-
شماره ركورد
33220
-
پديد آورنده
جواد بهزادي فر
-
عنوان
تأثير عمليات آستمپرينگ بر ريزساختار و رفتار سايشي فولاد حاوي3/5 درصد وزني آلومينيوم
-
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (Phd)
-
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
-
سال تحصيل
1396
-
تاريخ دفاع
1403/11/24
-
استاد راهنما
دكتر سيد محمد علي بوترابي- دكتر حسن ثقفيان لاريجاني
-
استاد مشاور
نداشتم
-
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
-
چكيده
چكيده
رفتار سايشي قابل قبول فولادهاي نانوساختار بينايتي سبب افزايش پتانسيل صنعتي آنها شده است و كاهش چگالي اين فولادها ميتواند سبب گسترش كاربرد آنها در صنعت خودروسازي شود. در اين پژوهش با بررسي رفتار سايشي فولاد نانوساختار بينايتي با تركيب شيميايي Al5/3-Mo35/0-Cr6/0-Mn5/1-C8/0-Fe، رابطه ميان ريزساختار (دماي و زمان آستمپرينگ) و بار اعمال شده بر مقاومت به سايش لغزشي و ساز و كار سايش لغزشي غالب در اين فولاد مورد ارزيابي گرفت. بر همين اساس نمونههايي در دماهاي°C 250، 275، 300 و 350 به مدت زمانهاي h5/0، 1، 3، 6، 12، 24 و 48 آستمپر شدند و با بررسي كيفي و كمي ريزساختار نمونهها توسط XRD و FE-SEM فازهاي موجود شناسايي و كسرحجمي فازها، محتواي كربن آستنيت باقيمانده و ميانگين ضخامت صفحات فريت بينايتي در اين شرايط محاسبه شد. با در نظر گرفتن تركيبي از بيشترين كسرحجمي فريت بينايتي با آستنيت باقيمانده غني از كربن و بيشترين ميزان سختي در كمترين زمان ممكن، زمانهاي 24، 18، 12 و 12 ساعت به ترتيب به عنوان زمان بهينه براي دماهاي°C 250، 275، 300 و 350 انتخاب شد و روي نمونههاي بهينه شده آزمايش كشش انجام شد. نتايج حاصل از آزمايش كشش نشان داد كه نمونههاي آستمپر شده در دماهاي°C 250، 275 و 300، در محدوده خواص كششي فولادهاي نانوساختار بينايتي قرار گرفته و روي اين نمونهها آزمايش سايش لغزشي خشك در بارهاي اعمال شده N50، N100 و N 150 انجام شد. نتايج خواص سايشي نشان داد كه در اين فولاد كسرحجمي آستنيت باقيمانده و محتواي كربن آن (عامل پايدار كننده آستنيت باقيمانده) تنها عامل مهم در تعيين رفتار سايش لغزشي به حساب نميآيد و ضخامت صفحات فريت بينايتي (عامل استحكام بخش) مهمترين عامل بر عملكرد سايش لغزشي آن است و با افزايش نسبت كسرحجمي فريت بينايتي بر ضخامت صفحات فريت بينايتي (تحت عنوان پارامتر ريزساختاري V_(α_b )/t_(α_b )) ناشي از كاهش دماي آستمپرينگ ميزان نرخ سايش ويژه كاهش و مقاومت به سايش لغزشي افزايش مييابد و با تغيير شرايط سايشي از خفيف (بار كم N50( به شديد (بار زياد N150( ساز و كار غالب سايش لغزشي از سايش اكسيدان به سايش چسبان تغيير ميكند و ضخامت منطقه تبديل تريبولوژيكي (TTZ) افزايش مييابد. همچنين رفتار اصطكاكي اين فولاد با تشكيل لايههاي تريبولوژيكي مختلف روي سطوح لغزش، كنترل ميشود و ريزساختار قبل از آزمايش سايش لغزشي تأثير چنداني بر ميانگين ضريب اصطكاك در حالت پايدار آن ندارد. در اين پژوهش نشان داده شده است كه براي فولاد پر كربن استحكام بالاي حاوي 5/3 درصد وزني آلومينيوم با انجام عمليات آستمپرينگ در دماي °C250 به مدت 24 ساعت، ميتوان به ريزساختاري متشكل از صفحات فريت بينايتي با ميانگين ضخامت 53 نانومتر احاطه شده توسط آستنيت باقيمانده غني از كربن با تركيبي از خواص مكانيكي نظير سختي HV30561، استحكام تسليم MPa1614 و استحكام كششي نهايي MPa1981 به همراه ازدياد طول نسبي % 12/9 با كمترين ميزان كاهش وزن، كمترين ميزان نرخ سايش ويژه و بيشترين مقاومت به سايش لغزشي خشك در بارهاي اعمال شده N50، N100 و N150 پس از طي مسافت m1000 دست يافت. دستيابي به چنين خواص كششي و سايشي فوق العاده در فولاد اين پژوهش، ناشي از افزايش كسرحجمي و كاهش ضخامت صفحات فريت بينايتي و افزايش محتواي كربن آستنيت باقيمانده در اثر افزودن 5/3 درصد وزني آلومينيوم است.
واژههاي كليدي: نانوساختار بينايتي، 5/3درصد وزني آلومينيوم، دما و زمان آستمپرينگ، پارامتر ريزساختاري V_(α_b )/t_(α_b )، محتواي كربن آستنيت باقيمانده، مقاومت به سايش لغزشي خشك، سايش اكسيدان، سايش چسبان
-
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/17
-
عنوان به انگليسي
The Effects of Austempering on the Microstructure and Wear Behavior of steel Containing 3.5% of Aluminum
-
تاريخ بهره برداري
2/12/2026 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
جواد بهزادي فر
-
چكيده به لاتين
Abstract:
The acceptable wear behavior of nano-structured bainitic steels has increased their industrialization potential, and reducing the density of these steels can expand their applications in the automotive industry. In this research, the wear behavior of high-strength nano-structured bainitic steel containing 3.5 weight percent aluminum (cost-effective and low-density with a chemical composition of Fe-0.8C-1.5Mn-0.6Cr-0.35Mo-3.5Al) was investigated, evaluating the relationship between microstructure (austenitization temperature and time) and the applied load on the sliding wear resistance and dominant sliding wear mechanism in this steel. Accordingly, by qualitatively and quantitatively examining the microstructure using XRD and FE-SEM, the existing phases were identified, and the volume fraction of phases, residual austenite carbon content, and average thickness of bainitic ferrite plates under various isothermal treatment conditions were calculated. Then, considering a combination of the highest volume fraction of bainitic ferrite with residual carbon-rich austenite and the maximum hardness in the shortest possible time, the optimal time at each of the isothermal treatment temperatures was selected. Tensile tests were performed on the optimal samples, and dry sliding wear tests under applied loads of 50N, 100N, and 150N were conducted on samples that fell within the mechanical properties range of nano-structured bainitic steels. The results indicated that in this steel, the volume fraction of residual austenite and its carbon content (the stabilizing factor of residual austenite) is not the only important factor in determining sliding wear behavior; rather, the thickness of bainitic ferrite plates (the strengthening factor) is the most significant factor affecting its sliding wear performance. With the increase in the microstructural parameter V_(α_b )/t_(α_b ) due to a decrease in the austenitization temperature, the specific wear rate decreases, and the sliding wear resistance increases. Moreover, as the wearing conditions change from mild (low load 50N) to severe (high load 150N), the dominant sliding wear mechanism shifts from oxidative wear to adhesive wear, and the thickness of the tribological transformation zone (TTZ) increases. Additionally, the tribological behavior of this steel is controlled by the formation of various tribological layers on the sliding surfaces, and the microstructure before the sliding wear test does not significantly affect the average coefficient of friction in its steady state. This study demonstrated that for a carbon-rich steel containing 3.5 weight percent aluminum, by performing an austempering at 250 °C for 24 hours, a microstructure consisting of bainitic ferrite plates with an average thickness of 53 nm surrounded by carbon-rich residual austenite can be achieved, exhibiting mechanical properties such as a hardness of 561HV30, yield strength of 1614MPa, ultimate tensile strength of 1981MPa, along with a total elongation of 9.12% with minimal weight loss, the lowest specific wear rate, and the highest dry sliding wear resistance under applied loads of 50N, 100N, and 150N after a distance of 1000m.
-
كليدواژه هاي فارسي
سايش چسبان , سايش اكسيدان , مقاومت به سايش لغزشي خشك , محتواي كربن آستنيت باقيمانده , پارامتر ريزساختاري V_(α_b )/t_(α_b ) , دما و زمان آستمپرينگ , 3/5درصد وزني آلومينيوم , نانوساختار بينايتي
-
كليدواژه هاي لاتين
Keywords: nanostructured bainite, austempering temperature and time, microstructure parameter V_(α_b )/t_(α_b ), retained austenite carbon content, dry sliding wear resistance, wear mechanism of oxidative and adhesive , nanostructured bainite , austempering temperature and timee , microstructure parameter V_(α_b )/t_(α_b ) , retained austenite carbon content , dry sliding wear resistance , oxidative and adhesive wear
-
Author
Javad behzadifar
-
SuperVisor
Dr. Seyed Mohammad Ali Boutorabi & Dr. Hassan Saghafian Larijani
-
لينک به اين مدرک :