استخراج نمودار سرد شدن پیوسته ( دیاگرام cct ) و بررسی های ریز ساختاری فولاد aisi 4340

[mohammad_a1000 10]

با سلام

اینجانب محمد نره ای مقاله زیر را در ارتباط با عملیات حرارتی و بررسی ساختار ارسال می کنم امیدوارم دوستان استفاده مفیدی داشته باشند.

 

استخراج نمودار سرد شدن پیوسته ( دیاگرام CCT ) و بررسی های ریز ساختاری فولاد AISI 4340

 

مهندس محمد نره اي

 

 

چکیده

کنترل خواص مکانیکی فولاد در دماهای بالا از اهمیت به سزائی برخوردار است. تحت شرایط عملیات حرارتی در دماهای بالا استحاله های متعددی رخ داده که ممکن است آسیب های جدی بر قطعه وارد کند. دیاگرام CCT امکان پیش بینی فازهای تشکیل شده تحت شرایط مختلف عملیات حرارتی را به وجود می آورد، بدین ترتیب امکان کنترل خواص مکانیکی و بهبود آن افزایش می یابد. در تحقیق اخیر با استفاده از دستگاه دیلاتومتری مدل 805 A/D نمونه های فولاد AISI 4340 را از دمای آستینیته با زمان های مختلف کنترل شده به صورت پیوسته سرد کرده و رفتار دیلاتومتری نمونه ها را به وسیله دیاگرام های دیلاتومتری رسم شده به وسیله دستگاه مورد بررسی قرار دادیم. استحاله های فازی مورد ارزیابی قرار گرفتند و دیاگرام CCT این فولاد با استفاده از اطلاعات دیاگرام های مذکور به وسیله دستگاه ترسیم گردید. بررسی های ریز ساختاری تشکیل فازهای مختلف را مورد تائید قرار می دهند.

واژه های کلیدی: دیاگرام سرد شدن پیوسته، دیلاتومتری، استحاله فازی.

 

 

 

Mohammad_a1000@yahoo.com

مقدمه

فولاد AISI 4340 اغلب به صورت ساختار کوئنچ تمپر با زمینه مارتنزیتی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در این حالت دارای استحکام و تافنس قابل قبولی می باشد[1]. لازم به ذکر است این فولاد در محدوده دمایی بخصوصی نسبت به شکنندگی بسیار حساس است[3-2]. تکنیک دیلاتومتری کاربرد وسیعی در مطاله رفتار استحاله فولاد در طول دوره گرمایش و یا سرمایش پیوسته و نگهداری به صورت ایزوترمال دارد. دیاگرام های دیلاتومتری در کاربردهای متالورژی همانند عملیات حرارتی و جوشکاری ارزش فراوانی داشته به طوری که یکی از روش ها جهت تعیین خصوصیات فولادها در فرآیندهای عملیات حرارتی می باشد[4].

جهت دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب و جلوگیری از تشکیل فازهای ناخواسته استفاده از دیاگرام CCT راه حلی بسیار مفید به نظر می رسد. برای تولید کنندگان فولاد در اختیار داشتن دیاگرام CCT مشخصه فولاد تولیدی بسیار با اهمیت می باشد زیرا با استفاده از آن امکان بررسی تحولات ریز ساختاری، استحاله های فازی، دماهای بحرانی و خواص مکانیکی فولاد خود را خواهند داشت و با طراحی سیکل های دقیق به ریز ساختار و خواص مکانیکی مورد نظر خریدار دست می یابند[5].

 

روش تحقیق

در این تحقیق با اعمال سیکلهای حرارتی شامل آستنیته در دمای 900 درجه سانتی گراد و سرد شدن پیوسته در زمان های متفاوت رفتار دیلاتومتری بررسی شد. از یک دستگاه دیلاتومتر805A/D مجهز به دو پمپ تولید کننده خلا ، کویل مسی جهت ایجاد گرمایش القائی ، دستگاه اندازه گیری تغییرات ابعادی با دقت بالا ، محفظه اتمسفر کنترل شده و با قابلیت انجام آزمایشات ترمو مکانیکال استفاده شد. (شکل(1)و(2))

نمونه ها به شکل استوانه با قطر 4 (میلی متر) و ارتفاع10 (میلی متر) از جنس فولاد AISI 4340 تهیه گردیدند. نمونه ها سپس در دمای 900 درجه سانتی گراد آستنیته و به ترتیب در زمانهای 1 و 10 و 30 (دقیقه) و 2 و 5 (ساعت) سرد گردیدند. در مورد هر نمونه در حین گرمایش و سرمایش تحولات فازی از طریق مشاهده تغییرات دیلاتاسیون نمونه ثبت گردید. استحاله های فازی به صورت تغییرات شدید در شیب انبساط یا انقباض شناسائی و مورد ارزیابی قرار گرفتند. دماهای شروع و پایان استحاله های نفوذی دما بالا و استحاله های بینیتی میانی و نیز استحاله های برشی مارتنزیتی به کمک امکانات نرم افزاری دستگاه تعیین گردیدند. همچنین زمان های مربوط به شروع و پایان استحاله ها تعیین شد. بر اساس این اطلاعات دیاگرام CCT مربوط به فولاد مورد نظر ترسیم شد.

بررسی های ریز ساختاری به کمک میکروسکوپ نوری در جهت شناسائی فازهای تشکیل شده به روش کیفی و نیز تعیین درصد کمی فازها با تکنیک شمارش نقطه ای انجام گرفت، در شکل های (5) و (6) دو نمونه ازریز ساختار های مشاهده شده توسط میکروسکوپ نوری نمایش داده شده است. ریز سختی سنجی در مورد هر یک از فازهای تشکیل شده انجام گرفت، نتایج بررسی های کیفی را مورد تائید قرار دهد. در جدول (2) توصیف های ریز ساختاری و نتایج ریز سختی سنجی برای نمونه های آزمایش شده موجود می باشد. به این ترتیب نتایج ارزیابی های ماکروسختی و میکروسختی در نهایت بر روی دیاگرام CCT ترسیم شده اعمال گردید.

 

نتایج و بحث :

ترکیب شیمیایی فولاد AISI 4340 که با استفاده از کوانتومتری به دست آمد، در جدول (3) ارائه شده است. نمونه ای از دیاگرام های حاصل از انجام عملیات دیلاتومتری در تحقیق حاضر در شکل (3) نمایش داده شده است. در این دیاگرام منحنی تغییرات ابعادی و دما بر حسب زمان برای سیکل های اعمال شده مشخص می شود، به طوری که در حالت گرمایش انبساط نسبی و در هنگام سرمایش انقباض به وجود می آیدو شروع هر گونه استحاله باعث تغییر محسوسی در شیب منحنی دیلاتاسیون و در ادامه با تغییر مجدد در شیب منحنی پایان استحاله مذکور مشخص می شود. با انجام بررسی های دقیق بر روی منحنی های دیلاتاسیون، دماها و زمان های شروع و پایان استحاله تعیین شده و نهایتاً منجر به استخراج منحنی CCT فولاد مربوطه شد.

در دیاگرام ارائه شده در شکل (3) شروع استحاله آستنیتی با تغییر شیب منحنی دیلاتاسیون در دمای 719 درجه سانتی گراد و پایان آن در دمای 809 درجه سانتی گراد تعیین شد. در هنگام سرمایش نمونه در مدت زمان 1 دقیقه شروع استحاله مارتنزیتی در دمای 286 درجه سانتی گراد تعیین شد. در ادامه به منظور دستیابی به دمای پایان استحاله مارتنزیتی لازم است نمونه ها تا دمای زیر صفر سرد شوند، که به این منظور از تجهیزات مخصوصی استفاده می شود که بر روی دستگاه نصب می شوند و این امکان را فراهم می آورند. به همین ترتیب دما و زمان شروع و پایان کلیه استحاله ها با بررسی تغییرات شیب دیاگرام ها تعیین می شود[7-6].

در جدول (1) دماها و زمان های شروع و پایان استحاله های آستنیتی در سرعت های سرمایش متفاوت و استحاله بینیتی ( در محدوده دمایی 350-600 در جه سانتی گراد) و استحاله های مارتنزیتی ( در محدوده دمایی زیر 350 درجه سانتی گراد ) ارائه گردیده است.

دیاگرام CCT امکان شناسائی دما و زمان شروع و پایان تحولات ریز ساختاری را تحت سرمایش پیوسته نمونه از دمای آستنیته را به وجود می آورد. درشکل (4) دیاگرام CCT مشخصه فولاد AISI 4340 که در این کار تحقیقی استخراج گردید، نمایش داده شده است. در این دیاگرام محدوده فازهای دما بالا (فریت)، دما میانی (بینیت) و دما پایین (مارتنزیت) نمایش داده شده است. لازم به ذکر است اطلاعات ریز سختی سنجی و ماکروسختی به دست آمده در دیاگرام ارائه گردیده است. با توجه به شکل (8) و (9) با افزایش زمان سرد شدن مقادیر ریز سختی و ماکروسختی کاهش یافته است و طبق شکل (7) با افزایش زمان سرد شدن درصد ریز ساختار های دما بالادر نمونه ها افزایش یافته است. بنابر این می توان اسنباط کرد، هر چه زمان سرد شدن نمونه ها افزایش یابد، میزان سختی کمتر می شود. دلیل این امر تشکیل فازهای نفوذی، نظیر فریت با افزایش در زمان سرد شدن می باشد. از آنجایی که استحاله های دما بالا نسبت به استحاله های دما میانی و دما پایین دارای سختی کمتری می باشند، تشکیل این فازها باعث افت سختی می شود.

 

نتیجه گیری

1. دما و زمان شروع و پایان استحاله آستنیتی در فولاد مذکور در نمونه های آزمایش شده به ترتیب در محدوده دمایی 640.6-817 درجه سانتی گراد و 132-298 ثانیه به دست آمد.

2. محدوده استحاله بینیتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 326-486 درجه سانتی گراد و 5400-1362 ثانیه به دست آمد.

3. محدوده شروع استحاله مارتنزیتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 278-298 درجه سانتی گراد و5892-1120 ثانیه به دست آمد.

4. محدوده استحاله فریتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 636 - 709درجه سانتی گراد و 2280-2951 ثانیه به دست آمد.

5. منحنی CCT مشخصه برای فولاد AISI 4340 استخراج گردید.

6. با افزایش زمان سرمایش میزان سختی کاهش می یابد.

 

 

 

 

مراجع و منابع

 

 

[1] A.R. Rosenfield, G.T. Hahn, "Effect of cold work on mechanical

properties of high strength ferrous alloys", Trans. ASM 59 (1966)

962–970.

[2] M.F. Carlson, B.V. Narasimha, G. Thomas, "The effect of

austenitizing temperature upon the microstructure and mechanical

properties of experimental Fe:Cr:C steel", Metall. Trans. 10A

(1979) 1273–1281.

[3] M.F. Chai, C. Laird, "Mechanisms of cyclic softening and cyclic

creep in low carbon steel", Mater. Sci. Eng. 93 (1987) 159–174.

[4] C.Garcia Andres , F.G.Gaballero.Cpdevila,L.F.Alvarez,"Application of Dilatometry Analysisto The Study of Solid،Solid phase Transfomation in Steel"Departmant of physical metallurgy ,CENIM,48(2002),PP 101.،111.

[5] J. J. Wits et al., "A Study on the Austenite to Fen-ite Phase

Transformation in Binary Substitutional Iron Alloys", Materials Science and Eng., A283, PP234-341, 2000.

[6] Baehr H., Stafflage J.. "Dilatometer 805 A/D Technical Data" , Baehr- ThermoAnalyse GmbH. Postfech 1105". D-32603 Hullhorst , 2000,Germany.

[7] Baehr H., Stafflage J., "Dilatometer 805 A/D Technical Data". Maintenance and Application CD . Baehr- ThermoAnalyse GmbH, Postfech 1105, D-32603 Hullhorst ,2000. Germany.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استحاله

فریت استحاله

بینیت استحاله

آستنیت

استحاله مارتنزیت

 

زمان

سردشدن

زمان دما زمان دما زمان دما زمان دما

شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع- پایان شروع شروع

141-158 719-809 896 286 1 دقیقه

140-162 406.6-807 1120 297 10 دقیقه

132-151 754-810 30 دقیقه

2951-2280 709-636 4300-5400 474-326 252-298 747-804 5892 278 2 ساعت

5162-5907 684-656 9260-1362 486-341 171-193 750-817 5 ساعت

جدول (1): لیست نمونه های سرد شده در سرعت های مختلف، دماهای (درجه سانتی گراد) شروع و پایان استحاله، به همراه زمان های ( ثانیه) شروع و پایان استحاله از دمای آستنیته 900 درجه سانتی گراد برای فولادAISI 4340.

 

 

 

 

 

 

 

جدول(2): توصیف ریز ساختار، مقادیر ریز سختی سنجی در هر زمان های سرد شدن.

میکرو سختی

(ویکرز) توصیف ریز ساختار زمان

سرد شدن

750 فول مارتنزيت (بشقابي ) و پديده باندينگ به صورت بسيار كم مشاهده شد. 1 دقیقه

735 نقاط سفيد رنگ كروي به دليل ايجاد حباب بر روي سطح و اچ شدن ظاهر شده است (فول مارتنزيت ). در ريز ساختار عليرغم منحني استحاله در آن شروع استحاله‌هاي بينيتي متمايز نگرديده است و داراي مقادير زيادي بينيت كلاسيك مي‌باشد ( در حدود بيش از 50 درصد بينيت كلاسيك با زمينه روشن و رگه‌هاي تيره رنگ مشاهده مي‌شود )، در كنار آن زمينه‌هاي حاوي مارتنزيت به صورت تيره‌تر (قهوه‌اي كم‌رنگ ) و حاوي سوزن هاي تيره‌تر در جهات مختلف و گاه به صورت دسته‌هاي موازي كه بسيار به بينيت پرشكل شبيه است مشاهده شد. به نظر مي‌رسد كه با تكرار آزمايش ديلاتومتري به صورت دقيق‌تري بتوان تحولات ريزساختاري در اين نمونه را مشاهده كرد. 10 دقیقه

463

اين ريزساختار پديده باندينگ را نمايش نمی داد و حاوي درصد بالايي از سوزن هاي قهوه‌اي رنگ پرشكل بينيت، اختصاصاً بينيت پرشكل يا از نوع دسته سوزن هاي موازي بينيت بالائي بود، كه در اين زمينه بسيار ريز و روشن (احتمالاً مارتنزيت ) مشاهده شد. مارتزيت به قدري ريز است كه حتي با بزرگنمايي 1000 به زحمت قابل مشاهده بود. 30 دقیقه

360

ساختار عمدتاً از بينيت كلاسيك پوشيده شده بود و در نمونه تا حدود 90% بينيت كلاسيك مشاهده شد، در حدود %10- 5 سوزن هاي كشيده و قهوه‌اي رنگ از بينيت پر شكل مشاهده گردید. مناطق حاوي بينيت كلاسيك به خوبي زمينه روشن فريتي با الگوهايي از رگه‌هاي سمنتيتي گاه به صورت طرح‌دار و گاه به صورت خال، خال ساده نمايشمی داد. گروهي از دانه‌هاي روشن اگرچه داراي رگه‌هاي سمنتيت بود اما بسيار تميز و خالي بودند، كه نشان‌گر تشكيل مقدار بسيار اندك فريت ( همچنين بر اساس شواهد ديلاتومتري ) مي‌باشد . 2 ساعت

335 اين نمونه فاقد پديده باندينگ بود. عمدتاً پوشيده از بينيت كلاسيك به همراه اندكي كمتر از %10 فريت بود كه به صورت فاز روشن مشاهده شد. نواحي بينيت كلاسيك نسبتاً تيره‌تر با الگويي از سمنتيت در زمينه فريتي مشاهده گردید. 5 ساعت

 

 

جدول (3): ترکیب شیمیایی فولاد AISI 4340 که در کار تحقیقی اخیر مورد استفاده قرار گرفت.

%Ni %Mo %Cr %S %P %Mn %Si %C

1.3-1.7 0.15-0.3 1.3-1.7

 

 

 

 

 

شکل (1): نمایی از دستگاه دیلاتومترDIL 805 A/D.

 

 

 

 

 

 

 

شکل (2): نمایی ازسیم پیچ مسی جهت تولید گرما به روش القائی.

 

 

 

شکل (3): منحنی دیلاتاسیون نمونه آستنیته شده در 900 درجه سانتی گراد به مدت 10 دقیقه و سپس به شکل پیوسته

سرد شده در1 دقیقه تا دمای اتاق.

 

 

شکل (4): منحنی CCT اختصاصی فولاد AISI 4340 که محدوده دمایی استحاله های نفوذی دما بالا، میانی و برشی را نمایش می دهد.

 

 

 

شکل (5): ریز ساختار نمونه سرد شده در مدت 1 دقیقه. ساختار کاملا مارتنزیتی (بشقابی) همراه با پدیده باندینگ به صورت بسیار کم. محلول اچ نایتال 2 درصد و بزرگنمایی 200X.

 

 

 

شکل (6): ریز ساختار مربوط به نمونه سرد شده در مدت 5 ساعت. عمدتا پوشیده از بینیت کلاسیک به همراه اندکی کمتر از 10 درصد فریت به صورت فاز روشن. محلول اچ نایتال 2 درصد و بزرگنمایی 1000X.

 

 

 

شکل (7): تغییرات درصد ریز ساختار در زمان های سرد شده.

 

 

شکل (8): تغییرات مقادیر ریز سختی در زمان های سرد شده.

 

 

 

 

شکل(9): نتایج آزمایش های ماکروهاردنس برای فولاد AISI 4340 در زمان های سرد شدن مختلف.

[just work 12354]

با سلام

اینجانب محمد نره ای مقاله زیر را در ارتباط با عملیات حرارتی و بررسی ساختار ارسال می کنم امیدوارم دوستان استفاده مفیدی داشته باشند.

 

استخراج نمودار سرد شدن پیوسته ( دیاگرام cct ) و بررسی های ریز ساختاری فولاد aisi 4340

 

مهندس محمد نره اي

 

 

چکیده

کنترل خواص مکانیکی فولاد در دماهای بالا از اهمیت به سزائی برخوردار است. تحت شرایط عملیات حرارتی در دماهای بالا استحاله های متعددی رخ داده که ممکن است آسیب های جدی بر قطعه وارد کند. دیاگرام cct امکان پیش بینی فازهای تشکیل شده تحت شرایط مختلف عملیات حرارتی را به وجود می آورد، بدین ترتیب امکان کنترل خواص مکانیکی و بهبود آن افزایش می یابد. در تحقیق اخیر با استفاده از دستگاه دیلاتومتری مدل 805 a/d نمونه های فولاد aisi 4340 را از دمای آستینیته با زمان های مختلف کنترل شده به صورت پیوسته سرد کرده و رفتار دیلاتومتری نمونه ها را به وسیله دیاگرام های دیلاتومتری رسم شده به وسیله دستگاه مورد بررسی قرار دادیم. استحاله های فازی مورد ارزیابی قرار گرفتند و دیاگرام cct این فولاد با استفاده از اطلاعات دیاگرام های مذکور به وسیله دستگاه ترسیم گردید. بررسی های ریز ساختاری تشکیل فازهای مختلف را مورد تائید قرار می دهند.

واژه های کلیدی: دیاگرام سرد شدن پیوسته، دیلاتومتری، استحاله فازی.

 

 

 

mohammad_a1000@yahoo.com

مقدمه

فولاد aisi 4340 اغلب به صورت ساختار کوئنچ تمپر با زمینه مارتنزیتی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا در این حالت دارای استحکام و تافنس قابل قبولی می باشد[1]. لازم به ذکر است این فولاد در محدوده دمایی بخصوصی نسبت به شکنندگی بسیار حساس است[3-2]. تکنیک دیلاتومتری کاربرد وسیعی در مطاله رفتار استحاله فولاد در طول دوره گرمایش و یا سرمایش پیوسته و نگهداری به صورت ایزوترمال دارد. دیاگرام های دیلاتومتری در کاربردهای متالورژی همانند عملیات حرارتی و جوشکاری ارزش فراوانی داشته به طوری که یکی از روش ها جهت تعیین خصوصیات فولادها در فرآیندهای عملیات حرارتی می باشد[4].

جهت دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب و جلوگیری از تشکیل فازهای ناخواسته استفاده از دیاگرام cct راه حلی بسیار مفید به نظر می رسد. برای تولید کنندگان فولاد در اختیار داشتن دیاگرام cct مشخصه فولاد تولیدی بسیار با اهمیت می باشد زیرا با استفاده از آن امکان بررسی تحولات ریز ساختاری، استحاله های فازی، دماهای بحرانی و خواص مکانیکی فولاد خود را خواهند داشت و با طراحی سیکل های دقیق به ریز ساختار و خواص مکانیکی مورد نظر خریدار دست می یابند[5].

 

روش تحقیق

در این تحقیق با اعمال سیکلهای حرارتی شامل آستنیته در دمای 900 درجه سانتی گراد و سرد شدن پیوسته در زمان های متفاوت رفتار دیلاتومتری بررسی شد. از یک دستگاه دیلاتومتر805a/d مجهز به دو پمپ تولید کننده خلا ، کویل مسی جهت ایجاد گرمایش القائی ، دستگاه اندازه گیری تغییرات ابعادی با دقت بالا ، محفظه اتمسفر کنترل شده و با قابلیت انجام آزمایشات ترمو مکانیکال استفاده شد. (شکل(1)و(2))

نمونه ها به شکل استوانه با قطر 4 (میلی متر) و ارتفاع10 (میلی متر) از جنس فولاد aisi 4340 تهیه گردیدند. نمونه ها سپس در دمای 900 درجه سانتی گراد آستنیته و به ترتیب در زمانهای 1 و 10 و 30 (دقیقه) و 2 و 5 (ساعت) سرد گردیدند. در مورد هر نمونه در حین گرمایش و سرمایش تحولات فازی از طریق مشاهده تغییرات دیلاتاسیون نمونه ثبت گردید. استحاله های فازی به صورت تغییرات شدید در شیب انبساط یا انقباض شناسائی و مورد ارزیابی قرار گرفتند. دماهای شروع و پایان استحاله های نفوذی دما بالا و استحاله های بینیتی میانی و نیز استحاله های برشی مارتنزیتی به کمک امکانات نرم افزاری دستگاه تعیین گردیدند. همچنین زمان های مربوط به شروع و پایان استحاله ها تعیین شد. بر اساس این اطلاعات دیاگرام cct مربوط به فولاد مورد نظر ترسیم شد.

بررسی های ریز ساختاری به کمک میکروسکوپ نوری در جهت شناسائی فازهای تشکیل شده به روش کیفی و نیز تعیین درصد کمی فازها با تکنیک شمارش نقطه ای انجام گرفت، در شکل های (5) و (6) دو نمونه ازریز ساختار های مشاهده شده توسط میکروسکوپ نوری نمایش داده شده است. ریز سختی سنجی در مورد هر یک از فازهای تشکیل شده انجام گرفت، نتایج بررسی های کیفی را مورد تائید قرار دهد. در جدول (2) توصیف های ریز ساختاری و نتایج ریز سختی سنجی برای نمونه های آزمایش شده موجود می باشد. به این ترتیب نتایج ارزیابی های ماکروسختی و میکروسختی در نهایت بر روی دیاگرام cct ترسیم شده اعمال گردید.

 

نتایج و بحث :

ترکیب شیمیایی فولاد aisi 4340 که با استفاده از کوانتومتری به دست آمد، در جدول (3) ارائه شده است. نمونه ای از دیاگرام های حاصل از انجام عملیات دیلاتومتری در تحقیق حاضر در شکل (3) نمایش داده شده است. در این دیاگرام منحنی تغییرات ابعادی و دما بر حسب زمان برای سیکل های اعمال شده مشخص می شود، به طوری که در حالت گرمایش انبساط نسبی و در هنگام سرمایش انقباض به وجود می آیدو شروع هر گونه استحاله باعث تغییر محسوسی در شیب منحنی دیلاتاسیون و در ادامه با تغییر مجدد در شیب منحنی پایان استحاله مذکور مشخص می شود. با انجام بررسی های دقیق بر روی منحنی های دیلاتاسیون، دماها و زمان های شروع و پایان استحاله تعیین شده و نهایتاً منجر به استخراج منحنی cct فولاد مربوطه شد.

در دیاگرام ارائه شده در شکل (3) شروع استحاله آستنیتی با تغییر شیب منحنی دیلاتاسیون در دمای 719 درجه سانتی گراد و پایان آن در دمای 809 درجه سانتی گراد تعیین شد. در هنگام سرمایش نمونه در مدت زمان 1 دقیقه شروع استحاله مارتنزیتی در دمای 286 درجه سانتی گراد تعیین شد. در ادامه به منظور دستیابی به دمای پایان استحاله مارتنزیتی لازم است نمونه ها تا دمای زیر صفر سرد شوند، که به این منظور از تجهیزات مخصوصی استفاده می شود که بر روی دستگاه نصب می شوند و این امکان را فراهم می آورند. به همین ترتیب دما و زمان شروع و پایان کلیه استحاله ها با بررسی تغییرات شیب دیاگرام ها تعیین می شود[7-6].

در جدول (1) دماها و زمان های شروع و پایان استحاله های آستنیتی در سرعت های سرمایش متفاوت و استحاله بینیتی ( در محدوده دمایی 350-600 در جه سانتی گراد) و استحاله های مارتنزیتی ( در محدوده دمایی زیر 350 درجه سانتی گراد ) ارائه گردیده است.

دیاگرام cct امکان شناسائی دما و زمان شروع و پایان تحولات ریز ساختاری را تحت سرمایش پیوسته نمونه از دمای آستنیته را به وجود می آورد. درشکل (4) دیاگرام cct مشخصه فولاد aisi 4340 که در این کار تحقیقی استخراج گردید، نمایش داده شده است. در این دیاگرام محدوده فازهای دما بالا (فریت)، دما میانی (بینیت) و دما پایین (مارتنزیت) نمایش داده شده است. لازم به ذکر است اطلاعات ریز سختی سنجی و ماکروسختی به دست آمده در دیاگرام ارائه گردیده است. با توجه به شکل (8) و (9) با افزایش زمان سرد شدن مقادیر ریز سختی و ماکروسختی کاهش یافته است و طبق شکل (7) با افزایش زمان سرد شدن درصد ریز ساختار های دما بالادر نمونه ها افزایش یافته است. بنابر این می توان اسنباط کرد، هر چه زمان سرد شدن نمونه ها افزایش یابد، میزان سختی کمتر می شود. دلیل این امر تشکیل فازهای نفوذی، نظیر فریت با افزایش در زمان سرد شدن می باشد. از آنجایی که استحاله های دما بالا نسبت به استحاله های دما میانی و دما پایین دارای سختی کمتری می باشند، تشکیل این فازها باعث افت سختی می شود.

 

نتیجه گیری

1. دما و زمان شروع و پایان استحاله آستنیتی در فولاد مذکور در نمونه های آزمایش شده به ترتیب در محدوده دمایی 640.6-817 درجه سانتی گراد و 132-298 ثانیه به دست آمد.

2. محدوده استحاله بینیتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 326-486 درجه سانتی گراد و 5400-1362 ثانیه به دست آمد.

3. محدوده شروع استحاله مارتنزیتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 278-298 درجه سانتی گراد و5892-1120 ثانیه به دست آمد.

4. محدوده استحاله فریتی در نمونه های سرد شده به ترتیب در دما و زمان 636 - 709درجه سانتی گراد و 2280-2951 ثانیه به دست آمد.

5. منحنی cct مشخصه برای فولاد aisi 4340 استخراج گردید.

6. با افزایش زمان سرمایش میزان سختی کاهش می یابد.

 

 

 

 

مراجع و منابع

 

 

[1] a.r. Rosenfield, g.t. Hahn, "effect of cold work on mechanical

properties of high strength ferrous alloys", trans. Asm 59 (1966)

962–970.

[2] m.f. Carlson, b.v. Narasimha, g. Thomas, "the effect of

austenitizing temperature upon the microstructure and mechanical

properties of experimental fe:cr:c steel", metall. Trans. 10a

(1979) 1273–1281.

[3] m.f. Chai, c. Laird, "mechanisms of cyclic softening and cyclic

creep in low carbon steel", mater. Sci. Eng. 93 (1987) 159–174.

[4] c.garcia andres , f.g.gaballero.cpdevila,l.f.alvarez,"application of dilatometry analysisto the study of solid،solid phase transfomation in steel"departmant of physical metallurgy ,cenim,48(2002),pp 101.،111.

[5] j. J. Wits et al., "a study on the austenite to fen-ite phase

transformation in binary substitutional iron alloys", materials science and eng., a283, pp234-341, 2000.

[6] baehr h., stafflage j.. "dilatometer 805 a/d technical data" , baehr- thermoanalyse gmbh. Postfech 1105". D-32603 hullhorst , 2000,germany.

[7] baehr h., stafflage j., "dilatometer 805 a/d technical data". Maintenance and application cd . Baehr- thermoanalyse gmbh, postfech 1105, d-32603 hullhorst ,2000. Germany.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استحاله

فریت استحاله

بینیت استحاله

آستنیت

استحاله مارتنزیت

 

زمان

سردشدن

زمان دما زمان دما زمان دما زمان دما

شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع-پایان شروع- پایان شروع شروع

141-158 719-809 896 286 1 دقیقه

140-162 406.6-807 1120 297 10 دقیقه

132-151 754-810 30 دقیقه

2951-2280 709-636 4300-5400 474-326 252-298 747-804 5892 278 2 ساعت

5162-5907 684-656 9260-1362 486-341 171-193 750-817 5 ساعت

جدول (1): لیست نمونه های سرد شده در سرعت های مختلف، دماهای (درجه سانتی گراد) شروع و پایان استحاله، به همراه زمان های ( ثانیه) شروع و پایان استحاله از دمای آستنیته 900 درجه سانتی گراد برای فولادaisi 4340.

 

 

 

 

 

 

 

جدول(2): توصیف ریز ساختار، مقادیر ریز سختی سنجی در هر زمان های سرد شدن.

میکرو سختی

(ویکرز) توصیف ریز ساختار زمان

سرد شدن

750 فول مارتنزيت (بشقابي ) و پديده باندينگ به صورت بسيار كم مشاهده شد. 1 دقیقه

735 نقاط سفيد رنگ كروي به دليل ايجاد حباب بر روي سطح و اچ شدن ظاهر شده است (فول مارتنزيت ). در ريز ساختار عليرغم منحني استحاله در آن شروع استحاله‌هاي بينيتي متمايز نگرديده است و داراي مقادير زيادي بينيت كلاسيك مي‌باشد ( در حدود بيش از 50 درصد بينيت كلاسيك با زمينه روشن و رگه‌هاي تيره رنگ مشاهده مي‌شود )، در كنار آن زمينه‌هاي حاوي مارتنزيت به صورت تيره‌تر (قهوه‌اي كم‌رنگ ) و حاوي سوزن هاي تيره‌تر در جهات مختلف و گاه به صورت دسته‌هاي موازي كه بسيار به بينيت پرشكل شبيه است مشاهده شد. به نظر مي‌رسد كه با تكرار آزمايش ديلاتومتري به صورت دقيق‌تري بتوان تحولات ريزساختاري در اين نمونه را مشاهده كرد. 10 دقیقه

463

اين ريزساختار پديده باندينگ را نمايش نمی داد و حاوي درصد بالايي از سوزن هاي قهوه‌اي رنگ پرشكل بينيت، اختصاصاً بينيت پرشكل يا از نوع دسته سوزن هاي موازي بينيت بالائي بود، كه در اين زمينه بسيار ريز و روشن (احتمالاً مارتنزيت ) مشاهده شد. مارتزيت به قدري ريز است كه حتي با بزرگنمايي 1000 به زحمت قابل مشاهده بود. 30 دقیقه

360

ساختار عمدتاً از بينيت كلاسيك پوشيده شده بود و در نمونه تا حدود 90% بينيت كلاسيك مشاهده شد، در حدود %10- 5 سوزن هاي كشيده و قهوه‌اي رنگ از بينيت پر شكل مشاهده گردید. مناطق حاوي بينيت كلاسيك به خوبي زمينه روشن فريتي با الگوهايي از رگه‌هاي سمنتيتي گاه به صورت طرح‌دار و گاه به صورت خال، خال ساده نمايشمی داد. گروهي از دانه‌هاي روشن اگرچه داراي رگه‌هاي سمنتيت بود اما بسيار تميز و خالي بودند، كه نشان‌گر تشكيل مقدار بسيار اندك فريت ( همچنين بر اساس شواهد ديلاتومتري ) مي‌باشد . 2 ساعت

335 اين نمونه فاقد پديده باندينگ بود. عمدتاً پوشيده از بينيت كلاسيك به همراه اندكي كمتر از %10 فريت بود كه به صورت فاز روشن مشاهده شد. نواحي بينيت كلاسيك نسبتاً تيره‌تر با الگويي از سمنتيت در زمينه فريتي مشاهده گردید. 5 ساعت

 

 

جدول (3): ترکیب شیمیایی فولاد aisi 4340 که در کار تحقیقی اخیر مورد استفاده قرار گرفت.

%ni %mo %cr %s %p %mn %si %c

1.3-1.7 0.15-0.3 1.3-1.7

 

 

 

 

 

شکل (1): نمایی از دستگاه دیلاتومترdil 805 a/d.

 

 

 

 

 

 

 

شکل (2): نمایی ازسیم پیچ مسی جهت تولید گرما به روش القائی.

 

 

 

شکل (3): منحنی دیلاتاسیون نمونه آستنیته شده در 900 درجه سانتی گراد به مدت 10 دقیقه و سپس به شکل پیوسته

سرد شده در1 دقیقه تا دمای اتاق.

 

 

شکل (4): منحنی cct اختصاصی فولاد aisi 4340 که محدوده دمایی استحاله های نفوذی دما بالا، میانی و برشی را نمایش می دهد.

 

 

 

شکل (5): ریز ساختار نمونه سرد شده در مدت 1 دقیقه. ساختار کاملا مارتنزیتی (بشقابی) همراه با پدیده باندینگ به صورت بسیار کم. محلول اچ نایتال 2 درصد و بزرگنمایی 200x.

 

 

 

شکل (6): ریز ساختار مربوط به نمونه سرد شده در مدت 5 ساعت. عمدتا پوشیده از بینیت کلاسیک به همراه اندکی کمتر از 10 درصد فریت به صورت فاز روشن. محلول اچ نایتال 2 درصد و بزرگنمایی 1000x.

 

 

 

شکل (7): تغییرات درصد ریز ساختار در زمان های سرد شده.

 

 

شکل (8): تغییرات مقادیر ریز سختی در زمان های سرد شده.

 

 

 

 

شکل(9): نتایج آزمایش های ماکروهاردنس برای فولاد aisi 4340 در زمان های سرد شدن مختلف.

 

با سلام و تشکر

 

ببخشید من قادر به مشاهده ی عکسها و جداول نیستم...