22553

تاثير فرايند اصطكاكي همزدني بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد مارتنزيتي بازپخت شده

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399

1399/06/29

دكتر حميدرضا جعفريان

مواد و متالورژي

در اين تحقيق تاثير فرايند اصطكاكي هم‌زدني بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد مارتنزيتي بازپخت شده بررسي شده است. مهمترين هدف اين تحقيق افزايش ريزسختي در سطح ورق فولادي مارتنزيتي بازپخت شده است. ورق مورد نظر با ضخامت 9 ميليمتر و با ابعاد 10×10 سانتي¬متر كه به مدت 30 دقيقه در دماي 900 درجه سانتي¬گراد نگهداري و سپس در داخل آب سرد شده است، سپس جهت بازپخت به مدت 30 دقيقه در دماي 550 درجه سانتي¬گراد نگهداري و در محيط هوا (25 درجه سانتي¬گراد) عمليات سرد شدن انجام گرفته است. فرايند اصطكاكي هم‌زدني با استفاده از ابزار كاربيد تنگستن و با سرعت¬ چرخش ابزار 600، 950 وrpm 1180 و سرعت¬ پيشروي 40، 60 و mm/min 180 انجام شده است. انجام فرايند در سرعت چرخشrpm 600 و سرعت پيشروي mm/min 180 دچار شكست ابزار شد و در سرعت¬هاي ديگر نيز سايش و خوردگي ابزار مشاهده شد كه براي حل اين مشكل از خنك¬كاري ابزار استفاده شد. بررسي ريزساختار نشان داد كه در ناحيه هم‌زدني به علت تبلور مجدد ديناميكي پيوسته دانه¬هاي فوق ريز تشكيل شده است. ريزساختار فلز پايه شامل مارتنزيت و آستنيت باقي¬مانده و ريزساختار ناحيه هم‌زدني شامل مارتنزيت و باندهاي فريتي است. در تصاوير ميكروسكوپ نوري از ناحيه هم‌زدني ساختار حلقه¬هاي پيازي شكل مشاهده شد. در نتايج آزمون كشش، شكست نمونه¬ها به صورت ترد و در تنش¬هاي پايين¬تر از تنش تسليم فلز پايه و از ناحيه همزدني اتفاق افتاده است كه از جمله دلايل آن تشكيل ساختار حلقه¬هاي پيازي شكل در اثر سرعت¬هاي بالاي چرخش ابزار و همچنين سايش ابزار و تشكيل كاربيدهاي تنگستن در ناحيه هم‌زدني است. نتايج نمودار ريزسختي در سطح نمونه¬هاي تحت فرايند در ناحيه هم‌زدني نشان از افزايش سختي را داشت، به طوريكه در سمت پيشرونده نمونه با سرعت چرخش rpm 950 و سرعت پيشروي mm/min 40، سختي از HV400 در فلز پايه به HV763 ويكرز نيز رسيده است. نتايج ريزسختي در سطح مقطع ضخامت نمونه¬ها در ناحيه هم‌زدني نمونه¬ها نيز نشان از افزايش سختي به صورت ميانگين 45 الي 50 درصد فلز پايه را داشت اما در برخي نقاط مقدار سختي با اختلاف قابل توجهي نسبت به ديگر نقاط همجوار به دست آمد كه ناشي از ساختار حلقه¬هاي پيازي شكل و حضور باندهاي نرم در ريزساختار است.

1399/07/29

The Effect of Friction Stir Processing on The Microstructure and Mechanical Properties of Tempered Martensitic Steel

9/20/2021 12:00:00 AM

In this research, the effect of friction stirring process on the microstructure and mechanical properties of tempered martensitic steel has been investigated. The main purpose of this study is to increase the hardness of the steel sheet. From a steel sheet with a thickness of 9 mm and dimensions of length and width of 10×10 cm, which is kept for 30 minutes at a temperature of 900 °C and then cooled in water, then for tempering kept for 30 minutes at 550 °C and cooled in air (25 °C). The friction stir processing is applied to the sheet using a tungsten carbide tool with a rotation speed of 600, 950 and 1180 rpm, and a welding speed of 40, 60 and 180 mm/min. Performing the process at a rotational speed of 600 rpm and a welding speed of 180 mm/min the tool were failed, and at other conditions, tools wear and corrosion was observed. To solve this problem, the tool was cooled by spraying a solution of water and soap. Microstructure study showed that fine grains were formed in the stirring zone due to continuous dynamic recrystallization. The microstructure of the base metal includes martensite and residual austenite, and the microstructure of the stirring zone includes martensite and ferrite bonds. The results of the X-ray diffraction pattern from the stirring zone showed that the peaks were flattened and the surface of the samples were oxidized. Optical microscopy images from the stirring zone of the specimens showed that the onion-rings were formed. In the tensile test results, the failure of the specimens occurred from the stiring zone and at lower than the base metal yield stress, which is due to the formation of onion-rings due to high rotational speeds, and is due to the formation of carbide tungsten, which has been inserted into the stirring zone due to wearing of the tool. The results of the microhardness diagram on the surface of the samples showed an increase in hardness, so that in the Advance side of the specimen with a rotational speed of 950 rpm and a welding speed of 40 mm/min, the hardness increased from 400 HV in base metal to 763 HV. The results of microhardness on the cross section of the thickness of the samples in the stirring zone also showed an increase in hardness by an average of 45-50% of the base metal, but in some places the amount of hardness was significantly different from other neighboring parts, which is due to the structure of onion-shaped rings and the presence of soft bands in the microstructure.