تاثیر عملیات زیر صفر عمیق بر سختی و رفتار سایشی فولاد1.2344 DIN

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

بهنام مکاریان خوزانی ¹ , کامران امینی ² , حمید غیور ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 - -دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران -دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، واحد تیران، دانشگاه آزاد اسلامی، تیران، اصفهان، ایران
3 - استادیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

تاریخ دریافت : 1395/11/23 تاریخ پذیرش : 1395/11/23 تاریخ انتشار : 1395/11/01

کلید واژه: سختی, مقاومت سایشی, آستنیت باقیمانده, عملیات زیر صفر عمیق, فولاد DIN1.2344,

چکیده مقاله :

عملیات زیرصفر، عملیات تکمیلی است که بر روی انواع فولادهای ابزار، فولادهای کربن دهی شونده، تندبر، با هدف بهبود مقاومت سایشی و سختی انجام میگردد.  در این پژوهش تاثیر عملیات زیر صفر عمیق بر روی رفتار سایش سرد، سختی و ریزساختار فولاد گرم کار1.2344 مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه‌ها پس از پیشگرم در دمای C^◦800  به مدت 20 دقیقه و سپس  عملیات آستنیته در دمای  C^◦1050  به مدت زمان 50 دقیقه در روغن کوئنچ گردیدند. برای بررسی تاثیر عملیات زیرصفر، بعضی از نمونه‌ها تحت عملیات زیرصفر در محیط نیتروژن مایع به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. نتایج نشان داد، میزان آستنیت باقیمانده از 8% در نمونه کوئنچ  به میزان بسیار کم در نمونه زیرصفر شده می‌رسد. همچنین نتایج نشان داد که عملیات زیر صفر عمیق، منجر به افزایش سختی و افزایش مقاومت در برابر سایش به ترتیب به میزان 25% و 49% در مقایسه با نمونه کوئنچ- تمپر می‌گردد. دلیل بهبود سختی و مقاومت به سایش در نمونه‌های زیرصفر شده کاهش در مقدار آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز و نانومتری، توزیع بهتر کاربیدها و افزایش درصد کاربید ها است. همچنین بررسی سطوح سایش حاکی از آن است که مکانیزم غالب سایش، چسبان و تریبوشیمیایی است و ذرات جداشده از سطح در نمونه زیرصفر شده ریزتر می‌باشند.

چکیده انگلیسی:

Deep cryogenic heat treatment is a conventional supplementary treatment are used on tool steels, carburized steel and high speed steel to improve their wear resistance and hardness. In this research, the effect of deep cryogenic treatment on the hardness, structure and wear resistance of 1.2344 hot work tool steel has been investigated. To perform heat treatment, the samples were preheated at 650°C for 20 minutes. The samples were then austenized at 1050 ºC for 50 min followed by oil quenching. To investigate the effect of deep cryogenic treatment, some specimens were placed under cryogenic treatment at -196 ºC for 24 hours.  It can be conducted that deep cryogenic heat treatment eliminates the retained austenite from 15% in the quench samples to a percentage lower than the detection limit of the XRD technique in the deep cryogenic samples. The results of this research showed that cryogenic treatment leads to an increase in hardness and wear resistance levels by 25 % and 49 %, respectively, in comparison with the quenching tempering treatments. The deep cryogenic heat treatment eliminated retained austenite and increased the carbide percentage. Moreover, the deep cryogenic heat treatment made a more homogeneous carbide distribution with a more uniform particle size and some newly formed nano-sized carbides. These improvements increased the hardness and microhardness of the deep cryogenically treated samples.  It was also clarified that the predominant wear mechanism is a combination of adhesive and tribo-chemical wear and the collected wear derbies of the cryogenically treated samples were more brittle and smaller.

منابع و مأخذ:

1-K. Amini,  A. Akhbarizadeh, S. Javadpour "Cryogenic heat treatment of the ferrous materials – a review of the current state", Metallurgical Research and Technology, Vol. 113, No. 6, pp. 3244-3256, 2016.

 

2-Y. Dong, X. Lin, and H.S. Xiao, "Deep Cryogenic Treatment of High-Speed Steel and Its Mechanism", Heat Treatment of Metals, Vol. 25, pp. 55-59. 1998.

3-K. Amini, A. Akhbarizadeh, S. Javadpour "Effect of deep Cryogenics
treatment of nano-size carbides and the wear behavior of D2 tool steel", International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, Vol. 19, pp. 795-799, 2012.                                                                              

4-D. Das, A.K. Dutta, V. Toppo, and K.K.Ray, "Effect of Deep Cryogenic Treatment on the Carbide Precipitation and Tribological Behavior of D2 Steel",Journal of Materials Manufacturing Process, Vol. 22, No. 4, pp. 474-480. 2007.                                                                                                                                         

5-K. Amini, A. Akhbarizadeh, S. Javadpour "Investigating the effect of holding duration on the microstructure of 1/2080 tool steel during the deep cryogenic heat treatment", Vacuum, Vol. 85, No. 6, pp.1534-1540, (2012).      

6-F. Meng, K. Tagashira, R. Azume, and H. Sohma, "Role of Eta-Carbide Precipitation in the Wear Resistance Improvements of Fe-12Cr-Mo-V-1.4C Tool Steel by Cryogenic Treatment", ISIJ International, Vol. 34, No. 2, pp. 205-210.1994.

7-J.Y. Huang, Y.T. Zhu, X.Z. Liao, I.J. Beyerlein, M.A. Bourke, and T.E. Mitchell, "Microstructure of CryogenicTreated M2 Tool Steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 339, No. 1-2, pp. 241-244. 2003. 

8-K. Amini, A. Akhbarizadeh, S. Javadpour" Effect of Carbide Distribution on Corrosion Behavior of the Deep Cryogenically Treated 1.2080 Steel”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 25(2), pp. 364-373, 2016.

9-ASTM E975-00: Standard Practice for X-Ray Determination of Retained Austenite in Steel with near Random Crystallographic Orientation, ASTM Book of Standards, V 03.01, West Conshohocken, PA, United States, (2004).                                                                                                                                                  

9-H. Paydar, K. Amini, A. Akhbarizadeh "Investigating the effect of deep cryogenic heat treatment on the wear behavior of 100Cr6 alloy steel", Kovove Materialy - Metallic Materials, Vol. 52, pp. 163-169, 2014.

10-K. Amini, S.  Nategh, A. Shafyei "Effect of deep cryogenic treatment on 80CrMo12 5 tool steel properties", International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Vol. 12, No. 1, pp. 30-37, 2012.       

11-K Amini, A. Akhbarizadeh, S. Javadpour " Investigating the effect of quench environment and deep cryogenic treatment on the wear behavior of AZ91", Materials and Design, Vol. 54, pp. 154–160, 2014.      

12-P.F. Stratton "Optimizing Nano-Carbide Precipitation in Tool Steels", Materials Science and Engineering: A, Vol. 449-451, pp. 809-812, 2007.                                                                                                    

13-D. Das, A.K. Dutta,K.K. Ray "Sub-Zero Treatments of AISI D2 Steel: Part Ii. Wear Behavior", Materials Science and Engineering: A, Vol. 527, No. 9, pp. 2194-2206, 2010.                                      

14-A. Akhbarizadeh, A. Shafyei, M.A. Golozar "Effects of Cryogenic Treatment on Wear Behavior of D6 Tool Steel", Materials & Design, Vol. 30, No. 8, pp. 3259-3264, 2009.                                          

15-K. Kato, K. Adachi, Wear Mechanisms. Chapter 7 of Modern Tribology Handbook, Ed. B. Bhushan, CRC Press. Boca Raton, 2001.

16-G.A. Fontalvo, R.  Humer, C. Mitterer, K.  Sammt, I. Schemmel "Microstructural Aspects Determining the Adhesive Wear of Tool Steels", Wear, Vol. 260, No. 9-10, pp. 1028-1034, 2006.                 

17-B. Bhushan, Introduction to Tribology, John Wiley & Sons. New York, NY, 2002.

18-J. Yang, Y.  Liu, Z. Ye, D. Yang, S. He "Microstructural and Tribological Characterization of Plasma- and Gas-Nitrided 2Cr13 Steel in Vacuum", Materials & Design, Vol. 32, pp. 808-814, 2011.
 

19- M. Aghakhani, A. Shafyei, M.A. Aghakhani "Effect of Deposition Regime on Tribological Behavior of VK8Coating on 1.2344 Tool Steel Obtained by Electro Spark Method", Journal of Advanced Materials and Processing, Vol. 1, pp.21-28 , 2013.