عنوان
ايجاد روكش آلياژ آنتروپي بالاي CuFeNiMnTi بر سطح فولاد زنگ‌نزن AISI304 و ارزيابي خواص آن
نويسنده اصلي
چترآبنوس، محمد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
فولادهاي زنگ نزن آستنيتي به دليل خواصي از جمله جوشپذيري مطلوب، شكل‌پذيري عالي و رفتار خوردگي مطلوب كاربردهاي فراواني در محيط‌هاي گوناگون دارند. با اين حال اين فولادها ويژگي‌هاي مناسبي در دماي بالا نداشته و مقاومت به سايش در دماي بالا، سختي و استحكام ضعيفي از خود نشان مي‌دهند. جهت بهبود عيوب ذكر شده مي‌توان از روكش آلياژهاي آنتروپي بالا كه داراي خواص مطلوبي از جمله خواص سايشي مناسب، استحكام و سختي بالا و خوردگي مناسبي مي‌باشند، استفاده نمود. در اين پژوهش روكش‌هاي آلياژ آنتروپي بالاي CuFeNiMnTi بر سطح فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304 با روش جوشكاري GTAW پوشش داده شد. در فرايند جوشكاري GTAW از گاز محافظ در نسبت‌هاي مختلف آرگون و نيتروژن استفاده گرديد تا علاوه بر تشكيل محلول جامد، نيتريدهاي دوتايي نيز در ساختار تشكيل شده و و منجر به بهبود خواص مكانيكي و سايشي گردد. ريزساختار روكش‌ها با استفاده از آزمون پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به طيف‌نگار تفكيك انرژي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين جهت بررسي رفتار مكانيكي از آزمون سختي و چقرمگي شكست استفاده شد و جهت بررسي رفتار سايشي از آزمون سايش در دماي محيط (27 درجه سانتي‌گراد) و دماي بالا (400 درجه سانتي‌گراد) با استفاده از گلوله آلومينايي استفاده گرديد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه در نمونه با گاز محافظ 100% آرگون، روكش آلياژ آنتروپي بالاي CuFeNiMnTi داراي دو فاز محلول جامد FCC، يك فاز محلول جامد BCC و فاز لاوه غني از آهن و تيتانيوم Fe2Ti مي‌باشد. بررسي تركيب شيميايي فازها توسط طيف‌نگار پرتو انرژي نشان داد كه فازهاي محلول جامد FCC غني از مس و نيكل هستند و فاز محلول جامد BCC غني از تيتانيوم مي‌باشد. در نمونه‌ها با گاز محافظ آرگون و نيتروژن، روكش آلياژ آنتروپي بالاي CuFeNiMnTi داراي يك فاز محلول جامد FCC غني از مس و نيكل، فاز لاوه غني از آهن و تيتانيوم Fe2Ti و فاز نيتريدي Ti2N مي‌باشد. در نمونه با گاز محافظ 60% آرگون 40 +% نيتروژن توزيع نسبتاً يكنواختي از ذرات Ti2N در ساختار مشاهده گرديد اما در نمونه‌هاي با گاز محافظ 80% آرگون 20 +% نيتروژن و 40% آرگون+60% نيتروژن تجمع اين فاز در سطح روكش قابل مشاهده بود. با فاصله گرفتن از فصل‌مشترك روكش و زيرلايه، فاز لاوه در تمام نمونه‌ها كاهش يافت كه دليل آن كاهش نفوذ آهن از زيرلايه به روكش مي‌باشد اما در نمونه‌هاي با گاز محافظ آرگون و نيتروژن فاز Ti2N در سطح روكش افزايش يافت. همچنين با نزديك شدن به سطح پوشش به دليل افزايش نرخ سرمايش اندازه دندريت‌ها كاهش يافت و مرفولوژي انجماد از سلولي به دندريتي ستوني و سپس دندريتي هم‌محور تغيير يافت. نتايج آزمون سختي، افزايش سختي نمونه‌هاي پوششدهي شده نسبت به فولاد 304 را نشان مي‌داد كه در بين نمونه‌ها، نمونه با گاز محافظ 60% آرگون 40+% نيتروژن با سختي 762 ويكرز داراي بيشترين سختي بود در حالي كه سختي فولاد 304، 224 ويكرز اندازه‌گيري شده بود. بررسي چقرمگي شكست نمونه‌ها نيز نشان داد كه نمونه با گاز محافظ 60% آرگون 40+% نيتروژن داراي بالاترين ميزان چقرمگي شكست مي‌باشد. با بررسي ذرات سايشي و سطوح سايش در آزمون سايش دماي محيط و دماي بالا نمونه‌ها مشخص شد كه اكثر نمونه‌ها داراي مكانيزم سايش خراشان، ورقه‌اي و تريبوشيمي مي‌باشند. نتايج ضريب اصطكاك نمونه‌ها در آزمون سايش دماي محيط نشان داد كه ضريب اصطكاك فولاد 304 تحت بار 10 نيوتن برابر 0/05± 0/49 و تحت بار 30 نيوتن برابر 0/05± 0/57 مي‌باشد در حاليكه اين مقدار براي نمونه با گاز محافظ 60% آرگون40+% نيتروژن تحت بار 10 نيوتن برابر 0/01± 0/32 و تحت بار 30 نيوتن برابر 0/01± 0/34 مي‌باشد. همچنين نتايج ضريب اصطكاك نمونه‌ها در آزمون سايش دماي بالا نشان داد كه ضريب اصطكاك فولاد 304 تحت بار 30 نيوتن برابر 0/02±0/46 مي‌باشد در حاليكه اين مقدار براي نمونه با گاز محافظ 60% آرگون 40+% نيتروژن تحت بار 30 نيوتن برابر 0/01± 0/28 مي‌باشد. بنابراين نمونه‌هاي پوششدهي شده ضريب اصطكاك به مراتب كمتري از فولاد 304 دارند. نمونه با گاز محافظ 60% آرگون 40+% نيتروژن داراي كمترين ميزان ضريب اصطكاك در بين نمونه‌ها مي‌باشد. همچنين به طور كلي ضريب اصطكاك نمونه‌ها در دماي بالا به دليل تشكيل سريع لايه محافظ اكسيدي بر روي سطح سايش، ضريب اصطكاك پايين‌تري داشتند و در نتيجه مقاومت به سايش نمونه‌ها در دماي بالا بهبود يافت.
شماره ركورد
210289
گرايش رشته تحصيلي
جوشكاري
دانشكده
مهندسي مواد
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد داور
محمدحسين عنايتي، مسعود عطاپور
استاد راهنما
فتح اله كريم زاده، محمدحسن عباسي