27866

بررسي اثر زمان و دماي عمليات آستمپرينگ بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد نانوساختار بينيتي حاوي 5/3 درصد آلومينيوم

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1398

1401/8/30

حسن ثقفيان لاريجاني

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

در طول چند دهه‌ي اخير فولاد‌هاي نانوساختار بينيتي به دليل خواص مكانيكي ويژه، ازجمله استحكام و سختي بالا، چقرمگي قابل قبول و همچنين هزينه‌هاي توليد نسبتا پايين، مورد توجه خاصي قرارگرفته‌اند. بزرگترين مشكل براي صنعتي شدن ‌اين دسته ازفولاد‌ها مدت زمان نسبتا زياد استحاله هم‌دماي بينيتي است كه به سبب آن، زمان و هزينه‌هاي توليد افزايش مي‌يابد. بنابراين در طول سال‌هاي اخير با انجام كار‌‌هاي مختلف مانند تغيير در تركيب آلياژ فولاد، ايجاد تغيير در دما و زمان استحاله هم‌دما و يا انجام كارهاي اضافي در قبل و بعد از استحاله‌، همچون اعمال كار مكانيكي و سريع سرد‌كردن لحظه‌اي سعي شده است تا اين زمان طولاني توليد هرچه بيشتر، كاهش پيدا كند. در اين پژوهش سعي شده است كه با تغيير در تركيب آلياژي فولادهاي معمول بينيتي ،تركيب فولاد مورد تحقيق به نحوي انتخاب شود كه علاوه بر دستيابي به خواص فيزيكي و مكانيكي مطلوب و معمول فولادهاي نانوبينيت، از خواص سينتيكي خوبي نيز برخوردار شود. در نتيجه فولادي با تركيب (%Wt.) .Al5/3-Mo35/0-Cr57/0-Mn57/1-Si32/0-C79/0 انتخاب و تهيه شد. پس از ‌ريخته‌گري، شمش ريختگي تحت عمليات نورد گرم و ‌همگن‌سازي قرار گرفت. براي انجام عمليات حرارتي آستمپرينگ، نمونه‌ها در دماي ℃950 به مدت 60 دقيقه آستنيته شدند و در سه دماي ℃250، ℃275 و ℃300 در زمان‌هاي مختلف تحت دگرگوني بينيتي قرار گرفتند. بررسي‌هاي فازي و ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ‌هاي نوري، الكتروني روبشي نشر ميداني و پراش پرتوي ايكس صورت گرفت. در نهايت از نمونه‌هاي آستمپرشده آزمون سختي گرفته شد و رفتار كششي برخي از آن‌ها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد كه بسته به دماي آستمپر، مي‌توان ريزساختار‌هايي با اجزاي نانومتري بدست آورد؛ به طوريكه پس از دگرگوني در دما‌هاي ℃250، ℃275 و ℃300، صفحات فريت بينيتي با ضخامتي در حدود nm50، nm55 و nm65 مشاهده شد. مقادير استحكام كششي نهايي در گستره‌ي MPa2000-1600، استحكام تسليم MPa1600-1200 و ازدياد طول 20-12 درصد بسته به دما و زمان فرايند آستمپرينگ بدست آمد. نتايج آزمون سختي نيز حاكي از سختي بالايي براي نمونه‌هاي آستمپر در بازه‌ي HV544-456 بود.

1401/11/26

Investigating the effect of time and temperature of austempering on the microstructure and mechanical properties of nanostructured steel containing 3.5% aluminum

11/21/2023 12:00:00 AM

During the last few decades, nanostructured bainite steels have received special attention due to their special mechanical properties, including high strength and hardness, acceptable toughness, and relatively low productioncosts. The biggest problem for the industrialization of this class of steels is the relatively long period of isothermal transformation of bainite, which increases production time and costs. Therefore, during recent years, by doing different things such as changing the composition of the steel alloy, changing the temperature and time of isothermal transformation, or doing additional work before and after the transformation, such as applying mechanical work and momentary quenching, it has been tried to reduce the production time. In this research, it has been tried to select the composition of the researched steel in such a way that in addition to achieving the usual physical and mechanical properties of nanobainite steels, it also has good kinetic properties. As a result, steel with the composition of0.79C-0.32Si-1.57Mn-0.57Cr-0.35Mo-3.5Al (%Wt.)was designed and prepared. After casting, the ingot was subjected to hot rolling and homogenization. To perform austempering heat treatment, the samples were austenitized at 950℃ for 60 minutes and subjected to bainite transformation at three temperatures of 250℃, 275℃ and 300℃ at different times and then cooled in air. Microstructural investigations were carried out using optical and scanning electron microscopes and phase investigations by X-ray diffraction. Finally, the austempered samples were tested for hardness and the tensile behavior of some of them was investigated. The results of the microstructural investigations showed that depending on the temperature of Austemper, microstructures with nanometer components can be obtained; So, after transformation at temperatures of 250℃, 275℃ and 300℃, bainite ferrite plates with a thickness of about 50nm, 55nm and 65nm were observed. The values of yield strength, ultimate tensile strength and elongation were obtained in the range of 1200-1600 MPa, 1600-2000 MPa and 12-20% depending on the temperature and time of the austempering process. Hardness measurement results also indicated high hardness for Austemper samples in the range of 544-456HV.

آستمپرينگ , بينيت , آلومينيوم

Austempering , bainite , aluminum

Alireza Salehi safa

Dr. Hasan Saghafian larijani