چکیده :
فولاد آلیاژی AISI M42 از جمله فولاد های ابزار تندبر ( High Speed steels ) که این فولادها برای شکل دهی و ماشینکاری مواد و ابزارهایی نظیر ، ابزارهای برشی سنبه و ماتریسهای برش، خمکاری، فرم دادن، کشش به کار می روند . در این پژوهش تأثیر فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی برای دستیابی به سختی پذیری و ساختار مناسب بر روی 50 نمونه از جنس DIN 1.3247 تحقیق گردیده است.
برای انجام این آزمایش از چهار کوره حمام نمک دمای بالا و پایین به ترتیب برای آستنیتهکردن و کوئنچ کردن استفاده شد. آزمایشها برای به دستآوردن شرایط بهینه دما و زمان آستنیتهکردن و تمپرکردن انجام گردید و سپس با توجه به شرایط به دستآمده از این نتایج سیکل مناسب انتخاب گردید . آزمایشهای سختیسنجی، متالوگرافی و بررسی با میکروسکوپ نوری انجام گردید .
سیکل عملیات حرارتی بهینه شامل پیشگرمکردن نمونه در سه مرحله که شامل مرحله اول 0C 450 که در داخل کوره المنتی و مرحله دوم 0C 850 و مرحله سوم0C 1050 در داخل کوره حمام نمک به مدت 2 دقیقه انجام میگردید. سپس نمونه در دمای0C1170 جهت آستنیته کردن به مدت 2 دقیقه در داخل کوره حمام نمک نگهداری گردید . در مرحله بعد نمونه در حمام نمک 515 به مدت 2 دقیقه کوئنچ گردید . در انتها برای رسیدن به خواص نهایی نمونه 2 بار در دمای 540 به مدت 1 ساعت تمپر گردید .
نتایج نشان می دهد که عملیات حرارتی انجام شده از تشکیل کاربید های لایه ای و رشد دانه ها در نمونه جلوگیری می گردد .
واژه های کلیدی: عملیات حرارتی، فولاد ابزار تندبر ، حمام نمک، آستنیته کردن ، تمپر کردن
مقدمه
خواص متنوع فولاد ها باعث شده تا بیشترین کاربرد را در صنایع نسبت به سایر آلیاژهای فلزی به خود اختصاص دهند . بخشی از کاربرد وسیع فولادها ناشی از عملیات حرارتی پذیری آنها می باشد زیرا با اعمال سیکل های مختلف عملیات حرارتی می توان به ریز ساختار های متنوع ، همراه با محدوده وسیعی از خواص مکانیکی دست یافت .
فولادهای ابزار (Tool steels) گروهی از فولادهای کربنی (Carbon steels) و فولادهای آلیاژی هستند که با عملیات حرارتی آنها می‌توان خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی در آنها به وجود آورد، به طوری که بتوان از آنها ابزارهایی نظیر ابزارهای برشی سنبه و ماتریسهای برش، خمکاری، فرم دادن، کشش، قالبهای پلاستیک و اکستروژن ساخت. فولادهای ابزار به فرم های میلگرد، شمشال، بلوکه‌های فورج شده و ریخته‌گری شده و در حالت آنیل شده در بازار عرضه می‌شوند.
فولادهای ابزار به طور کلی بدین صورت دسته‌بندی می‌شوندکه سخت شونده در آب، سخت‌شونده در روغن، سخت شونده در هوا، مقاوم در برابر ضربه، گرم‌کار، تندبر، فولاد قالب های پلاستیک و فولادهای خاص. در هر دسته، فولادهای مختلف با آنالیز شیمیایی و ویژگی‌های مختلف قرار می‌گیرند.
فولاد M42 جزء فولاد های ابزار تندبر می باشد که به طور وسیعی در ساخت ابزار آلات و تجهیزات برشکاری مورد استفاده قرار می گیرد . این فولاد ها معمولاً به صورت عملیات حرارتی ( آبدهی و بازگشت ) بکار می رود لذا شناخت و بررسی پارامترهای موثر بر عملیات حرارتی و بهینه سازی خواص آن از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است .
فولاد آلیاژی 1.3247 از جمله فولاد های تندبر ( High Speed steels ) که این فولادها دارای عناصر کروم ، وانادیم ، مولیبدن یا تنگستن و یا ترکیباتی از این دو و نیز در بعضی موارد کبالت می باشد.
. از ویژگی مهم این فولاد های تندبر می توان چنین نام برد :
سختی Hardness
سختی سرخی red Hardness
مقاومت به سایش wear Resistant
چقرمگی Toughness
مواد و روش تحقیق :
به منظور انجام آزمایشات در این تحقیق ازفولاد ابزار تندبر M42 AISI با ترکیب شیمیایی مطابق جدول 1 ، استفاده شد . نمونه ها در شرایط آنیل شده و دارای قطر 25 میلیمتر و ضخامت 20 میلیمتر تهیه گردید .
C
Si
Mn
Cr
Mo
V
W
Co
1.10
0.50
0.20
3.90
9.20
1.00
1.40
7.80
جدول 1 ترکیب شیمیایی فولاد ابزار تندبر M42
با توجه به حساسیت و دقت در نتایج حاصله 50 عدد نمونه جهت انجام آزمایشات ، برشکاری وعملیات آماده سازی اولیه روی نمونه ها انجام گردید .
آنیلینگ
مرحله 1 پیش گرم
مرحله 2 پیش گرم
مرحله 3 پیش گرم
آستنیته
تمپرینگ 1
تمپرینگ 2
تمپرینگ 3
زمان
دما
سیکل عملیات حرارتی سخت کاری فولاد تندبر M42 ،همانطور که در شکل 2 قابل مشاهد است از یک مرحله آنیل و جهت آستنیته کردن از سه مرحله پیش گرم و سپس آستنیته کردن و کوئنچ در حمام نمک و در انتها 3 مرحله عملیات تمپرینگ انجام می گیرد.
شکل2 مراحل عملیات حرارتی سختکاری فولاد تندبر M42
جهت انجام آزمایشات از یک پروسه بسیار کامل که شامل سه دمای آستنیته که هر هر دمای آستنیته شامل 15 نمونه استاندارد که جمعاً 45 نمونه و سه دمای تمپر که از هر دمای آستنیته 5 نمونه جداسازی و با سه دمای مختلف تمپر آن هم در 3 مرحله انجام گردید.
جهت انجام عملیات آستنیته ، از سه دمای آستنیته 1150 ، 1170 ، 1200 به مدت 120 ثانیه در حمام نمک وقبل از آن استفاده از سه مرحله پیشگرم که شامل مرحله اول0C 450 که در داخل کوره المنتی انجام می شود ، مرحله دوم0C 850 در داخل کوره حمام نمک و مرحله سوم0C 1050 نیز در داخل کوره حمام نمک انجام می گردد .این کار به منظور تاثیر دمای آستنیته بر خواص این فولاد انجام گردید .
پس از آستنیته کردن نمونه ها در دما و زمان ذکر شده ، نمونه ها در محیط حمام نمک با دمای 515 و به مدت 120 ثانیه عملیات کوئنچ انجام گردید .
جهت انجام عملیات تمپر از سه دمای تمپر 500 ، 540 ، 590 استفاده شده که در هر دمای تمپر از 5 عدد نمونه با دمای آستنیته کردن ثابت ( 1150، 1170 ، 1200 ) استفاده شد که جمعاً در هر دمای تمپر 15 نمونه با سه مرحله تمپر 1 ساعت انجام گردید .
جهت سختی سنجی نمونه های بعد از هر مرحله که شامل آستنیته کردن و 3 مرحله تمپر تست سختی سنجی راکول C طبق استاندارد ISO 6508-1 انجام گردید .
بدین منظور بررسی های ساختاری و تعیین درصد و اندازه میانگین کاربیدها در نمونه های عملیات حرارتی شده ، عملیات آماده سازی جهت بررسی متالوگرافی روی آنها انجام شد و نمونه ها توسط محلول اچ نایتال 2% اچ گردید و جهت بررسی در زیر میکروسکوپ در بزرگنمایی 100Xو 1000 X مورد مطالعه و بررسی قرارگرفت . به منظور تعیین درصد و اندازه میانگین کاربید ها از نرم افزار پردازش تصویر متالوگرافی (CLEMEX) استفاده گردید.