21880

21880

بررسي تاثير عمليات حرارتي و ريز ساختار بر چقرمگي شكست فولاد GS20Mn5 در دماي پايين

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1396

1398/12/12

دكتر سيد محمدعلي بوترابي - دكتر امين اوحدي

مواد و متالورژِي

رسيدن به خواص فيزيكي و مكانيكي مطلوب در قطعات ريلي مانند بوژي، لازمه‌ي اطمينان از عملكرد صحيح آن و ايمني ارتباط در راه آهن است. يكي از فولاد‌هاي پر كاربرد در صنعت حمل و نقل ريلي، فولاد كم‌ كربن منگنزدار GS20Mn5 است كه براي ساخت بوژي‌‌هاي باري ريختگي استفاده مي‌شود. كنترل فرآيند عمليات حرارتي منجر به ايجاد ريزساختار مناسب با خواص مكانيكي مطلوب مانند استحكام و چقرمگي بالا در دماهاي زير صفر مي‌شود. انجام عمليات حرارتي نرماله در حالت معمول، حداقل استحكام ضربه‌ي مورد نياز در دماي °C60- كه برابر با J/cm2 17 است را تامين نكرده و بسيار پايين‌تر از حد مجاز است. هدف از اين پژوهش، افزايش استحكام ضربه‌ي فولاد GS20Mn5 در دماي زير صفر است كه با كنترل عمليات حرارتي و دست‌يابي به ريزساختاري مناسب امكان‌پذير است. بدين منظور ابتدا تاثير دما و زمان آستنيته بر اندازه دانه‌هاي آستنيت اوليه بررسي شده و پس از انتخاب دما و زمان مناسب، تاثير ناشي از تغيير محيط خنك‌كننده‌ي قطعات حين عمليات نرماله و استفاده از هواي معمولي‌، هواي فشرده و هواي مرطوب بر ريزساختار نهايي و خواص مكانيكي فولاد GS20Mn5 مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بررسي‌ها مشخص نمود كه مناسب‌ترين خواص مكانيكي و چقرمگي بهينه در شرايط آستنيته‌ كردن نمونه‌ها در دماي °C930 به مدت 2 ساعت و خنك سازي آنها توسط هواي فشرده با سرعت m/s 9 و رطوبت 70% حاصل مي‌گردد. در اين حالت ميانگين مقادير انرژي ضربه در دماي °C60- به J/cm232 افزايش پيدا نمود. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد علي رغم افزايش درصد فاز پرليت در ساختار نهايي، اندازه دانه‌هاي فريت و پرليت كاهش يافته است. همچنين مقدار نواحي پارگي لبه‌اي كه مشخصه‌اي از شكست شبه‌كليواژ است در سطوح شكست افزايش پيدا كرده است.

1399/02/06

The effect of heat treatment and microstructure on fracture toughness of GS-20Mn5 steel at low temperature

3/2/2020 12:00:00 AM

Achieving excellent physical and mechanical properties in railway components such as bogie requires proper operation and safety on the rail. Controling the heat treatment process occurs in the formation of suitable microstructures with desirable mechanical properties such as toughness and high impact strength at subzero temperatures. Conventional heat treatment do not provide the minimum impact strength required at -60°C, which is 17 J/cm2 and is well below the allowable limit. In this study, the effect of austenitic temperature and processing time on the size of austenitic grains was examined after selecting the appropriate temperature and time by changing the cooling environment of the components during normalizing treatment and using compressed and humid air, a structure with suitable grain size, high fracture toughness, and strength is obtained.