فولاد زنگ نزن-ارز یابی رفتار سایشی فولاد زنگ نزن-آستنیتی 304 پس از فرآیند سطحی اصطکاکی اغتشاشی-استنلس استیل

فولاد زنگ نزن آستنیتی 304-ارز یابی رفتار سایشی فولاد زنگ نزن-آستنیتی 304 پس از فرآیند سطحی اصطکاکی اغتشاشی-استنلس استیل

در این بررسی به ارزیابی رفتار سایشی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304. بعد از اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شده است. برای این منظور، پروسه اصطکاکی اغتشاشی با استفاده از یک ابزار. بدون پین از جنس کاربید تنگستن و با سرعت چرخشی 560 دور بر دقیقه. و سرعت پیشروی 50 میلیمتر بر دقیقه انجام شد.

مطالعات ریز ساختاری با استفاده از میکروسکوب

مطالعات ریز ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ نوری صورت گرفت. همچنین پروفیل سختی نمونه ی عملیات شده با استفاده از روش ریز سختی سنجی مورد مطالعه قرار گرفت. مقاومت به سایش نمونه های فلز پایه و نمونه ی فراروی شده. با استفاده از آزمون پین روی دیسک انجام شد. نتایج نشان داد. که فرآیند اصطکاکی اغتشاشی باعث اصلاح ریز ساختار و ریز دانه شدن ریز ساختار و همگن شدن آن شد.

مطالعات سختی سنجی

این نتایج با مطالعات سختی سنجی مورد تأیید قرار گرفت. که نشان داد با اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی سختی 17 +- hv به ohv+-213 افزایش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که فرآیند اصطکاکی اغتشاشی. مقاومت سایشی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 را حدود 2 برابر افزایش داد. این رفتار بر اساس ریز ساختار ایجاد شده در منطقه ی اغتشاشی مورد بحت قرار گرفته است. بر اساس مشاهدات میکروسکوپی الکترونی رویشی از سطوح سایش، مکانیزم اصلی سایش از نوع سایش خراشان تشخیص داده شد.

فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن آستنیتی پرکاربردترین و بزرگترین گروه فولادهای زنگ نزن هستند. این دسته از فولادها، مخصوصاً فولاد زنگ نزن آستنیتی 304.، به دلیل خواص مفیدی مانند مقاومت. به خوردگی و اکسیداسیون خوب،. قابلیت شکلگیری عالی و جوشپذیری قابل قبول در کاربردهای مهندسی بسیار مورد توجه هستند. با این حال، مقاومت به سایش پایین این دسته از فولادها. باعث ایجاد محدودیت در استفاده برای برخی از کاربردها شده است.

پوشش دادن سطح

بر این اساس در سالهای گذشته تلاش های زیادی جهت بهبود مقاومت به سایش این فولادها صورت گرفته است. بعنوان مثال پوشش دادن سطح با یک لایه ی Tin CrN.، و غیره توسط روشهایی مثل PVD و CVDT،.عملیات مکانیکی مثل ساچمه پاشی و سخت کردن سطحی. از جمله مهمترین روشهای استفاده شده برای بهبود رفتار تریبولوژیکی این فولادها بوده است. قابل ذکر است که فولادهای زنگ نزن نمیتوانند توسط عملیات حرارتی سخت شوند.

فرآیند سطحی اصطکاکی

فرآیند سطحی اصطکاکی اغتشاشی یکی از روشهای جدید بهبود. خواص سطحی مواد است که بر اساس جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بنا شده. و توسط میشرا و همکارانش در سال 2005 توسعه یافته است.

در سالهای اخیر تلاش زیادی جهت بهره گرفتن از این روش برای بهبود رفتار سایشی مواد مختلف صورت گرفته است. بعنوان مثال گزارش شده است که این پروسه باعث بهبود قابل ملاحظه ی مقاومت به سایش آلیاژهای آلومینیوم. ، آلیاژهای منیزیم، و فولادهای زنگ نزن شده است. با وجود این، تلاشهای صورت گرفته در زمینه ی فولاها بسیار محدود است. که این با بالا بودن استحکام و سختی فولادها و تخریب ابزار حین عملیات اصطکاکی اغتشاشی نسبت داده شده است.

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی

دادز و همکاران تأثیر این فرآیند را روی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 430 مورد بررسی قرار دادند. که بهبود سختی و رفتار سایشی حاصل شد. الدجاح و همکاران با استفاده از این پروسه به بهبود رفتار سایشی. و کاهش ضریب اصطکاک فولاد پر کربن دست یافتند. رهبر و همکاران توانستند مقاومت به سایش لایه ی اسپری شده روی فولاد52100 را توسط فرایند اصطکاکی اغتشاسی بهبود بخشند.

بررسی عملیات سطحی اصطکاکی اغتشاشی

با توجه به مطالعات انجام شده تا کنون هیچ گزارشی در مورد تأثیر عملیات سطحی اصطکاکی اغتشاشی. روی رفتار سایشی فولاد زنگ زن 304 انجام نشده است. بنابراین در این مطالعه این موضوع مورد بررسی قرار گرفته است.

در این بررسی از فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 استفاده شده است. فرآیند سطحی اصطکاکی اغتشاشی توسط یک ابزار بدون پین به شکل ذوذنقه. با ضلع بزرگ 12mm و ضلح کوچک 4mm با عمق نفوذ شانه 1mm و از جنس کاربید تنگستن انجام شد. برای انجام فرایند از یک دستگاه فرز عمودی با توان بالا استفاده شد. پس از اتمام فرآیند، عمق منطقه ی فرا روی شده 1/1mm تعیین شد.

ارزیابی ریز ساختاری پس از برش نمونه

بمنظور ارزیابی ریز ساختاری، پس از برش نمونه های تهیه شده .عملیات متالوگرافی استاندارد انجام شد و سطح کاملاً صیقلی حاصل شد. نمونه ها با استفاده از سنباده های 2400 – 80 سنباده زنی شدند. عملیات پولیش نیز با استفاده از پودر آلومینا انجام شد. پس از مراحل شست و شو و چربی زدایی عملیات الکترواچ با استفاده. از محلول نیتریک اسید 65 درصد در ولتاژ 2 ولت به مدت 100 – 450 ثانیه انجام شد. با استفاده از تصاویر متالوگرافی و نرم افزار TSView اندازه ذرات تعیین شد. برای این منظور اندازه ی 30 دانه تعیین شد. و سپس اندازه دانه ی میانگین گزارش شد.

رفتار سایشی فولاد آستنیتی 304

بمنظور بررسی تأثیر فرآیند روی رفتار سایشی فولاد آستینی 304، از تست سایشی پین روی دیسک استفاده شد. برای مقایسه ی رفتار سایشی،. مطابق استاندارد ASTM-G99 . پین هایی به قطر 5 میلیمتر و ضخامت 1 سانتی متر. از هر دون نمونه ی ماده ی، اولیه و از منطقه ی تحت فرایند فراوری شده بدون پین تهیه شد. دیسک های ساینده و قطر 5 سانتی متر و از فولاد SISI 52100-100cr6 با سختی 63HRC تهیه شدند. این دیستک ها قبل از استفاده مورد عملیات حرارتی در دمای 90 درجه سانتی گراد. به مدت 9 min قرار گرفتند.، سپس در روغن کوئنچ شدند.

سنگ زنی مغناطیسی

در نهایت سنگ زنی مغناطیسی بر روی آنها انجام شد. آزمون سایش با استفاده از نیروی 15 نیوتون انجام شد. برای بدست آوردن میزان کاهش وزن از ترازوی دقیق با دقت +- 0/0001 گرم استفاده شد. پس از طی مسافت های مشخص پین جدا شده،. با استون شست و شو شد. و سپس میزان کاهش وزن آن تعیین شد.

آزمون سایش برای هر نمونه 3 بار تکرار شده است.مشخصات آزمون سایش پین روی دیسک انجام شده را نشان میدهد.

SEM

هم چنین ریز ساختار نمونه های سایشی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM مطالعه شد.

بمنظور بررسی تغییر سختی پس از اعمال فرایند.، سختی فلز پایه و نمونه ی فرآوری شده اندازه گیر شد. متوسط سختی – پروفیل ریز سختی نمونه ی فرآوردی شده ، . از سطح به عمق را نشان میدهد.

ریز ساختارهای مشاهده شده با استفاده از میکروسکوپ های نوری در بزرگنمایی 200 را نشان میدهد.

فاز آستنیت با دانه های هم محور

ریز ساختار فولاد زنگ نزن 304 اولیه شامل فاز آستنیت با دانه های هم محور می باشد. فازی که به صورت خطوط تیره رنگ وجود دارد.،. فریت دلتای تشکیل شده، در مراحل اولیه ی انجماد است. ریز ساختار فلز پایه حاوی دانه های درشت است.، در حالیکه که نمونه ی فراروی شده دانه های هم محور. و ریز تری نسبت به فلز پایه دارد. در اثر اعمال فرآیند.، اندازه دانه در فلز پایه در ناحیه ی اغتشاش کاهش یافته است.

پروسه اصطکاکی

در طی انجام پروسه اصطکاکی اغتشاشی،. بین ابزار و قطعه کار اصطکاک شدیدی بوجود میآید.این اصطکاک باعث سیلان ماده میگردد. در نتیجه این اطکاک، دمای منطقه ی فرآوری شده به شدت بالا میرود. و تغییر شکل پلاستیکی شدیدی رخ میدهد. تغییر شکل پلاستیک شدید و گرمای ناشی از اصطکاک .در حین انجام فرآیند منجربه ایجاد یک ناحیه ی تبلور. مجدد دینامیکی یافته با دانه های ریز درون ناحیه ی اغتشاش میشود. دانه های هم محور و ریز عاری از تنش بیانگر بروز پدیده ی تبلور مجدد دینامیکی است.

در حقیقت با توجه به نرخ کرنش و دمای بالا. در حین فرآیند اصطکاکی اغتشاشی.، مکانیزم تشکیل دانه های جدید، فرآیند تبلور. مجدد مکانیکی معرفی شده است. حاجیان و همکاران بیان کردند که فرآیند اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند تبلور مجدد دینامیکی است. که در آن دو عامل افزایش دما و افزایش نرخ کرنش برای حاصل شدن. ریز ساختار حاوی دانه های ریز تر یا درشت تر با هم رقابت میکنند. چراکه افزایش دما باعث درشت دانه شدن و افزایش نرخ کرنش منجر به ریزدانگی میشوند.

ریز ساختار

هم چنین ریز ساختار نمونه های سایشی. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM مطالعه شد. که مکانیزم سایش برای هر دو نمونه مشابه و سایش خراشان است. که شروع آن با خیش ریز بوده است. شدت کندگی ها در نمونه فراوری شده نسبت به فلز پایه کمتر بوده است. که افزایش مقاومت به سایش با اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی را نشان میدهد. با دقت در سطوح سایش.، کشیدگی ماده در راستای سایش و وجود شیارهایی در این راستا را میتوان مشاهده نمود.

شکل ذرات حاصل از سایش

ذرات حاصل از سایش تقریباً. کروی شکل هستند که این ذرات در نمونه ی فرآوری شده. ریز تر از فلز پایه هستند.

کاهش وزن از فلز پایه به نمونه فراوری شده بدون پین کاهش می یابد. میزان کاهش وزن در حال افزایش است که علت آن این است که میزان کاهش وزن تجمعی مشخص است. میزان کاهش وزن کل برای فلز پایه 21/6 میباشد. که این مقدار برای نمونه ی فرآوری شده بدون پین 13/5 میباشد.

میزان کاهش وزن برای نمونه های بدون پین

بنابراین میزان کاهش وزن برای نمونه فراوری شده بدون پین 37/5 درصد کمتر از فلز پایه بوده است. و همین کمتر بودن کاهش وزن بیانگر افزایش مقاومت به سایش است. افزایش مقدار مقاومت به سایش میتواند ناشی از افزایش سختی باشد. حضور دانه های ریز، هم محور و تبلور مجدد یافته ناشی از دمای بالا. و تغییر فرم شدید پلاستیکی در ناحیه ی اغتشاش و دانسیته ی بالای. مرزهای با زاویه ی کم در این ناحیه باعث سختی بالاتر نسبت به فلز پایه میشود.

ضریب اصطکاک بر حسب مسافت

نمودار ضریب اصطکاک بر حسب مسافت طی شده را نشان میدهد. ضریب اصطکاک در ابتدا در حال افزایش بوده و کم کم به یک مقدار ثابت میرسد. در نمودار نوساناتی مشاهده میشود. که علت آن جدا شدن ذرات سایش از پین و دیست و گاهی چسبیدن این ذرات به هم است.

بر اساس نمودار میانگین ضریب اصطکاک برای فلز پایه حدود 6 دهم درصد. و برای نمونه ی فراوری شده بدون پین حدود 3 دهم درصد میباشد. این یعنی ضریب اصطکاک کاهش یافته است.دلیل این موضوع هم افزایش سختی است.

سختی متوط فلز پایه

سختی متوسط فلز پایه و نمونه ی فراوری شده را گویا است. سختی فولاد 304 پس از اعمال فرآیند 170 +- به 213+-5hv افزایش یافته است. اعمال فرایند اصطکاکی اغتشاشی باعث اصلاح موضعی ریز ساختار میشود. و ساختار در اثر تغییر شکل پلاستیک شدید و تبلور مجدد دینامیکی ریز دانه میشود. نتیجه آنکه مساحت ریز دانه های سطحی افزایش می یابد. هم چنین این فرآیند باعث همگن شدن ریز ساختار مشود. همه ی موارد گفته شده باعث افزایش سختی مشود.

افزایش سختی

افزایش سختی از تغییر شکل پلاستیک ذرات به خاطر نیروهای برشی ناشی از سایش ممانعت میکند. و در نیجه باعث کم شدن کاهش وزن میشود. که نتیجه ی آن افزایش مقاومت به سایش است.

سختی نمونه های فرآوری شده اندکی بیشتر از فلز پایه است. حداکثر مقدار سختی مربوط به ناحیه ی اغتشاش است. که نتایج مشاده شده در کارهای انجام شده. توسط سایر محققیقن را تأیید میکند.

نتیجه گیری در بررسی فوق

در این بررسی فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخشی rpm 560 . و سرعت پیشروی 50mm/min بر روی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 انجام شده شد. که نتایج آن در زیر بیان شده است.

انجام این فرایند باعث اصلاح ریز ساختار و ریز دانه شدن ریز ساختار و همگن شدن آن شد. اندازه دانه ها از m3M+- 93 در فلز پایه به 26+- m3M در ناحیه اغتشاش کاهش یافت.

سختی فولاد 304 با اعمال این فرآیند 170+5HV به 5HV+-213 افزایش یافت.

در نتیجه ی انجام این فرایند مقاومت به سایش فولاد 304. در نمونه ی فرآوری شده نسبت به فلز پایه افزایش یافت.

ضریب اصطکاک فولاد 304 در نمونه فراوری شده کمتر از فلز پایه بود.

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان -دانشکده مکانیک، دانشکده صنعتی اصفهان

فولاد زنگ نزن - فولاد زنگ نزن آستنیتی 304-استنلس استیل-www.fooladrasuldalakan.com
فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربه ی گرانبها در زمینه ی تأمین و توزیع و عرضه انواع ورق آلیاژی – انواع فولاد آلیاژی. با اشکال مختلف تولیدی.از جمله ورق- میلگرد – تسمه – پروفیل – میلگرد با استاندارد و گواهینامه های روز دنیا در سراسر ایران فعالیت مینماید.
صنعتگر گرامی از اینکه ما را جهت خرید فولاد آلیاژی مورد نیاز خویش انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما: 09122136675 – 02128423820
[email protected]