بررسي اثر افزودن تيتانيوم بر ريزساختار و خواص سايشي آلياژ روكش‏سخت (Hardfacing) پايه Fe-C-B

دكتري تخصصي

در اين تحقيق، اثر افزودن تيتانيوم بر ريزساختار و خواص تريبولوژيكي آلياژ روكش‏سخت پايه Fe-B-C مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور، با استفاده از سه سيم جوش توپودري حاوي پودر پايه Fe-B، Fe-B-C و Fe-B-C-Ti عمليات روكش‌كاري سخت روي فولاد ساده كربني ST37 به روش جوشكاري قوسي توپودري، طي سه حالت تك پاسي، دو پاسي و سه پاسي انجام پذيرفت و اثر تيتانيوم با مقايسه و تحليل ريزساختار و خواص سايشي لايه‌هاي مختلف اين سه آلياژ روكش‏سخت مطالعه شد. بررسي‌هاي فازي با استفاده از تفرق اشعه ايكس و نيز بررسي‌هاي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به سامانه‏ي آناليز گسيل ميداني نشان داد كه در نمونه‌هاي جوشكاري شده با سيم جوش Fe-B، با افزايش ميزان بور به حدود 18/3 درصد وزني در بالاترين لايه‏ي جوش، ريزساختار شامل يوتكتيك لايه‌اي (α(Fe) - Fe2B) و ذره‏هاي اوليه Fe2B و مقداري FeB در اطراف ذره‏هاي ستوني شكل Fe2B است درحالي‌كه در نمونه‌هاي جوشكاري شده با سيم جوش Fe-B-C، با افزايش ميزان بور به حدود 12/3 درصد وزني و افزايش ميزان كربن به حدود 38/0 درصد وزني در بالاترين لايه‏ي جوش، ريزساختار شامل يوتكتيك (Fe2B P(Fe) -) كه فاز Fe2B به شكل اسكلتي (استخوان ماهي) است و يوتكتيك )(Fe3(C, B P(Fe) -) كه ذره‏هاي Fe3(C, B) به شكل گل هستند و همچنين مقداري FeB در اطراف ذره‏هاي ستوني شكل Fe2B اوليه مي‏باشد. وجود ترك روي سطح تيغه‌هاي ستوني شكل Fe2B اوليه به علت تشكيل FeB و اختلاف ضريب انبساط حرارتي Fe2B و FeB در نمونه‌هاي جوشكاري شده با سيم جوش‌هاي Fe-B و Fe-B-C مشاهده شد. نتايج حاصل از بررسي نمونه‌هاي جوشكاري شده با سيم جوش Fe-B-C-Ti نشان داد كه ريزساختار منطقه‏ي جوش در لايه‏ي اول، شامل فاز مستطيل شكل TiC در زمينه‏ي فريت و يوتكتيك دندريتي لايه‌اي (α(Fe) - Fe2B) بوده كه در لايه‌هاي دوم و سوم با افزايش مقدار تيتانيوم در منطقه‏ي روكش‏سخت، علاوه بر كاربيد تيتانيوم، فاز هگزاگونال TiB2 نيز در زمينه شكل گرفته است كه هم باعث تشكيل نشدن فاز مضر FeB در اطراف فاز Fe2B و هم باعث كاهش ريزترك‌ها در زمينه شده است. همچنين مشخص شد كه دندريت‌هاي يوتكتيكي با افزايش ميزان تيتانيوم به 3/2 درصد وزني كه در لايه‏ي سوم به دست مي‏آيد، از حالت لايه‌اي به كرمي شكل تبديل شدند. آزمايش‌هاي سايش لغزشي خشك با استفاده از دستگاه پين روي ديسك مطابق استاندارد ASTM-G99 در دماي اتاق (25 درجه سانتي‌گراد) تحت بارهاي عمودي 50، 100 و 150 نيوتن و با سرعت لغزش 08/0 متر بر ثانيه و مسافت لغزشي ثابت 1000 متر انجام شد. پژوهش حاضر نشان داد كه با افزودن تيتانيوم به آلياژ روكش‏سخت Fe-B-C سختي و مقاومت به سايش روكش افزايش پيدا مي‏كند. در ميان نمونه‌هاي روكش‌كاري شده با سيم جوش‌هاي Fe-B، Fe-B-C و Fe-B-C-Ti، بهترين مقاومت به سايش را نمونه‏ي سه پاس روكش‌كاري شده با سيم جوش Fe-B-C-Ti داشته است. علت اين موضوع، سختي بالاتر ناشي از بيشتر بودن مقادير بور و تيتانيوم و تشكيل فازهاي غني از تيتانيوم TiC و TiB2 و همچنين كاهش كسر حجمي فاز غني از آهن Fe2B، نسبت به لايه‌هاي ديگر، است. همچنين در نيروي 50 و 100 نيوتن، مكانيزم سايش در همه‏ي نمونه‌هاي روكش‌كاري شده، سايش اكسيداسيون تشخيص داده شد و تشكيل و انهدام پي‌درپي لايه‏ي تريبولوژيكي، نرخ سايش را كنترل مي‌نمايد؛ درحالي‌كه مكانيزم سايش در نيروي 150 نيوتن، علاوه بر اكسيداسيون، شكست ترد نيز تشخيص داده شد.

191715

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حامد ثابت

مهندسي مواد

دكتر مسعود گودرزي