26174

بررسي تاثير مقدار جوانه زا بر ريزساختار و خواص كششي فولادهاي آستنيتي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد-شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

15/9/1400

دكتر سيد محمد علي بوترابي

مهندسي مواد و متالورژي

ريزدانه سازي به منظور دست يابي به خواص بهينه اي از استحكام، چقرمگي و شكل پذيري در آلياژهاي مختلف به كار گرفته مي شود. با اين حال در فولادها با توجه به دماي بالا و ساختارهاي حين انجماد متفاوت، فرآيند ريزدانه سازي با اعمال روش هاي عمليات حرارتي نمي تواند به طور موثري براي فولادهاي تك فاز آستنيتي از جمله فولادهاي هادفيلد به كار گرفته شود. ديگر روش هاي جوانه زني مانند روش هاي ترمومكانيكي، انرژي، هزينه، پيچيدگي هاي طراحي و پيامدهاي زيست محيطي بيشتري به همراه دارند. از اين رو امروزه از جوانه زني شيميايي به ويژه جوانه زاهاي پايه RE به عنوان بهترين روش براي بهبود خواص as-cast فولادها ياد مي شود. به اين منظور در اين پروژه جوانه زاهاي شيميايي مبتني بر REM (Rare Earth Metals) و به طور خاص CeO2 و Hf به صورت as-cast و با مقادير 0 ، 0.05 و 0.1 درصد وزني CeO2 و همچنين 0 و 0.05 درصد وزني Hf به يك فولاد ريختگي منگنزي آستنيتي هادفيلد، افزوده شد. نتايج نشان از تاثير مقدار جوانه زا بر اندازه ي دانه هاي آستنيت محاسبه شده بر اساس ASTM E112 دارد. نمونه هاي حاوي CeO2 منجر به كاهش نسبي اندازه دانه تا مقدار بيشينه ي 6.38% در نمونه ي حاوي 0.1wt.%CeO2 نسبت به نمونه ي پايه شد. از طرفي جدايش و ميكروحفرات انقباضي در نمونه هاي حاوي افزودني هاي جوانه زا كاهش يافت. علاوه بر اين كاهش فاصله ي بين لايه اي پرليت در نمونه هاي حاوي افزودني هاي CeO2 و Hf نسبت به نمونه ي پايه به مقدار حداكثر 42.80% در نمونه ي 3 حاصل شد. مقادير ماكرو و ميكروسختي سنجي انجام شده نيز نشان از افزايش سختي اين فولادها علي رغم تغيير اندك خواص مكانيكي با توجه به حضور كاربيدهاي (Fe,Mn)3C در مرزدانه هاي آستنيت، داشت. تغييرات مقدار ماكروسختي در فولادهاي جوانه زني شده نسبت به فولاد پايه شاهد افزايش 80.95 درصدي در حالت as-cast است. اين فاكتور در حالت عمليات حرارتي افزايش به ترتيب 6.80% و 13.19% را براي نمونه هاي 3 و 4 در برداشت.، كه اين شاخصه ها با توجه به لزوم دارا بودن خواص بالاي ضد سايش در اين فولادها به شكل ويژه تري حائز اهميت است.

1400/12/17

The effects of inoculation on the microstructure and tensile properties of austenitic steels

12/6/2022 12:00:00 AM

Fine-grained material is used to achieve optimal properties of strength, toughness and ductility in various alloys. However, in steels due to the high temperature and polymorphic phase transformations, the fine-graining process by applying heat treatment methods cannot be effectively employed, particularly for austenitic single-phase steels, including Hadfield steels. Other grain refining methods, such as thermomechanical methods, have more cost, design complexity, environmental consequences and consume more energy. Therefore, chemical grain refinements, especially RE-based inoculations, is considered as the best way to improve the as-cast properties of steels. For this purpose, in this project, chemical grain refinements based on REM (Rare Earth Metals) including CeO2 and Hf inoculations with values of 0, 0.05 and 0.1 wt.% of CeO2 and also 0 and 0.05 wt.% of Hf was added to a Hadfield austenitic manganese cast steel during solidification. The results show the effect of inoculation amount on austenite grain size calculated based on ASTM E112. Samples containing CeO2 resulted in a relative reduction in grain size to a maximum of 6.38% in the sample containing 0.1 wt.% CeO2 compared to the base sample. On the other hand, segregation and contraction micro-porosities were reduced in samples containing additives with the maximum reduction of segregation value of 42.80% in sample 3 compared to the base sample. Macro and micro hardness values also showed an increase in hardness of these steels despite a slight change in mechanical properties due to the presence of (Fe,Mn)3C carbides in austenite grain boundaries. Macro hardness values show 80.95% increase in 0.01wt.%CeO2 inoculation steel in as-cast condition compared to the base steel. In heat treated condition this value for sample 3 and 4, determined to be 6.80% and 13.19%, respectively. Particularly These results are more important due to the need for high anti-wear properties in these steels.

فولاد هادفيلد , سختي , ريخته گري , جوانه زني , REM , جدايش

Hadfield steels , hardness , REM , grain refinement , segregation , casting

Seyed Meysam Sajjadi

Dr. Seyed Mohammad Ali Boutorabi