ارزيابي رفتار خوردگي خستگي فولاد زنگ نزن PH17-4 و نقش نيتروژن دهي پلاسمايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

دكتري

فولاد زنگ¬نزن PH17-4 كاربرد گسترده¬اي در قطعات در معرض تنش¬هاي سيكلي در صنايع دريايي و توربين¬ها دارد. بر همين اساس، بهبود رفتار خوردگي خستگي آن مي¬تواند نقش بسزايي در كاهش تخريب ناگهاني ناشي از اين پديده¬ها و كاهش هزينه-هاي مرتبط داشته باشد. در پژوهش حاضر، نقش نيتروژن¬دهي پلاسمايي بر رفتار خوردگي خستگي فولاد PH17-4 ارزيابي شده است. بدين منظور، نيتروژن¬دهي پلاسمايي در دو شرايط عملياتي °C 400 به مدت 10 ساعت و °C 500 به مدت 5 ساعت انجام گرفت و نمونه¬هاي صرفا پيرسازي شده در شرايط عملياتي مشابه نيتراسيون پلاسمايي و نيز نمونه اي تحت عمليات آنيل انحلالي به عنوان نمونه هاي شاهد در نظر گرفته شد. مشخصه¬يابي ريزساختاري نشان داد كه شرايط حرارتي عمق نمونه¬ها در محفظه نيتروژن¬دهي پلاسمايي مشابه با شرايط پيرسازي در كوره معمولي است به گونه¬اي كه ريزساختار مركز نمونه¬هاي نيتروژن¬¬دهي شده تا حد زيادي مانند ريزساختار نمونه¬هاي پيرسازي شده در كوره بود؛ ريزساختار نمونه¬هاي عمليات شده در دماي °C 400 به مدت 10 ساعت شامل ساختار غالب تيغه¬اي شكل مارتنزيت در شرايط پيرشده و ريزساختار نمونه¬هاي عمليات شده در °C 500 به مدت 5 ساعت مشتمل بر ريزساختار مارتنزيت هم¬محور در شرايط فراپيري بود. الگوهاي پراش پرتو ايكس XRD و GIXRD نمونه¬ها نشان از تشكيل ساختار مارتنزيت منبسط شده در نمونه¬هاي نيتروژن¬دهي شده به عنوان زمينه همراه با فازهاي نيتريدي CrN، Fe3N و Fe4N داشت. در هر دو سيكل نيتروژن¬دهي، لايه نيتروره يكنواخت، همگن و كاملاً نفوذي تشكيل شده بود . شبيه¬سازي عمق نفوذ با زمان و دماي فرايند نيتروژن¬دهي به كمك نرم افزار Comsol انجام شد و با نتايج تجربي تطابق خوبي داشت. آناليز XPS از نواحي نزديك سطح و رسم پروفيل غلظتي با اين آزمون بيانگر حضور نيتروژن با غلظت بالاتر در نمونه تحت نيتراسيون پلاسمايي در °C 500 به مدت 5 ساعت بود . نتايج آزمون EBSD بيانگر ريزساختار و بافت نسبتا مشابه در مغز نمونه هاي نيتراسيون شده و شاهد و نيز نشان دهنده تنش بالاتر در ناحيه نيتروره بود. مشاهده گرديد كه عمليات¬ پيرسازي و نيتروژن¬دهي پلاسمايي سبب بهبود قابل¬توجه مقاومت به خوردگي خستگي فولاد PH17-4 نسبت به حالت آنيل انحلالي شده¬ است و استحگام خستگي از 365MPa به 521 MPa براي نمونه پيرسازي شده و 674 MPa براي نمونه نيتراسيون شده رسيد. نتايج نشان داد كه جوانه¬زني ترك براي نمونه¬هاي نيتروژن¬دهي شده در مقايسه با نمونه¬هاي ديگر در زيرلايه نيتروره رخ داده كه استحكام خستگي بالاتري را در پي دارد. از اين¬رو، بهبود خواص سطحي پس از نيتروژن¬دهي بيشترين نقش را در بهبود عمرخوردگي خستگي داشته است.

232809

سطح

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان