوطهه وری نمونه ها در حمام، در محدوده 4/2 (برای 900ºC به مدت 3 ساعت). تا 14/5 میکرون (برای 1100ºC به مدت 9 ساعت) قرار دارد، (شکل2).

فولاد 1020

همچنین میکروسختی سطح نمونه ها در محدوده 530 تا 1321 ویکرز (نیروی 200 گرم) قرار داد، (شکل3). با بررسی شکل های (2و3) مشاهده می شود که با افزایش دمای پوشش دهی در یک زمان خاص. مقدار ضخامت لایه کاربید و میکروسختی سطح افزایش می یابد. البته این موضوع در مورد یک دمای خاص و برای زمان های مختلف نیز صادق است.

شکل 1 ریزساختار سطح مقطع نمونه های مورد پوشش. دما و زمان غوطه وری الف) 900ºC و 3 ساعت، ب) 1100ºC و 9 ساعت ج) تصویر مورد حاصل از SEM از سطح مقطع.

نکته دیگری که بایستی بیان شود این است که در واقع پوشش تشکیل شده. بر روی سطح نمونه ها متشکل از دو لایه، یکی لایه کاربید کروم و دیگری محلول جامد کروم و آهن می باشد. کاربید کروم متشکل بر روی سطح از نوع Cr7C3 هست. که توسط نتایج XRD حاصل گردید، (شکل4).

استدلالی که برای تشخیص لایه کاربید کروم از نوع Cr7C3 بکاری گیری شد از قرار زیر می باشد.

بعنوان مثال چنانچه تصویر الف شکل (1) (نمونه مهیا در دمای 900 و زمان 3 ساعت) در نظر گیری شود. ملاحظه می گردد که بر روی سطح، لایه ای سفید رنگ معلوم و مشخص است. که این لایه در مقابل محلول اچ مقاوم است و به عبارتی دچار خوردگی نشد.

این تصویر، حکایت از وجود ماده ای متفاوت از جنس زیر لایه در سطح نمونه دارد. تفسیر الگوی پراش مورد حاصل از سطح همین نمونه، شکل (4). امکان حضور فازهای Cr7C3،کروم خالص و آهن آلفای خالص را محتمل می داند. حال با توجه به آنالیز خطی عنصری شکل (5) و آنالیزهای نقطه ای مورد انجام از سطح این نمونه مشاهده می شود.

که در هیچ نقطه از سطح، عناصر کروم و آهن به صورت صد در صد و خالص وجود نداشته. و به همین دلیل حضور این دو فاز (کروم و آهن خالص) در سطح امکان نداشته و مردود می باشد. به همین دلیل با توجه به تفسیر الگوی پراش اشعه ایکس، تنها فاز باقیمانده Cr7C3 بوده. که به دلیل وجود مقدار بالای کروم در آن، در مقابل خورندگی محلول اچ مقاوم می باشد. و به همین علت کاملاً روشن نمایان می شود، شکل (1).

فولاد 1020

نکته ای که بایستی در مورد سختی سنجی سطح نمونه ها به آن اشاره شود. این است که سختی مورد اندازه گیری مربوط به سطح نمونه ها که شامل لایه پوشش می باشد. بوده و این سختی مختص لایه پوشش یا کاربیدی نیست. این بدان معناست که فرضاً سختی 1321 ویکرز مورد اندازه گیری، برای کاربید Cr7C3 (لایه پوشش) نیست. بلکه مربوط به سطح نمونه است. که در اثر حضور فاز سخت کاربیدی Cr7C3، سختی آن نسبت به حالت اولیه (130 ویکرز) افزایش پیدا کرده است.

به نظر می رسد اگر شرایط به گونه ای انتخاب شود. که فرو روندۀ دستگاه میکروسختی سنج به هنگام اندازه گیری سختی کاملاً با لایه پوشش درگیر باشد. آن گاه می توان سختی مورد اندازه گیری را به لایه پوشش نسبت داد. ولی در شرایط مورد انجام در این تحقیق، نیروی 200 گرم و زمان 15 ثانیه شرایطی نیست. که فرو رونده فقط در لایه کاربید بماند. و به زیر لایه کاربیدی نفوذ نکرده باشد. حال با تصویر چنین وضعی، هرچه ضخامت لایه کاربیدی بیشتر باشد. در نتیجه فرو رونده دستگاه میکروسختی سنج بیشتر با آن درگیر بوده. و به همین دلیل سختی مورد اندازه گیری مقدار بیشتری دارد.

لایه محلول جامد در زیر لایه کاربید قرار می گیرد. (تصویر به شکل 1)، و تا جایی ادامه می یابد. که مقدار کروم موجود در لایه با مقدار کروم موجود در زمینه برابر گردد (شکل5).

با توجه به اطلاعات مشخص و معلوم در شکل های (2) و (3)، می توان نمودارهایی مطابق شکل (6). به کمک نرم افزار Sigmaplot7.0 استخراج نمود که محورهای آن، پارامترهای فرآیند پوشش دهی باشند. از این نمودارها می توان برای پیش بینی ضخامت لایه کاربید کروم و همچنین میکروسختی سطح نمونه. در شرایط دمایی و زمانی به غیر از دماها و زمان های آزمایش شده استفاده نمود.

همچنین می توان یک سری روابط ریاضی مانند روابط سهموی، گوسین و لورنتزین. را بر داده های موجود با استفاده از نرم افزار Sigmaplot7.0 انطباق داد.نتایج این کار در جدول (2) ارائه شده است. در روابط موجود در جدول (2)، 1 ضخامت لایه کاربیدی (میکرون)، h میکروسختی سطح نمونه ها (ویکرز)، t زمان پوشش دهی (ساعت). T دمای پوشش دهی (کلوین)، R ضریب همبستگی ، a,b,c,d,،x0,y0 ثابت مربوط به هر فرمول می باشند.

با توجه به ضرایب همبستگی مورد محاسبه، ملاحظه می گردد. که روابط گوسین و لورنتزین، نسبت به رابطه سهموی با دقت بیشتری ضخامت و میکروسختی سطحی نمونه ها را تقویت می کنند. اهمیت روابط مورد محاسبه و نمودارهای شکل (6) در عمل ملاحظه می شود. چرا که با استفاده از این موارد می توان ضخامت و میکروسختی سطح را تحت شرایط (دما و زمان) خاص پیش بینی نمود. و یا اینکه برای حصول ضخامت و میکروسختی مورد نظر، شرایط پوشش دهی را در حمام مذاب 10 درصد وزنی کروم در بوراکس محاسبه نمود.

شکل 6 نمودارهای الف) ایزو ضخامت لایه کاربید کروم بر روی فولاد 1020 AISI کربن داده شده. و ب) ایزو میکروسختی سطح آن نسبت به دمای حمام و زمان پوشش دهی.

محاسبه انرژی فعال سازی. اگر از طرفین رابطه سینتیکی (1) لگاریتم گیری شود رابطه زیر به دست می آید:

Ln(d)=L(k’)+n.Ln(t)

از رابطه فوق برای محاسبه n استفاده می شود. بدین ترتیب که چنانچه لگاریتم ضخامت پوشش بر حسب لگاریتم زمانن پوشش دهی در یک دمای معین رسم گردد. آن گاه شیب خط مورد حاصل برابر با n می باشد. این کار برای اطلاعات این تحقیق انجام گردید و نتایج آن در شکل (7) نمایان و مشخص است.

با توجه به ضرایب همبستگی مورد محاسبه (R2) ملاحظه می شود. که اولاً منحنی ها رفتار خطی داشته و ثانیاً شیب آن ها (n) تقریباً برابر با 0/5 می باشد. این بدان معناست که رشد لایه کاربید کروم بر روی فولاد 1020 AISI توسط نفوذ عناصر سازنده آن کنترل می شود. و همچنین رشد آن از قانون سینتیک کلاسیک (رابطه 3) تبعیت می کند. در این تئوری، عمق نفوذ (مجذور ضخامت لایه کاربیدی) به عنوان تابعی از زمان فرآیند در نظر می گیرند.

d2 = k . t

جدول 2 روابط ریاضی مورد محاسبه برای تخمین ضخامت لایه کاربید کروم و میکروسختی سطح

در رابطه (3)، k ثابت سرعت رشد لایه کاربیدی است. که وابسته به دما می باشد. برای به دست آوری مقدار k بایستی ابتدا نمودار مجذور ضخامت لایه کاربیدی را بر حسب زمان پوشش دهی رسم نماییم. و سپس شیب منحنی را به دست آوریم (شکل8).

دیمانسیون ثابت سرعت رشد لایه کاربیدی برابر با L2/t می باشد. که با دیمانسیون ضریب نفوذ عناصر یکسان می باشد. در رابطه مربوط به قانون اول فیک

ترکیب شیمیایی در واحد حجم، x فاصله و J دبی جریان یک عنصر در واحد سطح و زمان)، D ضریب نفوذ بوده. و دیمانسیون آن برابر با L2/t است. این بدان معناست که ثابت سرعت رشد و ضریب نفوذ از یک جنس بوده. و بنابراین ثابت سرعت رشد لایه کاربیدی با دما رابطه آرنیوسی دارد.

در رابطه مذکور، T دما (کلوین)، R ثابت جهانی گازها (J/mo1k)، Q انرژی فعال سازی (J/mo1) و kº یک ثابت می باشد.

چنانچه از طرفین رابطه (4) لگاریتم گرفته شود، رابطه (5) به دست خواهد آمد.

ثواب سرعت رشد که محاسبه شد. برای دماهای 900، 1000 و 1100ºC به ترتیب برابر با 5/67×12- 10، 1/87 × 11- 10 و m2/h 2/39×10-11 می باشند. با رسم نمودار Ln(k) بر حسب معکوس دما می توان انرژی فعال سازی لازم. برای فرآیند تشکیل کاربید کروم در حمام نمک مذاب را به دست آورد، (شکل9). تفسیر مقدار مورد حاصل به این صورت است. که برای شروع تشکیل یک مول از کاربید کروم بر روی فولاد 1020 AISI کربن داده شده. از طریق حمام مذاب 10 درصد وزنی پودر کروم در بوراکس، بایستی مقدار 97/781 KJ انرژی به سیستم می شود.

با بدست آوری Q و kº می توان با ادغام روابط (3) و (4) ضخامت لایه کاربیدی را. با گذشت زمان در یک دمای معین. از طریق رابطه زیر محاسبه نمود.

در رابطه فوق ضخامت لایه کاربیدی بر حسب متر می باشد. برای ارزیابی روابط گوسین و لورنتزین و رابطه مورد حاصل از سینتیک کلاسیک رابطه (6)، در شکل (10) مقایسه ای بین روابط محاسبه میشود. و اطلاعات تجربی در دمای 1273k صورت پذیرفت. همانگونه که از شکل پیداست، روابط گوسین و لورنتزین تقریباً بر یکدیگر منطبق است. و هر دو تطبق بسیار مناسبی با نقاط مورد اندازه گیری نشان می دهند. رابطه سهموی در مقایسه با دیگر روابط، نامناسب ترین تقریب را ارائه می دهد.

نتیجه گیری

1- هنگامی که از حمام مذاب شامل بوراکس و پودر فلزی خالص برای پوشش دهی استفاده می شود. یک لایه کاربید کروم از نوع Cr7C3 بر روی فولاد 1020 AISI کربن داده شده تشکیل می گردد.

2- بررسی های میکروساختاری سطح مقطع نمونه ها، نشان داد. که پوشش نمونه ها شامل دو لایه کاربیدی و لایه محلول جامد زیر سطحی است. و مغز قطعه فریتی پرلیتی می باشد.

3- میکروسختی سطح نمونه های پوشش داده شده با افزایش دما افزایش می یابد. و می توان از روابط گوسین و لورنتزین جدول (2) برای پیش بینی آن استفاده نمود. ضخامت لایه کاربیدی متشکل بر روی نمونه ها با افزایش دمای فرآیند و زمان پوشش دهی، افزایش می یابد. برای تخمین ضخامت لایه کاربید، روابط ریاضی گوسین و لورنتزین که ارائه گردید. در جدول (2) رابطه مورد حاصل از سینتیک کلاسیک (رابطه) پیشنهاد می گردد.

4- رشد لایه کاربید کروم بر روی فولاد 1020 AISI در حمام مذاب توسط نفوذ اجرای تشکیل دهنده آن کنترل می شود. انرژی فعال سازی لازم برای تشکیل این لایه کاربید کروم بر روی فولاد کربن داده شده در حمام مذاب. شامل 10 درصد وزنی پودر کروم در بوراکس، تقریباً 97/781 kJ/mol می باشد.

نشریه مهندسی متالورژی و مواد – حمیدرضا کریمی زارچی – میثم جلالی – منصور سلطانیه

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

لوله ASTM A53 -لوله فولادی استوانه ای درون تهی بوده که دارای دو سر باز. و سطح مقطع دایره ای شکل با جنسی از فولاد تولید می شود. و برای انتقال سیالات استفاده می شود. لوله های فولاد در سال 1800 میلادی وارد صنعت گردید.

و تا به حال شاهد پیشرفت های زیادی در خود بوده است. این لوله ها از فولاد کربن ساخته شده و دارای قطری بزرگ هستند. و اکثراً برای لوله کشی آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند. از ویژگی های این نوع لوله می توان به مقاومت کششی و فشار بالا. مقاوم در برابر خوردگی و امکان تولید با قطرها و ضخامت های مختلف اشاره نمود. از انواع لوله های فولادی و بهترین استانداردهای این محصول، لوله ASTM A53 می باشد. که می تواند بصورت درز دار و یا بدون درز تولید شود.

مهمترین موضوعی که روی کیفیت لوله ها تأثیر می گذارد. رعایت استانداردی که مورد تأیید است برای لوله های فولادی است. کلیه لوله های فولادی در تمام دنیا باید بر اساس استانداردهای مشخصی تولید شوند. به طور معمول در اغلب این استاندارد سازی ها معیارهای مشخص از سوی کشور آمریکا تعیین می شود. اما کلیه کشورهای معتبر از جمله مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی در ایران نیز استانداردهای مشخصی برای تولید انواع لوله فولادی دارند. استانداردهای معین از سوی این کشورها معمولاً با علائم اختصاری مشخص می شود.

. مقایسه دو لوله ASTM A53 با A106

. کاربرد لوله ASTM A53

. ترکیب شیمیایی لوله A53

مقایسه دو لوله ASTM A53 با A106

لوله A106 بصورت مانیسمان تولید می شود. و در مواردی که نیاز به استحکام و فشار بالا باشد کاربرد دارد. در تفاوت لوله Astm A53 با لوله A106 باید به مواردی اشاره نمود. از جمله اینکه نوع A53 در مواردی که نیازمند فشار کم و متوسط باشد کاربرد دارد. بعلاوه نوع لوله A106 بصورت بدون درز تولید می شود. اما لوله A53 هم بصورت درز دار و هم بدون درز قابل تولید می باشد. و در آخر نیز باید گفت وجود سیلیکون در نوع A106. و نبود این عنصر در لوله A53 موجب تمایز این دو از یکدیگر شده است.

کاربرد

این لوله ها سیالات را با فشار کم و متوسط انتقال می دهند و برای کاربری های مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. لوله A53 در صنعت کاربردهای مختلفی دارد. این محصول در خطوط بخار آب و گاز و هوا کاربرد دارد.

ترکیبات شیمیایی

ترکیب شیمیایی لوله بدون درز A53 گرید A و B

در گرید A، کربن 0.25 ، منگنز 0.95، فسفر 0.5، مس، نیکل، کروم 0.4، مولیبدنوم 0.15، وانادیوم 0.08، میباشد. اما در گرید B تنها عناصر کربن با 0.3، منگنز 2.1 با لوله درز دار گرید A متفاوت است.

لوله ASTM A53 بصورت جوشی، فلنجی و یا شکل دار طراحی می شود. شما می توانید بهترین این نوع لوله ها را نیز با مناسبترین و معتبرترین برندهای اروپایی، چینی، روسی و غیره. را در سایزهای 1/4 الی 30 اینچ، در رده های 10 تا 160 به شکل مانیسمان و درزدار. و همچنین گالوانیزه سیاه و گرم را در بازار ایران تهیه کنید.

استاندارد لوله مانیسمان

لوله های مانیسمان نوع دیگری از انواع لوله ها هستند که با روشی متفاوت نسبت به لوله های درز دار تولید می شوند. برای تولید این لوله ها معمولاً به جای ورق های فولادی، از شمش فولاد استفاده می گردد. از همین رو، روی سطح لوله های مانیسمان یا بدون درز هیچ جای جوش یا در زیر وجود ندارد. به طور معمول برای مشخص کردن ضخامت انواع لوله مانیسمان از پارامتری به نام Schedule استفاده می شود. این پارامتر رده لوله را مشخص می کند. از طرف دیگر برای نشان دادن استاندارد لوله مانیسمان از جنس فولاد، معمولاً از علامت اختصاری استانداردهای ASME مورد کاربرد است.

Schedule در واقع نشان دهنده ضخامت دیواره لوله است که مستقیماً بر ابعاد داخلی و وزن لوله نیز تأثیر می گذارد. از طرف دیگر این مقیاس عامل مهمی بر فشار داخلی لوله است. و به همین دلیل در انتخاب لوله در شرایط مختلف محیطی تأثیر زیادی دارد.

موضوع دیگری که باید در مورد استاندارد لوله های مانیسمان بدانید، عوامل مؤثر بر قیمت این لوله ها است. بطور معمول قیمت لوله مانیسمان با رده لوله ارتباط مستقیم دارد. هرچقدر رده لوله بالاتر باشد، ضخامت و وزن آن بیشتر است. برای مثال لوله های مانیسمان رده 80 قیمت بالاتری نسبت به لوله های رده 40 دارند. از طرف دیگر قیمت اتصالات مانیسمان نیز با توجه به نوع و ضخامت آن متفاوت هستند. یکی از ویژگی های مهم لوله کشی با لوله های مانیسمان این است که باید همراه لوله مانیسمان حتماً از اتصالات مانیسمان استفاده کنید. این کار از ایجاد زنگ زدگی و آسیب به سیستم لوله کشی جلوگیری می کند و نقش مهمی بر کیفیت نهایی لوله کشی دارد.

استاندارد لوله های فلزی مانیسمان معمولاً طول، عرض، ضخامت و همه ویژگی های این لوله را تعیین می کند. سپس این ویژگی های مشخص در یک جدول مشخص و با بکارگیری از علائم اختصاری و کوتاه میشود. روی محصول درج می شود. تا افراد در زمان خرید و بررسی قیمت لوله مانیسمان تمام این ویژگی ها را مد نظر قرار دهند.

استاندارد لوله درز دار

لوله های درز دار به نوعی از لوله های فولادی بیان می شود که برای تولید آنها از ورق های فولادی استفاده می شود. سپس این ورقه ها به شکل استوانه حالت می گیرند و با استفاده از جوشکاری لبه های ورق فولادی به هم جوش می خورد. به طور معمول لوله های درز دار به دو روش مقاومت الکتریکی و ذوبی الکترونیکی انجام می شود. و لازم است که برای این لوله ها از استانداردهای مشخصی پیروی شود. وزن و ضخامت لوله از عوامل مهمی هستند که بر قیمت لوله درز دار مؤثر هستند.

یکی از مهمترین استاندارد لوله های فلز درز دار مربوط به ابعاد آن است. ابعاد لوله های درز دار مطابق با استاندارد ASME B16.9 تولید می شود. از طرفی آلیاژ لوله نیز طبق استاندارد ASTM A403,A234,A420 مشخص می شود. رعایت این استانداردها در اتصالات لوله درز دار نیز اهمیت زیادی دارد. از طرف دیگر ضخامت و وزن این اتصالات می تواند عامل مهمی باشد که بر قیمت اتصالات درزدار مؤثر است. بطور مثال سه راه جوشی یکی از رایج ترین انواع اتصالات مورد استفاده در سیستم لوله کشی است. که باید استاندارد ابعادی آن مطابق با ASME B16.9 تولید شود.

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 ابزاری (به انگلیسی Tool steel) به دسته ای از فولادهای کربنی و آلیاژی گفته می شود.

فولاد ابزاری چیست

که برای ساخت ابزار و قالب مناسب هستند. این خواص شامل سختی بالا، مقاومت به سایش، مقاومت به تغییر شکل و دفورمه شدن وقابلیت حفظ لبه برش دهنده در دماهای بالا است. به همین دلیل فولادهای ابزاری برای شکل دهی به سایر مواد مناسب هستند.

فولادهای ابزاری معمولاً در کوره های قوس الکتریکی و تحت شرایط و الزامات ویژه فولادهای ابزاری ذوب می شوند. فولادهای ابزاری در حقیقت فولادهایی هستند. که قابلیت سخت کاری تمپرینگ دارند. درصد بالای عناصر آلیاژی و میکروساختار مناسب کاربردهای طاقت فرسا و شدید، باعث آن است که تولید این فولادها دشوار باشد.

خواص اصلی فولاد ابزار شامل مقاومت به سایش. سختی بالا و قابلیت حفظ شکل در دماهای فوق العاده بالا باعث استفاده از آن در ساخت ابزارهایی مانند مته، برقو، کاترها. قالب های فورجینگ و قالب های تزریق پلاستیک می شود.

فولاد ابزاری چیست

بازار فولاد ابزار در سال 2017 بیش از چهار و نیم میلیارد دلار ارزش داشت و انتظار می رود. تا سال 2024 صنعت به بیش از دو نیم میلیون تن فولاد ابزار نیاز داشته باشد. بزرگترین شرکت های تولید کننده فولاد ابزاری در جهان عبارتند از:

ناچی-فوجیکوشی، هیتاچی متالز، وست آلپاین، ساموئل سان اند کو، ارامت، تیانگونگ اینترنشنال، شرکت فولاد پنسیلوانیا، کی لو اسپشال استیل.

طبقه بندی فولادهای ابزاری

تعداد بسیار زیادی از فولادهای ابزار به طور متوسط مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) طبقه بندی شده است. که توسط کشورهای بسیاری پذیرفته شده و استفاده می شود. سیستم طبقه بندی AISI فولادهای ابزار را بر اساس مشخصات برجسته آنها مانند آلیاژ. کاربرد یا عملیات حرارتی آنها به گروه های مختلفی تقسیم بندی می کند.

فولاد ابزاری چیست

ریزساختار مورد سختکاری یک فولاد ابزاری متداول، شامل زمینه ای از مارتنزیت که تمپر است حاوی پراکندگی های مختلفی از آهن و کاربیدهای آلیاژی است. وجود درصد بالایی از کربن یا عناصر آلیاژی در این فولادها، امکان سختکاری یا تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک کاری را فراهم کرده است. هرچه درصد کربن یا عناصر آلیاژی در مارتنزیت در حال فوق اشباع بیشتر باشد، که آستنیت مادر به ارث می برد. درصد کاربیدهای شکل گرفته در حین تمپرینگ بیشتر خواهد بود.

هرچه درصد عناصر تشکیل دهنده کاربیدهای قوی بیشتر باشد. چگالی کاربیدهای پایدار در آستنیت در هنگام کار در حالت گرم و آستنیتی کردن بیشتر خواهد بود. این کاربیدها علاوه بر آنهایی که در حین تمپرینگ در مارتنزیت شکل گیری شدند. به عنوان اجزایی از میکروساختار باقی خواهند ماند. هرچه درصد کربن مارتنزیت و چگالی کاربیدها بیشتر باشد. مقاومت به سایش فولاد افزایش خواهد یافت. اما از طرفی چقرمگی آن کاهش می یابد.

گروه سختکاری شونده با آب :گروه W

فولادهای ابزاری سختکاری شونده در آب کمترین میزان عناصر آلیاژی را در میان فولادهای ابزاری دارند. و اساساً این فولادها، فولادهای کربنی هستند. به همین دلیل قابلیت سختکاری آنها پایین بوده و برای تشکیل مارتنزیت باید آنها را در آب کوئنچ کرد. حتی با وجود کوئنچ کردن در آب ممکن است فقط سطح فولاد سختکاری شود. با این حال درصد بالای کربن در فولادهای ابزاری سختکاری شونده در آب این اطمینان را می دهند. که در هر جایی که مارتنزیت شکل بگیرد. سختی بالایی وجود خواهد داشت. به دلیل درصد پایین عناصر آلیاژی در فولادهای ابزاری سخت شونده در آب، با عملیات حرارتی فقط کاربیدهای آهن شکل خواهند گرفت.

این فولادها توسط آب سختکاری می شوند. و به همین دلیل فولادهای ابزاری سختکاری شونده با آب نام گذاری شده اند. فولادهای گرید -W در حقیقت فولادهای کربن -بالای ساده هستند. این گروه از فولادهای ابزاری به دلیل قیمت پایین تر آنها نسبت به سایر فولادهای ابزاری پرکاربردترین فولادهای ابزاری هستند. این فولادها برای کاربردهایی که دمای بالا وجود ندارد بسیار مناسب است. در دماهای بالای 150 درجه سانتی گراد این فولادها خاصیت سختی خود را به شدت از دست می دهند. از آنجایی که این فولادها پس از عملیات حرارتی. خیلی بیشتر از فولادهای سختکاری شونده در هوا یا روغن، تاب برداشته یا ترک می خورند. امروزه نسبت به قرن 19 و 20 خیلی کمتر از آنها استفاده می شود.

گروه کار سرد

گروه سختکاری شونده با روغن (Oil Hardening): سری O

فولادهای ابزاری کار سرد، سختکاری شونده در روغن با هدف تولید فولادهایی با مقاومت به سایش بسیار بالا. در شرایط کار در حالت سرد توسعه یافتند. سختی بالا توسط مارتنزیت کربن-بالای که تمپر است در دمای پایین، برای تولید کاربیدهای متفرق بسیار ریز، ایجاد می شود. به دلیل وجود درصد بالای کربن و عناصر آلیاژی، قابلیت سختکاری تا عمق زیادی از قطعه، توسط کوئنچ کردن در روغن وجود دارد. گرید O7 حاوی درصد بالایی از کربن و درصد زیادی عناصر آلیاژی است. که باعث بهبود تشکیل گرافیت می شود. و این امر سبب افزایش قابلیت ماشین کاری و عمر قالب می شود.

این سری شامل گریدهای O1، O2،O6،O7 می باشد. فولادهای این گروه همگی در دمای 800 درجه سانتی گراد سختکاری و داخل روغن کوئنچ میشود. و در دمای زیر 200 درجه سانتی گراد برگشت (Tempering) دهی می شوند.

فولاد ابزاری چیست

گروه سخت کاری شوند در هوا (Air Hardening): سری A

فولادهای ابزاری آلیاژ-متوسط، کار سرد در شرایط کار در حالت سرد مقاومت به سایش بالایی دارند. گریدهای مختلف این فولادها، به دلیل دامنه مختلفی از درصد کربن و عناصر آلیاژی، ترکیب های مختلفی از چقرمگی و سختی ارائه می دهند. مشابه فولادهای سخت شوند در روغن،مقاومت در برابر سایش توسط مارتنزیت-پر-کربن و کاربیدهای ریز متفرق فراهم می شود. با این حال درصد عناصر آلیاژی به اندازه ای زیاد است که امکان تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک شدن در هوا نیز وجود دارد.

و در نتیجه این فولادها در هوا نیز سختکاری می شوند. خنک کاری نسبتاً آهسته این فولادها در هوا باعث به حداقل رسیدن اعوجاج. و تاب برداشتن قطعه و پایداری ابعادی خوب آنها در هنگام عملیات حرارتی میشود. این گروه از فولادهای ابزاری دارای گریدی با نام A10 است که حاوی گرافیت نیز می باشد.

فولاد ابزاری چیست

فولادهای ابزاری نوین سختکاری شونده در هوا با ویژگی «تغییر شکل و دفورمه شدن کم» خود در طول فرایند خنک کاری شناخته می شوند. قابلیت ماشینکاری آنها معمولاً خوب بوده و توازن خوبی بین استحکام و مقاومت به سایش در آنها برقرار است.

اولین فولاد ابزار سختکاری شونده در هوا با عنوان Mushet Steel شناخته می شد.

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 1181- carbon cast steels -فولاد عملیات حرارت پذیر کربنی – فولاد غیر آلیاژی با قابلیت عملیات حرارتی دارای سختی پذیری متوسط. و شکل پذیری عالی و همچنین ماشین کاری خیلی خوب

فولاد 1181

نام های دیگر: ۱۵۵۰- W6W – R3 – V935 – S1181 – C35 – S35C – ۱۰۳۵ – ۰۶۰A35 – ۳۵

دمای پیش گرم:150 الی 200 درجه سانتیگراد

الکترود جوشکاری:Ok78.16- E9018-G

Heat Treatment °C

Forging: 850-1100

Annealing: 650-700

Hardening: 840-870*850-880

Quenching: water-oil

فولاد ck35 یا همان 1181 فولاد با خلوص بالا برای ساخت و اجزاء تحت تنش اندکی بالاتر از خودروها.مهندسی مکانیک، ساخت موتور، خودرو، قطعات ماشین سازی، محور قطار و ساخت پیچ و مهره ها. مقاوم در دمای بالا برده شده تا حداکثر 400 درجه سانتی گراد به کار می رود.

خصوصیت: فولاد غیر آلیاژی با قابلیت عملیات حرارتی دارای سختی پذیری متوسط و شکل پذیری عالی و همچنین ماشین کاری خیلی خوب

کاربرد: قابل استفاده در اجزاء سازه ای در صنایع ماشین سازی، قابل استفاده در قطعات موتور

فولاد کربنی چیست؟ و فولاد کم آلیاژ-فولاد آلیاژی

که فولاد کربنی، نوعی فولاد است که حداکثر درصد وزنی کربن ان 2.1% است. طبق تعریف مؤسسه آهن و فولاد آمریکا، AISI، زمانی به فولاد را فولاد کربنی می گویند که:

• هیچ حداقل مقداری برای عناصر کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم، زیرکونیم مشخص نشده باشد.
• حداقل میزان مس مشخص از 0.4 درصد جرمی بیشتر نباشد.
• یا حداکثر درصد جرمی عناصر مورد بیان از این مقادیر بیشتر نباشد. منگنز 1.65 درصد، سیلیکن 0.6 درصد، مس 0.6 درصد.

ممکن است از واژه (فولاد کربنی) برای تفکیک قائل شدن با (فولاد زنگ نزن) استفاده گردد. در این حالت منظور از فولاد کربنی می تواند شامل فولادهای آلیاژی نیز شود.

با افزایش درصد کربن در فولادها، امکان سختکاری و افزایش استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش می یابد. ولی از طرفی این کار باعث کاهش شکل پذیری آن می شود. جدای از عملیات حرارتی، افزایش درصد کربن باعث کاهش خاصیت جوشکاری فولادها می شود. در فولادهای کربنی هر چه درصد کربن افزایش یابد، دمای ذوب فولاد کاهش می یابد.

بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال جوشکاری اصطکاکی فولاد ck35 به فولاد 18CrMo4

قطعات ماشین آلات به کمک روش های مختلف نظیر فروجینگ، ماشین کاری، ریخته گری و جوشکاری تولید می شوند. انتخاب روش های تولید وابسته به هزینه تولید است. در این بین جوشکاری اصطکاکی با توجه به هزینه های پایین تولید و امکان اتصال قطعات از جنس غیر مشابه اهمیت فراوانی پیدا کرده است. در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی جوش اصطکاکی بین دو فولاد غیر مشابه ck35 (فولاد 1181) و 18CrMo4 مورد ارزیابی قرار می گیرد.

بدین منظور از آزمون های مکانیکی نظیر کشش، خمش و سختی. و بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری کمک گرفته شد. نتایج نشان داد بالاترین استحکام کششی (576 مگاپاسکال). و حداکثر زاویه خمش (30 درجه) در زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه بدست می آید. بررسی های ریزساختاری حاکی از حضور نواحی فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در دو طرف ناحیه جوش اصطکاکی است. همچنین بالاترین سختی در ناحیه جوش بدست می آید.

جوشکاری اصطکاکی یکی از روش های اقتصادی و پر مصرف در اتصال فلزات و آلیاژهای غیر همجنس در صنعت است. در این روش جوشکاری، گرما از طریق تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی در فصل مشترک اتصال در قطعه کار. در اثر چرخش با سرعت بالا و اعمال فشار بوجود می آید. از مزایای جوشکاری اصطکاکی می توان به زمان تولید بسیار کم. صرفه جویی بالا از طریق مواد مصرفی پایین و امکان جوشکاری فلزات و آلیاژهای غیر همجنس اشاره نمود. از پارامترهای مؤثر بر جوشکاری اصطکاکی می توان به زمان اصطکاک. فشار در هنگام اصطکاک دو قطعه، زمان و فشار فورجینگ و سرعت چرخش اشاره نمود. فاکتورهای مورد بیان در بالا برای رسیدن به یک اتصال با خواص مناسب بایستی تحت کنترل درآیند.

در این روش در مرحله فورج مقداری زائده ایجاد می شود که بایستی در مرحله ماشین کاری حذف شود. فرآیند جوشکاری اصطکاکی به دو دسته تقسیم می شود. 1- جوشکاری اصطکاکی لحظه ای و 2-جوشکاری اصطکاکی مداوم در جوشکاری اصطکاکی مداوم. یکی از اجزاء در حال چرخش با سرعت ثابت و دیگری ثابت است و بنابراین حرارت در سطوح تحت اصطکاک بوجود می آید. هنگامی که حرارت کافی ایجاد گردید، حرکت دورانی با ترمز متوقف می شود و فشار نهایی اعمال می شود.

تحقیقات زیادی در مورد جوشکاری اصطکاکی انجام پذیرفت. بعنوان مثال Dobrovidov شرایط بهینه در جوشکاری اصطکاکی فولاد تندبر را به فولاد ساده کربنی با 0.45 درصد کربن را بررسی نمود. در تحقیق دیگری که توسط Sahin بر روی جوشکاری اصطکاکی قطعات از جنس فولاد ck40 انجام پذیرفت، مشاهده گردید. استحکام کششی در ناحیه جوش در حدود 90 درصد فلز پایه می باشد. همچنین استحکام ضربه در ناحیه جوش کمی بالاتر از فلز پایه می باشد.

در تحقیق دیگری همین محقق پارامترهای مؤثر بر جوشکاری اصطکاکی فولاد تندبر را به فولاد ساده کربنی بررسی نمود. نتایج این تحقیق نشان داد بالاترین استحکام کششی در زمان اصطکاک 3.7 ثانیه و فشار اصطکاک 600 مگاپاسکال بدست می آید. در تحقیق دیگری که توسط Satyanarayana بر روی جوشکاری اصطکاکی غیر همجنس فولاد زنگ نزن آستنیتی به فولاد زنگ نزن فریتی انجام پذیرفت. مشاهده گردید انرژی ضربه و خواص استحکامی در ناحیه جوش در مقایسه با فلز پایه (فولاد زنگ نزن فریتی) بهبود یافت. و در داخل کشور تحقیقات بسیار کمی در مورد جوشکاری اصطکاکی انجام پذیرفت. در تحقیق حاضر جوشکاری اصطکاکی فولاد کم آلیاژ کروم، مولیبدن وانادیوم دار به فولاد ساده کربنی Ck35 (فولاد 1181). که در تهیه محور فرمان نیسان کاربرد دارد بررسی گردیده. و شرایط بهینه در تولید این قطعه نظیر زمان اصطکاک و زمان فورج مشخص می گردد.

مواد و روش تحقیق

ترکیب شیمیایی فولادهای مورد مصرف در تحقیق شامل 18CrMo4 و Ck35 به ترتیب در جدول (1) و (2) مشخص است. در این تحقیق پارامترهای فشار فورج اولیه، فشار فورج ثانویه. و سرعت چرخش بترتیب برابر با 25 بار. 45 بار و 1500 دور بر دقیقه مد نظر قرار گرفت. عملیات جوشکاری اصطکاکی در دو زمان فورج 3 و 5 ثانیه و زمان های اصطکاک 8،11،16،13،17،19 ثانیه انجام گردید.

برای بررسی خواص مکانیکی ناحیه جوش اصطکاکی از آزمون های کشش مطابق بااستاندارد EN10002-1 (توسط دستگاه ZIM مدل YMM). سختی (توسط دستگاه کوپا مدل MH1 و نیروی 5 کیلو گرم) و خمش مطابق با استاندارد ENISO15620 استفاده گردید. نحوه انجام آزمون خمش بر روی نمونه های محور فرمان نیسان تولیدی به روش جوشکاری اصطکاکی در شکل (1) نمایان است.

برای بررسی ریزساختار ناحیه جوش،نمونه ها پس از (اچ) در محول نایتال 4% توسط میکروسکوپ نوری Olympus مدل PGM3. و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ساخت شرکت JEO1 استفاده گردید. همچنین برای بررسی نمونه هادر حالکت ماکرو از محلول (اچ) با ترکیب کلرور مس (20 گرم). و اسید کلریدریک (100 گرم) و آب (100 گرم) استفاده گردید.

نتایج و بحث

در شکل (2) و (3) ارتباط بین زمان اصطکاک و استحکام کششی در زمان فورج 3 و 5 ثانیه نمایان است. همانطوریکه مشاهده می گردد. در زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه بالاترین استحکام کششی (Mpa 570) حاصل گردید. دلیل این مسئله در ارتباط با آن است. که در زمان های اصطکاک کم حرارت تولیدی بسیار کم است. و بنابراین منجر به جوش با استحکام بالا نمی شود.

همچنین در زمان های اصطکاک یا فورج بالاتر، دمای ناحیه جوش افزایش یافت. و بنابراین پهنای ناحیه متأثر از حرارت افزایش می یابد (همراه با درشت شدن دانه ها) و بنابراین استحکام کاهش می یابد. بنابراین بالاترین استحکام کششی (570Mpa) مربوط به زمان اصطکاک 13ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه است. که منجر به دمای 930 درجه سانتی گراد در لحظه فورج می شود. نتایج بالا توسط محققین دیگر و در مورد آلیاژهای دیگر مورد اثبات قرار دارد. بررسی نتایج حاصل از آزمون خمش بیانگر بالاترین زاویه خمش در لحظه شکست (30 درجه). برای نمونه با زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه می باشد. بررسی های ریزساختاری حاکی از حضور سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در دو طرف ناحیه جوش است. (شکل 4 و 5) از بررسی این مناطق (با توجه به شکل 4 و 5)، نتایج زیر حاصل می شود:

1- ساختار فلز پایه : در فولاد ساده کربنی شامل فریت و پرلیت و در فولاد کم آلیاژ مارتنزیت تمپر هستند.

2- ساختار ناحیه متأثر از حرارت: وسعت این ناحیه بسیار کم و دارای ساختاری درشت دانه تر در مقایسه با فلز پایه است.

3- ساختار ناحیه ترمومکانیکال: ساختار این ناحیه بدلیل تغییر فرم پلاستیک، ریزدانه تر و ظریف تر می باشد.

4- ناحیه جوش: وسعت این ناحیه بسیار کم می باشد. دلیل این مسئله آن است که در اثر جوشکاری قسمت زیادی از این ناحیه به بیرون پس زده می شود. و زائده جوش را تشکیل می دهد (شکل 6). همچنین اندازه زائده جوش در طرف ck35، 3.1 میلی متر و در طرف 18CrM04، 2.9 میلی متر است. که با توجه به کمتر بودن استحکام کششی فولاد ck35 در مقایسه با فولاد 18CrMo4 قابل توجیه است.

فولاد 1181

شکل (4) : ریزساختار نواحی مختلف جوش اصطکاکی دو فولاد 18CrMo4 و Ck35 در نمونه با زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه.

شکل (5): ریزساختار تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی. از نواحی مختلف جوش اصطکاکی دو فولاد 18CrMo و Ck35 در نمونه با زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه.

نتایج حاصل از بررسی سختی نمونه ها در جدول (3) نمایان است. همانطوریکه مشاهده می گردد سختی در نواحی متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در مقایسه با فلز پایه کاهش یافته است. همچنین بالاترین سختی در ناحیه جوش حاصل گردید. دلیل این مسئله در ارتباط با ریز شدن دانه ها و تأثیر عملیات فورج در این ناحیه می باشد.

فولاد 1181

نتیجه گیری

در تحقیق حاضر اتصال از طریق جوشکاری اصطکاکی فولاد ck35 به فولاد 18CrMo4. که در ساخت محور فرمان نیسان کاربرد دارد انجام پذیرفته و نتایج زیر حاصل گردید.

1- بالاترین استحکام کششی (576 مگاپاسکال) و حداکثر زاویه خمش (30 درجه). در زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه بدست آمد. که با توجه به استحکام کششی فولاد ck35 در حالت آنیل شده (650 مگاپاسکال). استحکام کششی ناحیه جوش 0/88 فلز پایه است.

2- بالاترین سختی در ناحیه جوش بدست می آید که با توجه به تأثیر عملیات فورج بر ریز شدن دانه ها قابل توجیه است.

3-بررسی های ریزساختاری حضور نواحی فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال را در دو طرف ناحیه جوش اصطکاکی تأیید می نماید.

4- با توجه به کمتر بودن استحکام کششی فولاد ck35 در مقایسه با فولاد 18CrMo4. تغییر فرم بیشتری در آن رخ داده و بنابراین اندازه زائده جوش در طرف ck35 بزرگتر است.

کامران امینی-علی فاتحی، علی بروجردی

دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهرمجلسی-شرکت فرمان خودرو سپاهان اصفهان-شرکت آزمونه فولاد اصفهان

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