بررسی اثر عنصر تنگستن بر ریزساختار و خواص مکانیکی پوشش سخت پودری Fe-C-Ni

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

عادل مصدقیان ¹ , حمید ناظمی ² , محمدرضا خانزاده ³ , منصور صادقی نسب ⁴

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد، مرکز تحقیقات مهندسی پیشرفته، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.
2 - استادیار، مرکز تحقیقات مهندسی پیشرفته، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.
3 - دانشیار، مرکز تحقیقات مهندسی پیشرفته، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.
4 - دانشجوی دکتری مهندسی مواد، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.

تاریخ دریافت : 1399/08/09 تاریخ پذیرش : 1399/12/03 تاریخ انتشار : 1400/04/01

کلید واژه: روکش‌کاری جوشی, کاربید تنگستن, سختی سنجی,

چکیده مقاله :

در این مقاله اثر عنصر تنگستن بر ریزساختار و خواص مکانیکی پوشش سخت پودری Fe-C-Ni موردبررسی قرار گرفت. به‌منظور بررسی تأثیر عنصر تنگستن بر روی خواص مکانیکی پوشش، میزان پودر تنگستن در دو الکترود ساخته شده به میزان 10 و 30 گرم در نظر گرفته شد. ریزساختار فلزات جوش شامل کاربیدهای ریز در زمینه مارتنزیت سوزنی و آستنیت های باقیمانده بود. بررسی های میکروسکوپ الکترونی نشان داد که ترک های بسیار ریز در فاز مارتنزیت فلز جوش با 10 گرم تنگستن وجود داشت اما این ترک های میکروسکوپی در فلز جوش با 30 گرم تنگستن مشاهده نشد. نتایج آنالیز EDS نشان داد که میزان عنصر تنگستن محلول در فاز آستنیت هر دو فلز جوش مقدار بالایی است. این مقدار در فلز جوش با 30 گرم تنگستن حدود 66/3 درصد بیشتر از فلز جوش با 10 گرم تنگستن بود. نتایج آنالیز XRD نشان داد که فازهای موجود در فلز جوش با 10 گرم تنگستن شامل مارتنزیت، آستنیت و کاربید W2C بود اما در فلز جوش با 30 گرم تنگستن علاوه بر این فازها اکسیدهای آهن نیز مشاهده شد. نتایج حاصل از آزمون سختی سنجی نشان داد که میانگین سختی فلز جوش با 10 گرم تنگستن برابر RC5/42 و میانگین سختی فلز جوش با 30 گرم تنگستن برابر RC6/49 است.

چکیده انگلیسی:

In this paper, the effect of tungsten element on microstructure and mechanical properties of Fe-C-Ni hard coating was investigated. Two hard coating electrodes were made with 10 and 30 gr of tungsten powder. The microstructure of the welding metals included fine carbides in the area of ​​needle martensite and residual austenite. Electron microscopy studies showed that there were very fine cracks in the weld metal martensitic phase with 10 gr of tungsten but these microscopic cracks were not found in weld metal with 30 gr of tungsten. The results of the EDS analysis showed that the amount of soluble tungsten element in the austenite phase of both welding metals is high. This amount in weld metal with 30 gr of tungsten was about 3.66% higher than the weld metal with 10 gr of tungsten. The results of the XRD analysis showed that the phases present in the weld metal with 10 gr of tungsten included martensite, austenite and W2C carbide, but in the weld metal with 30 gr of tungsten in addition to these phases also iron oxides were observed. The results of hardness test showed that the average hardness of weld metal with 10 gr of tungsten is 42.5 RC and the average hardness of welding metal with 30 gr of tungsten is 49.6 RC.

منابع و مأخذ:

[1] ا. کوکبی، تکنولوژی جوشکاری، چاپ ششم. انتشارات آزاده. 1392.

 

[2] ح. ثابت، ش. خیراندیش، ش. ا. میردامادی و م. گودرزی، "بررسی ریزساختار و مشخصات کاربیدهای (Cr,Fe)₇C₃ در آلیاژ هایپریوتکتیک روکش سخت پایه Fe-Cr-C"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 5، شماره 1، صفحه 34-21، 1390.

 

[3]  J. Yang et al., "Microstructure and wear resistance of the hypereutectic Fe–Cr–C alloy hardfacing metals with different La2O3 additives", Appl. Surf. Sci., vol. 289, pp. 437–444, 2014.

 

[4] ح. ثابت، "اثر نسبت Cr/C بر ریزساختار و عمرخستگی حرارتی آلیاژ روکش سخت پایه Fe-Cr-C"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، صفحه 63-45، 1395.

 

[5]M. Kirchgaßner, E. Badisch & F. Franek, "Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact", Wear, vol. 265, no. 5–6, pp. 772–779, 2008.

 

[6]Y. Fei & E. Brosh, "Experimental study and thermodynamic calculations of phase relations in the Fe–C system at high pressure", Earth and Planetary Science Letters, vol. 408, pp. 155-162, 2014.

 

[7]M. Gouné, F. Danoix, S. Allain & O. Bouaziz, "Unambiguous carbon partitioning from martensite to austenite in Fe–C–Ni alloys during quenching and partitioning", Scripta Materialia, vol. 68, pp. 1004-1007, 2013.

 

[8]A. Rohrbach, S. Ghosh, M. W. Schmidt, C. H. Wijbrans & S. Klemme, "The stability of Fe–Ni carbides in the Earth's mantle: evidence for a low Fe–Ni–C melt fraction in the deep mantle", Earth and Planetary Science Letters, vol. 388, pp. 211-221, 2014.

 

[9] ح. ثابت، س. ر. امیرآبادی زاده، م. صادقی و ن. میرزا محمّد، "بررسی ریزساختار و مقاومت به سایش لایه رویه سخت پایه Fe-C-Nb بر روی فولاد ساده کربنی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 3، شماره 3، صفحه 50-43، 1388.

 

[10] م. محمّدی خواه، ح. ثابت، ن. میرزا محمّد، ا. هادی زاده، س. محرابیان و س. شکیب، "بررسی ریزساختار و مقاومت به سایش خراشان خشک و مرطوب لایه روکش سخت پایه Fe-C-B بر روی فولاد ساده کربنی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 6، شماره 1، صفحه 96-89، 1391.

 

[11]Y. Zhou, Y. Yang, J. Yang, P. Zhang, X. Qi, X. Ren, et al., "Wear resistance of hypereutectic Fe–Cr–C hardfacing coatings with in situ formed TiC", Surface Engineering, vol. 29, pp. 366-373, 2013.

 

[12] م. محمّدی خواه، ح. ثابت، ع. شکوه فر، س. محرابیان و ا. هادی زاده، "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"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 4، شماره 1، صفحه 31-21، 1389.

 

[13] ع. بهرامی، ک. امینی و ح. ثابت، "تأثیر نوع الکترود و تعداد پاس بر خواص سایشی و ریزساختار روکش ایجاد شده به روش زیر پودری بر روی فولاد کم آلیاژ 42CrMo4"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 116-99، 1394.

 

[14] Y. Kathuria, "Nd–YAG laser cladding of Cr3C2 and TiC cermets", Surface and Coatings Technology, vol. 140, pp. 195-199, 2001.

 

[15] H. Zhang, Y. Zou, Z. Zou & D. Wu, "Microstructure and properties of Fe-based composite coating by laser cladding Fe–Ti–V–Cr–C–CeO2 powder", Optics & Laser Technology, vol. 65, pp. 119-125, 2015.

 

 [16]A. Standard, "E3, Standard guide for preparation of metallographic specimens", West Conshohecken, PA ASTM Int., 2001.

 

[17]E. ASTM, "18; Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials", Annu. B. ofASTM Stand., pp. 118–130, 2003.

[18]K. Herrmann, "Hardness testing: principles and applications", ASM International, 2011.

[19] م. گلعذار، "اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها"، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.