عنوان پایان‌نامه
آلیاژ سازی سطحی فولاد تولید شده به روش متالورژی پودر از طریق ذوب سطحی در اتمسفر حاوی گاز آرگون
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1365;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81491;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1365;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81491
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- سیدعلیرضا موسوی
- استاد راهنما
- محمود حیدرزاده سهی, رضا سلطانی
- چکیده
- بررسی های متعددی روی تأثیر تخلخل بر خواص مکانیکی و تریبولوژیکی قطعات فولادی ایجادشده به روش متالورژی پودر انجام‌شده است. نتایج این بررسی ها نشان می دهد که تخلخل علاوه بر کاهش سختی سطح، در مسیر لغزش به‌عنوان محلی برای تمرکز تنش عمل می نماید و مقاومت به سایش را کاهش می دهد. به همین علت، این فولادها در اکثر موارد استفاده نسبت به فولادهای معمول، خواص تریبولوژیکی ضعیف تری از خود بروز می دهند. یکی از روش های بالقوه بهبود کارایی سطحی فولادها، انجام فرآیندهای ذوب و آلیاژسازی سطحی با استفاده از پرتوهای پرانرژی نظیر لیزر و منابع متمرکز انرژی نظیر قوس الکتریکی حاصل از روش جوشکاری قوسی گاز - تنگستن است. در این پژوهش با استفاده از روش جوشکاری گاز تنگستن (GTAW)، عملیات ذوب و آلیاژسازی سطحی روی فولاد متالورژی پودر تف جوشی شدهAstaloy85Mo انجام شد. مرحله آلیاژسازی سطحی با استفاده از لایه ی پیش نشست فروتیتانیوم و عبور دهی گاز نیتروژن با دبی خروجی بالا برای تولید ذرات نیتریدی صورت گرفت. ساختار لایه ها و فازهای حاصل از عملیات ذوب و آلیاژسازی سطحی نیز توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف‌سنجی انرژی پرتوایکس و پراش‌سنج پرتوایکس بررسی شدند. مطالعه لایه‌های سطحی ایجادشده نشان می دهد که ذوب و آلیاژسازی سطحی تخلخل را تا حدود 90 درصد در منطقه ی تحت عملیات کاهش می دهند. به‌علاوه لایه های حاصل از ذوب سطحی ساختاری ظریف و شامل فازهای فریت، بینیت و مارتنزیت هستند که درصد این فازها به متغیرهای فرآیند مورداستفاده (شدت‌جریان و سرعت انتقال) وابسته است. در آلیاژسازی سطحی ذرات نیترید تیتانیوم با سختی بسیار بالا در سطح و مرزدانه (حوضچه مذاب) تولید شدند. سختی فولاد تف جوشی شده Astaloy85Mo در حدود 150 ویکرز است درحالی‌که ذوب سطحی سختی سطح رابه حدود 800 ویکرز و آلیاژسازی سطحی نیز سختی را به حدود 1000 ویکرز رساندند. این میزان افزایش سختی را می توان به کاهش تخلخل سطح و ایجاد فازهای سخت مانند مارتنزیت و نیترید تیتانیوم نسبت داد. از طرف دیگر، مقاومت به سایش لایه سطحی ایجادشده در هر دو فرآیند نسبت به آلیاژ پایه حدود 100 برابر افزایش نشان می دهد که به دلیل حذف تخلخل ها و ایجاد ساختار مارتنزیتی در نمونه ذوب سطحی و حضور نیتریدها در ساختار آلیاژسازی شده است. کلمات کلیدی: فولاد متالورژی پودر؛ GTAW؛ ذوب سطحی؛ آلیاژسازی سطحی؛ نیترید تیتانیوم؛ مقاومت به سایش
- Abstract
- Various studies on the effect of porosity on mechanical and tribological properties of powder metallurgy steels have been performed. Results of these investigations show that porosity decreases surface hardness and acts as a stress concentration place during sliding and it causes a reduction in wear resistance. So powder metallurgy steels have usually lower wear resistance comparing to convectional steels. Surface melting and alloying using high energy beams like laser or focused energy sources like tungsten inert gas arc are potential ways to improve surface properties of steels. In this study surface melting and alloying of Astaloy85Mo powder metallurgy steel was studied by pre-coating the specimens with ferrotitanium and using GTAW process as heat source. Optical and scanning electron microscopes and x-ray diffractometer were used for investigating the microstructure of the surface melted and alloyed layers. It was shown that the level of surface porosity was decreased by up to 90 percent after surface melting and alloying. Surface melting resulted in the formation of a fine structure consisting of ferrite, bainaite and martensite depending on the parameters used in the melting treatment. Surface alloying titanium nitride particle formed by high hardness in grain boundary and surface. These treatments resulted in hardness enhancement. The hardness of Astaloy85Mo steel was about 150HV10 and the hardness of the melted reached to the values of up to 800 HV10 and hardness of the alloyed reached to the values of up to 1000 HV10. Reduction of porosity level and formation of hard phases as well as structure refinement were the main reasons of increases in hardness. Moreover, surface melting and alloying reduced the wear rate by up to 100 times as compared with base Astaloy85Mo steel. Keywords: Powder metallurgy steel; GTAW; Surface Melting; Surface alloying; Ferrotitanium; TiN; Hardness; Wear
