دانلود تحقیق معرفی و طبقه‌بندی فولاد های میکرو آلیاژی

چکیده

فولادهای میکروآلیاژی به عنوان خانواده‌ای از فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا هستند تولید فولادهای میکروآلیاژی یکی از مهمترین پیشرفت های متالورژیکی چند دهه اخیر بوده است ، این فولادها به خاطر داشتن ترکیب عالی از خواصی همچون استحکام بالا ، چقرمگی مطلوب ، انعطاف پذیری و قابلیت جوشکاری مناسب ،‌از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند مقادیر بسیار جزئی از عناصر میکروآلیاژی می توانند تأثیر به سزایی بر خواص نهایی فولاد داشته باشند .

از آنجایی که این فولادها هنوز در دست تحقیق می باشند و همچنین از آنجائیکه یکی از روش های بهبود خواص در فولادهای میکروآلیاژی فرآیندهای ترمومکانیکی (‌از قبیل Hot  rolling  Forgingو...) می باشند لذا در این پروژه هدف ، بررسی این فرآیند ها و همچنین معرفی و طبقه‌بندی فولادهای میکروآلیاژی می باشد .

کلید واژه : فولادهای میکروآلیاژی ، ترمومکانیکال،‌ آهنگری

فصل اول

مقدمه

یکی از انواع فولادهای میکروآلیاژی، فولادهای میکروآلیاژی آهنگری می باشند .

 فولادهای میکروآلیاژی آهنگری اولین بار اواخر دهه 70 معرفی شدند لازمه ی استفاده از این فولادها رسیدن به استحکام کششی بالا حین آهنگری بود . همچنین از این طریق روش های سرد کردن و آبدیده کردن که پر هزینه و برای محیط زیست مضر بود حذف می شد با این حال بخش هایی که از فولاد آهنگری میکروآلیاژی ساخته می شوند در مقایسه با روش های دیگر استحکام کمتری داشته این موضوع کاربرد آنها را به ویژه در بخش های ایمنی محدود می کرد  اولین نسل فولادهای میکروآلیاژی (وانادیوم – منگنز – کربن ) دارای میکروساختار فریت – پرلیت بودند که استحکام پایینی داشتند  بنابراین در سالهای اخیر تحقیقات روی حذف یا کاهش پرلیت تشکیل شده پس از جوشکاری متمرکز شده، که دارای  میکروساختار فریت – پرلیت دارای استحکام ضربه بالا است. مانند فریت نوک تیز که آن را از طریق کنترل پارامترهای پرداخت و ترمومکانیکی اصلاح می کنند هدف نهایی این تلاش تولید بخش هایی با استحکام و سختی بالا که برای کاربرد در بخش های ایمنی اتومبیل مناسب هستند می باشند یک فریت نوک تیز در دمای پایین تر از فریت – پرلیت پرویوتکتویید و بالا تر از دمای آغاز مارتنزیت شکل می گیرد بنابراین دامنه ی دمای تغییر شکل آن مانند بینیت است همچنین گزارش شده است که مکانیزم تغییر شکل بینیت با فریت نوک تیز مشابه است . ولی سایت های هسته سازی مربوط به آنها متفاوت می باشد در بینیت ضخامت فریت در محدوده های دانه آستنیت آغاز می شود و دسته هایی از صفحات موازی با جهت کریستالوگرافی یکسان تشکیل می دهند. در مقابل به خوبی پذیرفته شده است که فریت نوک تیز به شکل درون دانه ای[1] یا مرز دانه ای در دسته هایی درون دانه های بزرگ آستنیت هسته سازی می کنند و سپس در جهت های گوناگون پخش می شوند همچنین گفته می شود فریت نوک تیز در حقیقت همان بینیت است که بصورت درون دانه ای یا مرز دانه ای هسته سازی شده است  یا اینکه از برخوردهای چند گانه فریت و یدمن اشتاتن و فریت پلی گونال که به صورت درون دانه ای یا مرز دانه ای یا هسته سازی شده است به وجود آمده است حالت هسته سازی فریت نوک تیز به گونه ای است که باعث تنظیم آشفته و بی نظمی صفحات و دانه های نرم می شوند و دانه های آن نرم می شود که حاصل آن میکروساختاری است که در مقایسه با بینیت عادی نظم کمتری دارد  این ساختار بهتر ، بیشتر شکافها را منحرف می کند و بنابراین از دیدگاه استحکام مناسب تر هستند.

رشد صفحات فریت باعث می شود که میزان کربن آستنیت های باقیمانده بیشتر شوند که ممکن است بدون تغییر باقی بماند یا به مارتنزیت یا بینیت و یا کاربید های درهم تبدیل شوند .

با به کارگیری کشش، آستنیت تغییر شکل نداده و به مارتنزیت تبدیل می شود که سختی کشش را افزایش می دهد در میکروساختار لایه ای[2] فریت ، حذف پرلیت و کاهش تولید کاربیدهای بین لایه ای[3] و کنترل میزان آستنیت باقیمانده برای رسیدن به استحکام بهینه و خواص سختی مناسب ضروری است .

در قسمتی از این پروژه اثر پارامترهای فرآیند ترمومکانیکی روی ویژگی های میکروساختاری که در بالا ذکر شد مورد بررسی قرار گرفته است .

هدف این قسمت توسعه ی فرآیند آهنگری برای رسیدن به استحکام و سختی بالا می باشد تا بتوان بخش های ایمنی اتومبیل را توسط آنها ساخت .

اما بطور کلی هدف ما از انتخاب این موضوع و بحث و بررسی در مورد انواع فولادهای میکروآلیاژی بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی این فولادها بطور مثال همین فولاد میکروآلیاژی آهنگری و سایر فولادها می باشد .

برای بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژی روش های مختلفی وجود دارد از جمله روش عملیات حرارتی ، ترمومکانیکی و ... می باشد که ما در این پروژه از روش ترمومکانیکال استفاده می کنیم که شامل بخشهای زیر می باشد .

1-بهبود استحکام ضربه و خواص کششی در فولاد میکرو آلیاژی آهنگری گرم Nb-V

2- مهندسی محصولات آهنگری فولادهای ساختمانی میکروآلیاژی

3- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا[4]

4- تبلور مجدد استاتیکی فولاد آستنیت تغییر شکل یافته و سینتیک رسوب القا شده در فولادهای میکروآلیاژی و انادیوم

5- ریز ساختار و ویژگی فولاد کم آلیاژ مقاوم به دما

6- فرآیند ترمومکانیکی و ریز ساختار فولاد میکرو آلیاژی و محصولات میله ای سیمی

فصل دوم

مروری بر منابع

1-2- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا :

فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا[5] و یا فولادهای میکروآلیاژ شده ، برای فراهم نمودن خصوصیات مکانیکی بهتر و یا مقاومت بیشتر در برابر خوردگی جوی نسبت به فولادهای کربن قراردادی طرح شده اند . این خصوصیات برای فولادهای آلیاژ در مفهوم طبیعی در نظر گرفته نمی شوند چون این فولادها برای برآوردن خصوصیات مکانیکی ویژه به جای ترکیب شیمیایی طرح می شوند فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام های تسلیم بیشتر از MPa 275 یا ksi 40 می باشند . ترکیب شیمیایی یک فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا به ویژه ممکن است برای ضخامت های متفاوت محصول فرق داشته باشد تا نیازمندی های خصوصیت مکانیکی را برآورده سازند . فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا به شکل  ورقه ای یا صفحه ای مقدار کربن پایینی دارند (c 05/0 تا 25/0 - % ) تا شکل پذیری و قابلیت جوش کافی را تولید کنند و آنها مقدار منگنز بالای 2% دارند . کمیت های کم ، کروم ، نیکل ، مولیبدن ، مس ، نیتروژن ، وانادیوم ، نیوبیوم ، تیتانیوم و زیرکونیوم در ترکیبات متفاوت بکار می روند . طبقه های فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا عبارتند از درجه های متعدد استاندارد و اختصاصی طرح شده برای فراهم نمودن ترکیبات ویژه بهینه که دارای خصوصیاتی مثل استحکام ، چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش و مقاومت به خوردگی جوی  می باشند. این فولادها به عنوان فولادهای آلیاژی در نظر گرفته نمی شوند حتی اگر چه خصوصیت بهینه اشان با استفاده از افزودنیهای کم آلیاژ به دست می آیند . علاوه بر این فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا بصورت یک طبقه فولاد جداگانه طبقه بندی می شوند که شبیه به فولاد نورد شده دارای کربن کم هستند و خصوصیات مکانیکی افزایش یافته ای دارند که با اضافه کردن مقادیر کم آلیاژ به دست می آیند و احتمالاً با تکنیک های بعمل آوری ویژه مثل نورد کاری کنترل شده و روش هایسرد سازی شتاب یافته حاصل می شوند . این تشخیص محصول جداگانه از فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا با این واقعیت منعکس می شوند که فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا معمولاً از قیمت پایه برای فولاد های کربن قیمت گذاری می شوند نه از قیمت پایه برای فولادهای آلیاژی علاوه بر این فولادهای کم آلیاژ و با استحکام بالا اغلب بر اساس خصوصیات مکانیکی حداقل فروخته می شوند همراه با میزان آلیاژ خاصی که برای صلاحدید تولید کننده فولاد بر جای می ماند]1[ .

1-1-2- فولادهای[6] کم آلیاژ دارای استحکام بالا می توانند به6 طبقه تقسیم شوند :

1-1-1-2- فولادهای هوازدگی ، که حاوی مقادیر کمی عناصر آلیاژ کننده اند ، مثل : مس و فسفر که مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی و استحکام دهندگی به محلول جامد دارند .

2-1-1-2- فولادهای پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده : که حاوی افزودنیهای بسیار کم( معمولاً کمتر از 10/0% ) کاربید قوی و یا عناصر تشکیل دهنده کربونیترید مثل نیوبیوم ، وانادیوم و یا تیتانیوم هستند تا به رسوب استحکام دهند ، تصفیه ی دانه ای انجام داده و احتمال کنترل دمای تغییر شکل را داشته باشند .

3-1-1-2- فولادهای پرلیتی نوردکاری شده : که ممکن است شامل فولادهای منگنز – کربن باشند اما می توانند افزودنی های کمی از سایر عناصر آلیاژ کننده برای بالا بردن استحکام ، چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش داشته باشند .

4-1-1-2- فولادهای فریت سوزنی ( با بینیت کم کربن ) که از جمله فولادهای کم کربن هستند (کمتر از 05/0 % کربن ) همراه با ترکیب عالی از استحکام تسلیم بالا (به بالایی MPa690 و یا ksi 100 ) قابلیت جوش و شکل پذیری و چقرمگی خوب دارند .

5-1-1-2- فولادهای دو فازی : که میکروساختمان مارتنزیتی دارند و در قالب فریتی پراکنده اند و ترکیب خوبی از شکل پذیری و استحکام کششی بالا دارند .

6-1-1-2- فولادهای کنترل شده شکل آخال : که شکل پذیری پیشرفته ای را ایجاد کرده و چقرمگی از طریق ضخامت با افزودنی های کم کلسیم ، زیرکونیوم و یا تیتانیوم و یا احتمالاً عناصر خاکی نادر را فراهم می کنند بطوریکه شکل آخال های سولفید از رشته های کشیده شده به کره های کروی کوچک  پراکنده تغییر می کنند .

این طبقه ها الزاما گروه بندی های مجزایی نیستند . مثلاً یک فولاد کم آلیاژ دارای استحکام بالا ممکن است خصوصیاتی بیش از یک گروه بندی داشته باشد . به عنوان مثال همه انواع فولادهای بالا می توانند از نوع شکل کنترل شده آخال باشند . فولاد پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده نیز ممکن است آلیاژ های اضافی برای مقاومت خوردگی و استحکام دهندگی به محلول جامد داشته باشند]1[.