بررسی تأثیر عنصر آلیاژی تیتانیم بر رفتار خستگی فولاد هادفیلد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

2 استادیار، گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر، شوشتر، ایران

3 استادیار، گروه مواد و متالورژی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این پژوهش، تأثیر عنصر آلیاژی تیتانیم بر رفتار خستگی فولاد هادفیلد مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار، ابتدا 3 نمونه از  فولاد هادفیلد ( بدون تیتانیم، Ti%5/0 و Ti%1 ) توسط کوره القایی بدون هسته تهیه شد. سپس هر 3 نمونه تحت عملیات حرارتی آنیل در دمای °C1100 به مدت 2 ساعت قرار گرفتند. برای بررسی ریزساختار نمونه‌ها از متالوگرافی و برای بررسی سختی نمونه‌ها از سختی‌سنجی به روش ویکرز استفاده شد. برای بررسی رفتار خستگی از آزمون خستگی خمشی چرخشی در تنشهای 400، 500، 600 و MPa700 استفاده گردید. پس از پایان آزمون خستگی، از سطح نمونه‌های تست شده در تنش MPa400 توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تصاویری تهیه شد. نتایج آزمونهای مورد استفاده نشان می‌دهد که با افزایش مقدار تیتانیم در ترکیب فولاد هادفیلد، رفتار خستگی بهبود می‌یابد. این امر بدلیل این بود که: 1- تیتانیم باعث افزایش مقدار کاربیدهای موجود در ریزساختار شده و ساختار ریزدانه‌تری ارائه داده بود. 2- تیتانیم با افزایش تعداد مرزدانه‌ها، مسیر رشد ترک را افزایش داده بود. بطوری که پس از مشاهده‌ی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد که نمونه‌ی بدون تیتانیم دارای بیشترین طول ترک خستگی و نمونه‌ی حاوی Ti%1 دارای کمترین طول ترک خستگی می باشد. 

کلیدواژه‌ها


[1] Subramanya D.K., Swansiger A.E. and Avery H.S., Austenitic Manganese Steels, ASM Metals Handbook, 10th ed., Vol.1, pp.822-840, 1991.
]2[ پوربشارتی آ.، مقدمه‌ای بر فولادهای هادفیلد، پایان‌نامه کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، بهمن 1392.
[3] Limooei M.B. and Hosseini Sh., Optimization of properties and structure  with addition of titanium in hadfield steels, Proceedings Conference of  Metal 2012, Brno, Czech Republic, 2012.
 [4] Najafabadi V.N., Amini K. and Alamdarlo M.B., Investigating the effect of titanium addition on the wear resistance of Hadfield steel,  Metallurgical Research Technologe, Vol. 111, No. 6, pp. 375-382, 2014.
]5[ نجف آبادی و.، مناجاتی زاده ح. و امینی ک.، بررسی تأثیر تیتانیم بر بهبود خواص فولاد هادفیلد ASTM A128-C، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 7، شماره اول، ص 54 – 45، بهار 1392.
[6] Srivastava A.K. and Das K., In-situ Synthesis and Characterization of TiC-Reinforced Hadfield Manganese Austenitic Steel Matrix Composite, Iron and Steel Institute of Japan International, Vol.49, No.9, pp.1372-1377, 2009.
[7] Srivastava A.K., and et al., "Corrosion Behaviour of TiC-Reinforced Hadfield Manganese Austenitic Steel Matrix In-Situ Composites", Open Journal of Metal, Vol. 5, pp. 11-17, 2015.
]8[ خیاط م.، خیراندیش ش. و عباسی م.،تاثیر آلومینیم بر ریزساختار فولاد آستنیتی منگنزی هادفیلد در شرایط مختلف عملیات حرارتی، مجموعه مقالات دومین همایش بین المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن ریخته‌گری ایران، سمنان، 1392.  
[9] Tian X. and Zhang Y., Mechanism on the Effect of Al upon the γ→ε Martensite Transformation in the Fe-Mn Alloys, Journal of Material Science and Technology, vol. 12, no. 22, pp. 369-372, 1996.
]10[ رواندوست م.، نقوی م. و شاعری م.ح.، بررسی اثر کوئنچ مستقیم بر ریز ساختار فولاد منگنزی هادفیلد، مجموعه مقالات یازدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، اصفهان، 1386.
]11[ حسینی ش.، لیمویی م.ب.، ابراهیمی قایی ا. و عرب ن.، تأثیر ترکیب محلول کوِئنچ بر میزان حجم کاربید، ماکرو و میکرو سختی فولادهای منگنزی هادفیلد، نشریه علمی فنی و تخصصی چدن و فولاد، شماره 1، ص 25- 21، آذر 1390.  
[12] Hosseini Sh., Limooei M.B., Hossein Zade M., Askarnia E. and Asadi Z., Optimization of Heat Treatment Due toAustenising Temperature, Time and Quenching Solution in Hadfield Steels, World Academy of Science, Engineering and Technology, vol.7, No. 7, pp. 1940-1943, 2013.
[13] Hosseini Sh.  and Limooei M.B., Optimization of Heat Treatment to Obtain Desired Mechanical Properties of High Carbon Hadfield Steels,, World Applied Sciences Journal,  vol. 15, no. 10, pp. 1421-1424, 2011.
[14] Limooei M.B., Hosseini SH., Optimization of Heat Treatment in Manganese Steel by Taguchi Method, Applied Mechanics and Materials, vol. 598, pp. 43-46, 2014.
[15] Moghaddam E.G., Varahram N. and Davami P., On the comparison of microstructural character -istics and mechanical properties of high-vanadium austenitic manganese steels with the Hadfield steel, Materials Science and Engineering A, vol. 532, pp. 260-266, 2011.
 [16] Agunsoye J.O., Isaac T.S. and Abiona A.A., On the Comparison of Microstructure Characteristics and Mechanical Properties of High Chromium White Iron with the Hadfield Austenitic Manganese Steel, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, vol. 1, no. 1, pp. 24-28, 2013.  
]17[ عباسی م.، خیراندیش ش.، خرازی ی. و حجازی ج.، بررسی تاثیر برخی عوامل اصلی بر رفتارسایشی فولاد هادفیلد، نشریهعلوم و مهندسی سطح، سال 5، شماره 7 ،  ص 80 - 69، تابستان 1388.
[18] Annual book of ASTM standards, ASTM 128 A / 128 M, Standard specification for steel castings, austenitic manganese, ASTM  International, vol. 1, 1980.
 [19] Annual book of ASTM standards, Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials,  ASTM E92-82,pp. 1-9, 2003.
[20] Annual book of ASTM standards, ASTM E8 / E8M-15a, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM Int., Vol. 03.01, 2015.
[21] German Standards Organization, Rotating Bar Bending Fatigue Test, DIN 50113, 1982.
[22] Annual book of ASTM standards, "ASTM A370-14, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products", ASTM Int., Vol. 20-29, 2014.
]23[ مرعشی م.، متالورژی کاربردی فولادها، جلد دوم ، چاپ سوم ، انتشارات آزاده ، تهران ، 1385.
[24] Lee Y.K. and Choi C.S., Driving Force for γ→ε Martensitic Transformation and Stacking Fault Energy of γ in Fe-Mn Binary System, Metallurgical and Material Transaction A, vol. 31A, no. 2, pp. 355-360, 2000.
 [25] Astaf'ev A.A., Effect of Grain Size on the Properties of  Manganese Austenite Steel 110G13L, Metal Science and  Heat Treatment, Vol. 39, No.5, pp.198-201, 1997.
]26[ دیتر جورج ای.، متالورژی مکانیکی، ترجمه‌ی  شهیدی ش.، مرکز نشر دانشگاهی، چاپ پنجم، 1392.
[27] Sharifi H., Salehi M. and Saeri M.R., The Effect of Ferrite Grain Size on the Fatigue Behavior of Ferrite-martensite Dual-phase Steels, I. J. ISSI, Vol. 11, No. 2, pp.11-16, 2014.
]28[  هرتزبرگ ر.د.، تغییر شکل و مکانیک شکست مواد و آلیاژهای مهندسی، اکرامی ع.ا. (مترجم)، دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی، 1382.