24025

بررسي ريزساختار و سينيتيك عمليات آستمپرينگ در آلياژ فولاد حاوي 5 درصد وزني آلومينيم

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1395

1399/06/31

دكتر سيد محمد علي بوترابي، حسن ثقفيان لاريجاني

مهندسي مواد و متالورژي

در سال¬هاي اخير و با اهتمامي كه نسبت به كاهش وزن و بهبود كارآيي در صنايعي چون خودروسازي وجود دارد، تمايل به توسعه¬ي فولادهاي بينيتي بدون كاربيد با استحكام بالا يا بسيار بالا بيشتر شده است. فولاهاي پركربن و پرسيليسيم سوپربينيتي يك رده از اين نوع فولادها هستند. اين فولادها داراي ريزساختاري دو جزئي شامل فريتِ بينيتي و آستنيت باقي¬مانده هستند. عمليات حرارتي اين فولادها شامل آستنيته كردن، نگه¬داري تك¬دماي طولاني مدت در دماهاي نزديك به دماي Ms و در نهايت كوئنچ در هوا است. در عين حال محدوديت¬هاي فراواني براي رسيدن به ريزساختارِ مطلوب همچون زمان¬بر بودنِ دگرگوني و استفاده از عناصرِ آلياژيِ گران قيمت وجود دارد. در اين پژوهش به بررسي تاثير افزودن آلومينيم به مقدار 5 درصد وزني، زماني كه مقدار كمي از كبالت به عنوان يك عنصر آلياژي گران قيمت حضور دارد پرداخته شد. در اين مطالعه فولادي با تركيب C wt% 96/0- Si wt% 80/1- Mn wt% 83/1- Cr wt% 1- Mo wt% 38/0-Co wt% 274/0-Al wt% 5 طراحي و تهيه شد. پس از ريخته¬گري، عمليات آنيل كامل بر روي نمونه¬ها در دماي تقريبي ℃1200و به مدت 120 دقيقه انجام شد. براي انجام عمليات حرارتيِ آستمپرينگِ مناسب، دماي آستنيته به روش تجربي مشخص شد و پس از آستنيته كردن، نمونه¬ها در دو دماي ℃250 و ℃300 در زمان¬هاي متفاوت تحت دگرگوني قرار گرفتند و سپس در هوا خنك شدند. متالوگرافي نمونه¬ها با ميكروسكوپ نوري، الكتروني روبشي نشر ميدان و بررسي¬هاي فازي با روش پراش پرتو ايكس صورت گرفت. نمونه¬هاي عمليات حرارتي شده سختي سنجي شدند و رفتار آن¬ها مورد بررسي قرار گرفت. پس از آستنيته كردن در دماهاي مختلف و كوئنچ، مشخص شد كه آلياژ تنها داخل دماي ℃1150 در منطقه¬ي تك¬فاز آستنيت قرار مي¬گيرد همچنين نتايج حاصل از متالوگرافي نشان داد بسته به دماي دگرگوني، ريزساختارهايي با اجزاء نانومتري به دست مي¬آيد؛ به طوري¬كه پس از دگرگوني در دماي ℃250 صفحات فريت بينيتي با ضخامتي در حدود nm40 و در دماي ℃300 صفحات فريت بينيتي با ضخامتي در حدود nm70 مشاهده شد. سختي نزديك به HV634 پس از دگرگوني در دماي ℃250 به مدت 16 ساعت به دست آمد. در دماي ℃300 پس از 8 ساعت، سختي نزديك به HV563 گزارش شد. با بررسي و مقايسه¬¬ي تصاوير متالوگرافي و مقاديرِ سختي اين نتيجه حاصل شد كه افزودن 5 درصد وزني آلومينيم بر اصلاحِ ضخامت صفحات فريت بينيتي موثر است.

1400/04/22

Investigation of microstructure and kinetics of austempering operations in steel alloy containing 5% by weight of aluminum

9/22/2021 12:00:00 AM

Over recent years, in an intense attention of weight reduction and energy-efficiency improvement in applications such as automotive industry, there has been an increased interest in the development of high-strength carbide-free bainitic steels. A special class of these steels, called superbainite, are high-carbon high-silicon nanostructured bainitic steels with duplex microstructure (ferrite+austenite). Their heat treatment includes austenitization followed by a long isothermal transformation stage at a temperature slightly above MS. However, there are some limitations to achieve a desirable microstructure wich can be concluded as the following: time consuming heat treatment, expensive additive elements. In This study, the effect of adding 5% by weight of aluminum when a small amount of cobalt is present as an expensive alloying element was investigated. in this research, steel with the composition Fe-0.96C-1.8Si-1.83Mn-1Cr-0.38Mo-0.274Co-5Al (wt%) Designed and prepared. After casting, annealing treatment was performed on the samples at an approximate temperature of 1200℃, for 120 minutes. For proper austempering heat treatment, the austenitising temperature was determined experimentally and after austenitizing, the samples were transformed isothermally at two temperatures of 250℃ and 300℃ At different times and then cooled in air. Metallographic investigations were done with different microscopy techniques consisting OM, SEM and FESEM and X-Ray Diffraction (XRD) were used for phase analysis of the steel. In order to evaluate mechanical properties, Hardness measurement was perforemed. After austenitizing at different temperatures and quinching, it was found that the alloy is only inside the temperature of 1150℃ in the single-phase zone of austenite Also, the results of metallography showed that depending on the transformation temperature, microstructures with nanometer components are obtained; So that after transformation at a temperature of 250℃ bainitic ferrite plate with a thickness of about 40 nm and at a temperature of 300℃ bainitic ferrite plate with a thickness of about 70 nm was observed. Hardness value of about 634 HV30 was obtained after transformation at 250℃ For 16 houre. At temperature 300℃ after 8 houre, hardness value close to 563 HV30 was reported. By comparing metallographic images and hardness values, it was concluded that the addition of 5% by weight of aluminum is effective in correcting the thickness of bainitic ferrite plates.

فولاد بينيتي، آستمپرينگ، دماي آستنيته، دگرگوني تك¬دما، فريت بينيتي، آستنيت باقي¬مانده.

Bainitic Steel, Austempering, Isothermal Transformation, Austenite temperature, Bainitic Ferrite, Retained austenite.