اثر ایجاد روکش کامپوزیتی نیترید وانادیم به روش جوشکاری توپودری بر سختی فولاد کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

سخت­کاری سطحی یکی از پرکاربردترین روش­ها برای بهبود خواص سطحی است. در این تحقیق، عملیات سخت­کاری سطحی بر روی فولاد ساده کربنی با استفاده از تشکیل نیترید وانادیم بررسی شد. بدین منظور سه لایه جوش بر روی سطح فولاد St37 با استفاده از فرآیند جوشکاری توپودری توسط الکترود توپودری حاوی عنصر وانادیم با درصد پرشوندگی 17 درصد، با پاس­های 4، 3 و 2 بر روی سطح فولاد لایه­گذاری شدند. برای بررسی سختی سطحی و شناسایی تشکیل نیترید وانادیم از آزمون سختی­سنجی، پراش اشعه x و میکروسکوپ نوری استفاده شد. نتایج به دست آمده از پراش اشعه x تشکیل رسوب­های نیترید وانادیم و نیترید آهن را نشان داد. همچنین فهمیده شد که این نیتریدها عامل اصلی افزایش سختی سطحی هستند. نتایج سختی­سنجی نشان داد که با افزایش فاصله، سختی از 163 ویکرز برای فلز پایه تا 365 ویکرز در سطح افزایش یافته است. بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری نشان داد که نیترید وانادیم مانع از رشد آستنیت اولیه و باعث تشکیل دانه­های فریت ریزتر در ریزساختار لایه­های جوش و در نتیجه بهبود خواص شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]    Valsecchi B., Previtali B., Gariboldi E. and Liu A., Characterisation of the Thermal Damage in a Martensitic Steel Substrate Consequent to Laser Cladding Process. Procedia Engineering, Vol. 10, pp. 2851–2856, 2011.
[2]    Hoche D. and Schaaf P., Laser nitriding: Investigations on the Model System TiN. A review. Heat Mass Transfer, Vol. 47, No. 5, pp. 519-540, 2011.
[3]    P. Schaaf, Laser nitriding of metals, Progress in Materials Science, Vol. 47, No. 1, pp. 1-161, 2002.
[4]    Sha C. K. and Tsai H. L., Hardfacing Characteristics of S42000 Stainless Steel Powder with Added Silicon Nitride Using a CO2 Laser. Materials Characterization, Vol. 52, No. 4-5, pp. 341–348, 2004.
[5]    Wang X. H., Microstructure and Properties of the TiC/Fe-Based Alloy Hardfacing Layers. Journal of Materials Science, Vol. 40, No. 14, pp. 3629-3633, 2005.
[6]    ASM Metals Handbook, Vol. 6, Welding, Brazing, and Soldering, ASM International.
[7]    Rao N. V., Reddy G. M. and Nagarjuna S., Weld Overlay Cladding of High Strength Low Alloy Steel with Austenitic Stainless Steel – Structure and Properties. Materials and Design, Vol. 32, No. 4, pp. 2496-2506, 2011.
[8]    Aloraier S. and Joshi S., Residual Stresses in Flux Cored Arc Welding Process in Bead-On-Plate Specimens. Materials Science and Engineering A, Vol. 534, pp. 13–21, 2012.
[9]    Mohamat S. A., Ibrahim I. A., Amir A. and Ghalib A., The Effect of Flux Core Arc Welding (FCAW) Processes on Different Parameters. Procedia Engineering, Vol. 41, pp. 1497–1501, 2012.
[10]   Katherasan D., Sathiya P. and Raja A., Shielding Gas Effects on Flux Cored Arc Welding of AISI 316L (N) Austenitic Stainless Steel Joints. Materials and Design, Vol. 45, pp. 43–51, 2013.
[11]    معینیان م.، کلید جوشکاری. جلد دوم، انتشارات آزاده، تهران، 1382.
[12]   Yang K., Yu S., Li Y. and Li C., Effect of Carbonitride Precipitates on the Abrasive Wear Behaviour of Hardfacing Alloy. Applied Surface Science, Vol. 254, No. 16, pp. 5023–5027, 2008.
[13]   Zhang H., Zou Y., Zou Z. and Wu D., Microstructures and Properties of Low-Chromium High Corrosion-Resistant TiC–VC Reinforced Fe-Based Laser Cladding Layer. Journal of Alloys and Compounds, Vol. 622, pp. 62–68, 2015.
[14]   Seifitokaldani A., Gheribi A. E., Dolle M. and Chartrand P., Thermophysical Properties of Titanium and Vanadium Nitrides: Thermodynamically Self-Consistent Approach Coupled with Density Functional Theory. Journal of Alloys and Compounds, Vol. 662, pp. 240-251, 2016.
[15]   Bader M., Spies H. J., Hock K., Broszeit E. and Schroder H. J., Properties of Duplex Treated (Gas-Nitriding and PVD -TiN, -Cr2N) Low Alloy Steel. Surface and Coatings Technology, 98(1998)891–896.
[16]   Wang X. J., Li S. R., Liu W. B., Hu Y. H., Liu Y. W., Zhan G. F., Hong X. and Yang X. L., Research on Mechanical Properties and Weldability of Wh360e Plate with VN Micro-Alloying. Procedia Engineering, Vol. 130, pp. 475-486, 2015.
[17]   Ollilainen V., Kasprzak W. and Holappa L., The Effect of Silicon, Vanadium and Nitrogen on the Microstructure and Hardness of Air Cooled Medium Carbon Low Alloy Steel. Journal of Materials processing Technology, Vol. 134, No. 3, p.p 405-412, 2003. 
[18]   Hui W., Chen S., Yongjian Zhang Y., Shao C. and Dongd H., Effect of vanadium on the high-cycle fatigue fracture properties of medium-carbon microalloyed steel for fracture splitting connecting rod. Materials and Design, Vol. 66, p.p 227-234, 2015.
[19]   Lin Ding l., Hu s., Quan X. and Shen J., Effect of VN alloy addition on the microstructure and wear resistance of Co-based alloy coatings. Journal of Alloys and Compounds, Vol. 659, pp. 8-14, 2016.
[20]   محمدی­خواه م.، ثابت ح.، شکوه­فر ع.، محرابیان س. و هادی­زاده اکبر.، بررسی و مقایسه ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش لایه­های سخت کامپوزیتی ایجاد شده به روش جوشکاری FCAW حاوی ذرات TiC و TiCN بر روی فولاد ساده کربنی. فصل­نامه علمی پژوهشی مهندسی مواد مجلسی، ، ش. 2، ص 1-11، 1389.
[21]   Ravi C., First-Principles Study of Ground-State Properties and Phase Stability of Vanadium Nitrides. Calphad, Vol. 33, No. 3, pp.469-477, 2009.
[22]   Mostaan H., Shamanian M., Monirvaghefi S. M., Behjati P., Hasani S., Moghaddam M. F., Amiri M. and Szpunar J. A., Analysis and Characterization of Microstructural Evolutions, Mechanical Responseand Fracture Mechanism of Laser Welded Fe–Co–V Ultra-Thin Foil. Optics & Laser Technology, Vol. 68, pp. 211–219, 2015.
[23]   Yang G. W., Sun X. J., Yong Q. L., Li Z. D. and Li X. X., Austenite Grain Refinementand Isothermal Growth Behaviorin A Low CarbonVanadium Microalloyed Steel. Journal of Iron and Steel Research, International, Vol. 21, No. 8, pp. 757-764, 2014.
[24]   Yang G., Sun X., Li Z., Li X. and Yong Q., Effects of Vanadium on the Microstructure and Mechanical Properties of a High Strength Low Alloy Martensite Steel. Materials and Design, Vol. 50, pp. 102–107, 2013.
Stas´ko R., Adrian H. and Adrian A., Effect of Nitrogen and Vanadium on Austenite Grain Growth Kinetics of a Low Alloy Steel. Materials Characterization, Vol. 56, No. 4-5, pp. 340–347, 2006.