دانلود مقاله تأثیر میزان سردکردن بر میکروساختار و خصوصیات مکانیکی فولادهای میکروآلیاژیNb

تأثیر میزان سردکردن بر میکروساختار و خصوصیات مکانیکی فولادهای میکروآلیاژیNb
خلاصه
در این مقاله تأثیر میزان سردکردن بر روی میکروساختار و خصوصیات مکانیکی فولادهای (استیل) میکرو آلیاژی Nb را توضیح می‌دهیم، که قبلاً به عنوان ستون‌های ساختاری سه میزان سردکردن مختلف بودند.

فولادهای میکروآلیاژیNb- با افزایش در نیروی به دست آمده با افزایش در سرعت سردکردن در طول این مرحله از کار را نشان می‌دهد.

گرچه، افزایش در قدرت به دست آمده همراه افت در سفتی بوده است، میکروساختار در سرعت سردکردن معین، ابتدا شامل:
ریز ترکیبات چندگانه‌ی آلیاژ آهن و کربن- هیدروکسید آهن- می‌باشد، در حالی که در میزان متوسط سردکردن از طرفی آلیاژ آهن و کربن- هیدروکسید آهن- چندگانه‌‌ی کثیرالاضلاع دارای کاهشی قابل ملاحظه از آلیاژ آهن و کربن فاسد شده و لایه ی آهن هیدروکسید آهن دار می‌باشد.

در میزان سردکردن بیشتر، ابتدا نوع لایه ای- سوزنی شکل- یا چدن نشکن بینیتی دارای هیدروکسید آهن به دست می‌آید.

خصوصیات رسوبی در سه نوع سردکردن صحبت شده با رسوب اتفاق افتاده در حد و مرز خلوص، در جایگاه اصلی نبودن، و در برابر هیدروکسید آهن، یکسان نیستند.

مقیاس حقیقی و خالص (~8-12-1900) که در فاز هیدروکسید آهن هستند، نوع MC از ترکیب دو ظرفیتی فلز نیوبیوم می‌باشد.

مطالعات روی میکرو ساختارها، پیشنهاد می‌کند که افزایش سختی فولادهای میکروآلیاژیNB- با افزایش سرعت سردکردن، مربوط به تغییر در میکروساختار ابتدا از آلیاژ آهن و کربن- هیدروکسید آهن، تا هیدروکسید چون نشکن بینیتی بدست می آید.

کلمات کلیدی: فولادهای میکرو آلیاژی، میکروساختار،‌ بینیت کم کربن، سردکردن با سرعت بالا.

مقدمه
سردکردن سریع از فولادهای میکروآلیاژ که قبلاً به طور مکانیکی حرارت دیده اند، هم اکنون به طور گسترده به عنوان وسیله ای برای به دست آوری قدرت زیاد در رابطه با سختی بسیار زیاد و توانایی شکل پذیری به کار می‌روند.

[11-1] این رفتار و شیوه همراه با تأثیر میزان سردکردن روی انتقال و شکل گیری چدن به ترکیبات میکروساختار مختلف می‌باشد، که به طور تقریبی، خصوصیات نهایی را تعیین می‌نماید.

بدین خاطر، سردکردن سریع قدرتمندی فولادهای میکروآلیاژی با کربن کم را به وجود می‌آورد و ماده‌ی آن به همان نسبت سختی بسیار زیاد به دست می‌آید.

[7] این حالت از طریق دو سودمندی اولیه از پالایش و خالص سازی هیدروکسید آهن و تغییر درجه حرارت به طور قابل ملاحظه ای «بینیت» و هیدروکسید «آسیکولار» به دست می‌آید.

6-5-2-1- در سردکردن سریع، کاهش حالت چدنی به شکل پذیری هیدروکسید آهنی، هسته ی هیدروکسید آهن را در خلوص چدن با درجه حرارت ترغیب به خلوص درونی می‌کند:
میزان هسته ای بالارفته، رشد خلوص را که مربوط به تخطی از دانه دانه شدن درونی است و دانه دانه شدن هیدروکسیدی که منتهی به بهبود کیفی خلوص هیدروکسید آهن می‌شود را، محدود می‌کند.

6-3-2- به طور کلی، با افزایش میزان سردکردن، طبیعت و دانه بندی هیدروکسید آهن از حالت کثیرالاضلاعی به نوع لایه ای یا باریک و کشیده و غالباً به صورت لایه ای و نوع آجی سوزنی شکل تغییر شکل می‌دهد.

علاوه بر این، ترکیب دو ظرفیتی ناب و خالص، به دست می‌آید، زیرا توقف پراکندگی کربن در کار است.

[6-3]
به طور خلاصه، سردکردن سریع بعد از چرخش کنترل شونده به یک میکرو ساختار کاملاً خالص شده با تغییر شکل پذیری تولیدات حرارتی منتهی می‌شود.

میکروساختارهای چدن نشکن بینیتی، در فولادهای میکرو آلیاژی کم کربن به دست می‌آیند که به عنوان یک هیدروکسید بینیتی یا یک هیدروکسید سوزنی شکل، آجی یا یک چدن نشکن بینیت رسوبی می‌باشند.

در جایی، گاهگاهی میکروساختاری مخلوط شده در قدرتی بالا با آلیاژی کم به دست می‌آید (HSLA) این فولادها در میزان سردکردن بالا به دست می‌آیند.

[7-1] میکروساختارهای بینیتی همچنین به عنوان یک بینیت کم کربن یا پرکربن خصوصیت بندی می‌شوند.

[10-8] نشان داده شده که زمانی که درجه حرارت شکل پذیری کاهش یابد، «ناحیه‌ی دوباره بلوره شدن» با افزایش در میزان سردکردن، نوع هیدروکسید لایه ای، (با یا بدون- ترکیب دو ظرفیتی) در حد ومرزهای خالص چدنی هسته ای می‌شود و به عنوان بینیت کم کربن سطح بالا طراحی می‌شود (ULCB)

این میکروساختار در درصد کم تغییر شکل پذیری و میزان‌های سردکردن بالا به دست می‌آیند.

هیدروکسید آهن نوع لایه ای، در میزان بالای سردکردن تنظیم می‌شود در حالی که، آنها به طور نامرتب در میزان سردکردن کمتر جمع می‌شوند.

در درصد بالای شکل پذیری، طول و عرض لایه‌ها در بسته‌های مفرده کاهش می‌یابد [10-8].

رشد لایه‌های هیدروکسید آهن بینیتی خالص توسط میزان هسته ای زیرمجموعه‌ها کنترل می‌شود که در چرخش بستگی به نیروی محرک (زیر درجه سردکردن) برای واکنش فاز تغییر شکل دارد [7-6].

با افزایش در میزان سردکردن، درجه حرارت فاز تغییر شکل، Ar3، کاهش و تغییر شکل در میزانی که به سرعت از میان دو منطقه‌ی فازی رسوبی نیرویی از هیدروکسید آهن حداقل است [3] همچنین، تغییر ناپذیری، نیروی محرک تغییر پذیری را تحت عمل قرار می‌دهد و استمرار شکل گیری سردکردن حرکت منحنی شکل پذیری آلیاژ آهن و کربن به زمان‌های زیادی احتیاج دارد.

«به طور مثال: به سمت راست».

در مطالعه‌ی گزارش شده قبلی، [13-12] ما مقایسه ای از رفتار مکانیکی Nb، فولادهای میکرو آلیاژ-V که به طور صنعتی تحت شرایط مشابه قرار داشتند، داریم.

تضادی شوکه کننده در سختی فشردگی این دو فولاد میکروآلیاژی وجود داشت، حتی اگرچه، آنها با نیروی به دست آمده مشابه خصوصیت بندی می‌شدند.

این رفتار به اختلافات در محتوای میکروساختاری منتهی می‌شد.

این تحقیق در اینجا آنچه توضیح داد، به تبعیت از کار قبلی، می‌باشد و به صورت ریز، تأثیر میزان خنک سازی روی قدرت سختی فشرده که ترکیبی از فولادهای میکروآلیاژ فلز «نوبیدیوم» در مواردی از میکروساختار را امتحان می‌کند و به رابطه میکروساختار با خصوصیات شکستگی نمونه‌های فشرده‌ی تست شده توجه می‌کند.

2- تجربی میزان ترکیب شیمیایی فولادهای میکروآلیاژی Nb- در جدول1 آمده است.

میزان ترکیب مخصوص سازی ASTM، به خصوصA992 را دربرمی گیرد.

اندازه‌ی خلوص میانگین با شیوه‌ی خزش خطی تعیین می‌شد.

تست‌های Tensile بر اساس خصوصیات ASTM A370, ASTM E8 و تستCharpy که فشرده و بریده بریده بود به عنوان یک ASTM A673, ASTM E23 عمل شدند.

تکنیک‌های فلز شناسی استاندارد شامل، آسیب سازی، پرداخت و براق سازی و تیزاب زنی روی فلز، با2% Nital برای رها کردن میکرو ساختار از استفاده‌ی لوز و اسکن دقیق با میکروسکوپی‌های الکترونی بوده، کاهش حجم مواد متشکله‌ی میکروساختار مختلف با استفاده از شیوه‌ی نقطه ای شمارش مرسوم، تخمین زده می‌شد.

میزان ترکیب شیمیایی فولادهای میکروآلیاژیNb انتقال میکروسکوپی الکترون روی ورقه‌های نازک فولادهای میکرو آلیاژیNb عمل شدند.

این ورقه‌ها برای بریدن ویفرهای نازک (لایه ی پهن) از نمونه‌های فولای آماده شدند و آنها را آسیا می‌کنند تا به اندازه‌‌ی تقریبی برسند.

سه دیسک 3 میلی متری از لایه‌ها سوراخ شدند و با استفاده از براق سازی الکترونی، یک حلال با 10% پرکلرید اسید در الکترولیت اسید استیک ریخته شد.

عین کربن استخراج شده هم چنین برای خصوصیت سازی رسوبی آماده شدند.

سطح نمونه‌های براق شده با 2% nital تیزاب میکروی شدند و کربن به سطح تیزاب خورده بخار شد.

سرانجام سطح، تا حدود~3mm2 اندازه گیری شد و نمونه‌ی تیزاب زده ابتدا با 10%Nital اندازه گیری شد و سپس با 2%Nital.

به همان نسبت، عین استخراج شده، با آب مقطر شسته می‌شود و روی ورقه ای مسی قرار می‌گیرد و خشک می‌شود.

ورقه‌ها و عین کربن استخراج شده با یکTEM/STEM 7600 هیتاچی در حرارت100 کیلووات انجام شد و امتحان شد.

3- نتایج و توضیحات 1-3- Tensile و رفتار فشرده (نیروی کششی و رفتار فشرده) خصوصیات نیروی کششیTensile از فولادهای میکروآلیاژیNb- در جدول2- برای ستون‌های قبلی در میزان‌های سردکردن کم- متوسط و زیاد خلاصه می‌شوند.

در نتیجه افزایشی بوده و نیروی کشش با افزایش در میزان سردکردن (چون میزان سردکردن مربوط به دلایل خصوصیتی نبوده)، افزایش می‌یافت.

به هرحال، طولانی شدن درصدی و سختی برای میزان‌های متفاوت سردکردن مشابه بود.

گرچه، افزای نیرو در میزان سردکردن بیشتر همراه با درصد طولی یا سختی فشردگی نیست.

جدول2- داده‌های سختی فشردگی را به عنوان یک عمل درجه حرارت برای3 میزان سردکردن خلاصه می‌کند.

جدول2: درجه حرارت بیان شده‌ی نیروی کششی در اتاق و خصوصیات فشردگی فولادهای میکرو آلیاژNb شکل1- فرایند میکروگرافی فولاد میکروآلیاژی-Nb در سرعت‌های سردکردن پایین (a,b) شکل2- فرایند میکروگرافی فولاد میکروآلیاژی-Nb در سرعت‌های سردکردن متوسط (a,b) 2-3- ساختار میکروسکوپی فولاد میکروآلیاژ-Nb در شکل 1 تا شکل3، ساختارهایی از سردکردن با سرعت‌های متفاوت را می‌بینیم.

میکروساختارهای اصلی آن تشکیل شده است از فریت و پرلیت چند گوشه ای، در سرعت‌های سردکردن بالا و متوسط میکروساختاری که مشاهده می‌شود شامل یک لایه از فریت و بینیت می‌باشد و همچنین پرلیت کم رنگ شده که با فریت پرلیت معمولی می‌باشد.

با افزایش سرعت سرد کردن جریان یا چگالی بودن نسبت به شکل گیری نوار فریت- فریت بینیت افزایش پیدا می‌کند با این توضیح که در میکروساختار فریت- پرلیت مرسوم می‌باشد.

جدول3- خصوصیات میکروساختار فولادهای میکروآلیاژNb- شکل3- نمونه مشاهده شده از فولاد میکروآلیاژNb- در سرد کردن با سرعت بالا (a,b) شکل4- زمینه روشنی از متالوگرافی TEM از فولاد میکروآلیاژیNb در فرآیند سردکردن با سرعت کم یا نرمال (a,b) ساختار چند گوشه فریت و جا به جایی در میکروساختار فریت (c) تغییر شکل میکروساختار از سرعت سرد کردن پایین به متوسط به بالا می‌تواند خلاصه شود به فریت- پرلیت- فریت- پرلیت کم رنگ شده- فریت بینیت.

اندازه دانه ای در این فولادها در فرآیندهای سردکردن با سرعت متفاوت، متوسط می‌باشد، حدود 1-12m کمیت متالوگرافی برای فولادهای میکروآلیاژی Nb در جدول3 خلاصه شده است.

3-3- تأثیر سرعت سردکردن بر روی میکروساختار فریت نمونه میکروگرافی TEM بر روی میکروساختار فریت فولاد میکروآلیاژNb در فرآیندهای سردکردن با سرعت کم متوسط بالا به ترتیب در شکل6-4 آمده است.

شکل (a-c4) فرآیند سردکردن با سرعت کم را نشان می‌دهد.

در سرد کردن با سرعت متوسط میکروساختار فولاد شامل کشیدگی دانه‌های فریت می‌باشد (شکل a5) و همچنین با دانه‌های زیر با جا به جایی بالایی از جریان می‌باشد.

(شکلb,c5).

در سرد کردن با سرعت بالا میکروساختارها غالباً متحوی یک لایه از فریت- بینیت می‌باشند (ba-c) این مکانیزم‌ها شامل نوع متفاوتی از مورفولوژی فریت می‌باشد که مستلزم نفوذ یا برش می‌باشد [15و14].

اگر برای کاهش کربن.

جا به جایی (از عیوب می‌باشد) نیروی مؤثری می‌باشد پس آستنیت مانند جا به جایی لایه فریت با مکانیزم برشی می‌باشد و با دمای بیشتر از [14].

شکل5- زمینه روشن میکروگراف (TEM) فولاد میکروآلیاژNb در فرآیند سرد کردن با سرعت متوسط (a,b) کشیدگی ساختار فریت و(c) جا به جایی میکروساختار در فریت.

شکل6- زمینه روشن میکروگراف TEM فولاد میکروآلیاژNb در فرآیند سرد کردن با سرعت بالا (a,b,c) ساختار بینیت/ لایه فریت.

شکل7- زمینه روشن میکروگراف TEM فولاد میکروآلیاژNb در فرآیند سرد کردن با سرعت پایین (یا نرمال) (a,b) ساختار لایه ای پرلیت و(c) ساختار لایه ای شکسته شده پرلیت.

شکل8- زمینه روشن میکروگراف TEM فولاد میکروآلیاژNb در فرآیند سرد کردن با سرعت متوسط (a,b) ساختار پرلیت کم رنگ شده و(c) آنالیز نمونه SAD برای عکس (b).

شکل9- زمینه روشن میکروگراف TEM فولاد میکروآلیاژNb در فرآیند سرد کردن با سرعت بالا(a) ذرات سمانیت در فریت (b) بخش ذرات سمانیت در فریت (c) ذرات سمانیت در مرز دانه فریت.

شکل10- زمینه روشن میکروگراف (a,b)TEM به دست آمده از استخراج کربن- کاربیدهای زبر در فولاد میکروآلیاژNb شامل C,Nb-Fe با مقداریn.

شکل11- زمینه روشن میکروگراف TEM و تاریک آن از استخراج کربن- رسوباتی در فولادهای میکروآلیاژیNb در فرآیند سرد کردن با سرعت پایین و یا نرمال نمونه.

SAD از یک قاب رسوب فریتی.

4-3- اثر سرعت سرد کردن بر روی میکرو ساختار پرلیت نمونه زمینه روشن میکروگرافTEM در فولاد میکروآلیاژNb برای میکروساختار پرلیت در فرآیند سرد کردن با سرعت متوسط و بالا در شکل (9-7) به ترتیب نشان داده شده است.

با افزایش در سرعت سرد کردن میکروگراف سمانیت در تبدیل پرلیت از لایه‌های پرلیت به پرلیت کم و در نهایت مقداری ذرات سمانیت داریم.

فرآیندهای سرد کردن با سرعت پایین فولاد (شکلa-b7) شامل لایه‌های پرلیت و لایه‌های شکسته (شکلc7) می‌باشد.

سرعت سرد کردن متوسط برای پرلیت از بین رفته در شکلb8 مشاهده می‌شود.

آنالیز نمونهSAD پرلیت از بین رفته در شکل (b8) و(c8) نشان داده شده، آنالیزها شامل نشان دادن سمانیت که به قالب فریت بستگی دارد.

گمان می‌شود که پرلیت از بین رفته کاهش را بالا می‌برد.

گزارشی که شده نشان می‌دهد پرلیت از بین رفته بین فریت و سمانیت می‌باشد [17].

در سرعت‌های سرد کردن بالا، میکروساختار آن عمدتاً شامل ذرات سمانتیت می‌باشد که در زمینه فریت پراکنده شده است.

شکل (b,9a) در مرزهای فریت (شکل 9c) بارنج اندازه‌ای nm120-60.

نیروی مؤثری که برای ذرات سمانتیت تشکیل شده از نیروهایی بین لایه‌های سمنتیت زمینه فریت می‌باشد.

شکل 12- زمینه روشن میکروگراف TEM از وزن نازک (شکل a)، رسوب خوبی در زمینه فریت (b) مرزدانه رسوب، (c) رسوب بر روی جابجایی، در فولاد میکروآلیاژی Nb در فرآیند سرد کردن با سرعت پایین (یا نرمال) و (d) نمونه آنالیز برای عکس (c).

5-3- رسوب در فولاد میکروآلیاژ Nb شکل 10 و 11 زمینه روشنی از میکروگراف TEM که شامل استخراج کربن می‌باشد را نشان می‌دهد جداسازی برای Fe، Nb و C با محتوای مقداری Mn سخت می‌باشد.

آنالیز نمونه SAD رسوب نازکی در مقیاسی حدود m12-8 را نشان می‌دهد همراه با کاربید نیابیوم.

شکل (12a-c) زمینه روشنی از ورقه میکروگراف TEM را نشان می‌دهد که مقدار رسوب نازکی در زمینه فریت داریم و همچنین بر روی مرز دانه و جابجایی‌ها.

شکل (12d) نشان می‌دهد که نمونه آنالیزی SAD به ناحیه‌ای که در شکل مشخص شده است، مربوط می‌شود.

رسوب بر روی جابجایی‌ها نشان می‌دهد که تا بین جهت آنها نامعقول می‌باشد اما به [012]//[011]Me و [011]//[011]Mc با زمینه فریتی بستگی دارد.

نتایج نشان می‌دهد که فولاد میکروآلیاژ Nb کرنشی را شامل می‌شود که رسوب را روی مرز دانه داریم و همچنین جابجایی، در حالی که رسوب نازکی در شکل گیری فریت در طول سرد کردن داریم.

به نظر می‌رسد که این رسوب در طول مراحل متفاوت فرآیند ترمومکانیکی در فولادها به وجود می‌آید.

شکل 13- زمینه روشن میکروگراف TEM بدست آمده از ورق نازک (a) رسوب جابجایی در زمینه فریت و (b) رسوب مرزدانه‌ای رسوب جابجایی در فولاد میکروآلیاژی Nb در فرآیند سردکردن با سرعت پایین.

6-3- تأثیر سرعت سرد کردن بر روی استحکام ـ تافنس در فولادهای میکروآلیاژ Nb پارامترهایی که بر روی تافنس در این نوع فولاد تأثیر می‌گذارد، اندازه دانه‌ای فریت، پرلیت از بین رفته، فریت سوزنی شکل، فریت و بینیت می‌باشد.

سمانتیت نازکی در پرلیت برگشتی می‌باشد که در مقایسه با پرلیت اصلی انتظار نمی‌رود که فقط استحکام تسلیم بالاتر باشد اما به نظر می‌رسد تافنس بهبود می‌یابد چون پرلیت خشن به هموژن شدن تغییر شکل می‌یابد البته با کرنش مشخص شده‌ای در باندهای نازک شیب‌دار در حالی که پرلیت برگشتی نازک نشان می‌دهد که شکل کرنش در حال توزیع در طول فرآیند تغییر می‌کند[‍20].

در حقیقت بدین معنی می‌باشد که با افزایش استحکام تسلیم فولادها و با افزایش سرعت سردکردن، تانن و در حد کشیدگی کاهش نمی‌یابد [12].

7-3- مقامت به شکست فولادهای میکروآلیاژ Nb در سرعت سردکردن در شکل 14 نمونه شکست سطحی در اتاقک دما و تست ضربه نمونه‌ها برای 3 نوع سرعت سرد کردن آمده است سطح شکست دیده شده در سردکردن با سرعت بالا یک جریان بالایی را نشان می‌دهد که نسبتاً یکسان است و مقدار کمی فضای خالی نرم به شکل فرورفتگی را داریم.

در صورتی که در کمترین سرعت سرد کردن، سطحی کم عمق و فضای خالی بزرگی مشاهده می‌شود.

درحقیقت این درزها و شیارها یک افزایش منظمی از جریان در فضاهای خالی کوچک را با افزایش سرعت سردکردن نشان می‌دهند و مشاهده این عکس‌ها قضیه را روشن می‌کند.

4- نتیجه 1.

در سرعت‌های سردکردن پایین و معمولی میکروساختار فولاد میکروآلیاژ Nb شامل فریت ـ‌ پرلیت چند گوشه می‌باشد.

در سرعت‌های سردکردن متوسط میکروساختار شامل پرلیت از بین رفته و نوار فریت ـ بینیت با پرلیت ـ فریت اصلی باشد.

در سرعت‌های سرد کردن بالا میکروساختار شامل نوار فریت ـ ‌بینیت می‌باشد.

2.

در فولادهای میکروآلیاژ Nb، کرنش موجب رسوب در مرزدانه‌ای، جابجایی‌ها و در زمینه فریتی می‌شود.

آنالیز نمونه SAD نشان می‌دهد که رسوبی به اندازه‌ای حدود nm12-8 به اسم کاربید نایوبیوم.

3.

با افزایش سرعت سردکردن، تغییر دادن میکروساختار فریت ـ پرلیت به میکروساختار فریت ـ بینیت سخت‌زاست.

4.

درجه میکروپلاستیسیته فولادهای میکروآلیاژی Nb در سرعت‌های سردکردن متفاوت در نوعی از شکست سطحی منعکس می‌شود.