بررسی تأثیر آلومینیوم بر مقاومت خوردگی فولاد منگنزی آستنیتی هادفیلد

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مسعود سبزی ¹ (مربی، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران)
صادق معینی فر ² (استادیار، گروه مکانیک، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران)
ابراهیم نجفی بیرگانی ³ (استادیار، گروه مواد و متالورژی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/01/27 تاریخ پذیرش : 1396/03/27 تاریخ انتشار : 1396/03/01

کلید واژه: عملیات حرارتی, فولاد هادفیلد, مقاومت خوردگی, طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی, پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی,

چکیده مقاله :

       در این پژوهش، مقاومت خوردگی فولاد منگنزدار هادفیلد 128-A ASTM در شرایط با و بدون آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت. برای تهیه فولاد منگنزدار هادفیلد براساس استاندارد 128-A ASTM، ابتدا دو مدل Y شکل از جنس آلومینیوم تهیه شده و سپس قالب گیری به روش سیلیکات سدیم/ ₂CO به صورت تغذیه روبسته انجام شد. سپس دو بلوک از فولاد هادفیلد که یکی بدون Al و دیگری حاوی Al%7/1 بود، توسط کوره القایی بدون هسته ریخته‌گری شدند. پس از ریخته‌گری، هر دو نمونه تحت عملیات حرارتی آستنیته کردن در دمای °C1100 به مدت 2 ساعت قرار گرفته و بلافاصله در حمام آب خالص سریع سرد شدند. برای بررسی ریزساختار نمونه‌ها از متالوگرافی و برای بررسی مورفولوژی خوردگی آن‌ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده گردید. همچنین برای بررسی رفتار خوردگی هر دو نمونه  از روش‌های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول NaCl%5/3 استفاده شد. مشاهدات میکروسکوپ نوری نشان داد که آلومینیوم، سبب افزایش اندازه‌ی دانه‌ها و کاهش میزان کاربیدها در فولاد هادفیلد می‌شود. نتایج آزمون‌های خوردگی نشان داد که فولاد هادفیلد حاوی Al%7/1 نسبت به فولاد هادفیلد بدون آلومینیوم از مقاومت خوردگی بالاتری برخوردار است؛ زیرا در اثر افزودن آلومینیوم به فولاد هادفیلد، میزان ذرات کاربیدی کاهش پیدا کرده بود و این امر باعث شده بود که مانع از تشکیل میکروپیل‌های گالوانیکی شود.

چکیده انگلیسی:

     In this study, the corrosion resistance of ASTM A-128 Hadfield manganese steel with and without aluminum addition was investigated. To produce Hadfield manganese steel according to ASTM A-128 standard, Initially two Y-shaped aluminum models prepared and then molding accompolished through Sodium Silicate/CO2 and silica sand procedure by closed feeding. Coreless induction furnace was used for melting samples. After casting, samples heat treated at 1100°C for 2 hours and then quenched in the pure water. Evaluation of the microstructures was conducted by optical metallography and corrosion morphology of samples were investigated by scanning electron microscopy. Also potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy methods were used to evaluate the corrosion behavior of samples. Optical microstructur observations showed that Al decreased the amount of carbides and increased grains size in the Hadfield steel. The results of corrosion tests indicated that Hadfield steel with aluminum addition had higher corrosion resistance than one without aluminum addition. By addition of aluminum, carbide particle volume was reduced and this has led to lesser micro-galvanic cells formation.

منابع و مأخذ:

1-D. K. Subramanya, A. E. Swansiger and H.S. Avery, "Austenitic Manganese Steels", ASM Metals Handbook, 10th ed., Vol.1, pp.822-840, 1991.

2- آ. پوربشارتی، "مقدمه ای بر فولاد های هادفیلد"، پایانامه کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، بهمن 1392.

3- M.B. Limooei and Sh. Hosseini, "Optimization of properties and structure  with addition of titanium in hadfield steels", Proc. Conf. of Metal 2012, Czech Republic, Vol. 1, p. 6, 2012.

4- V.N. Najafabadi, K. Amini and M.B. Alamdarlo, "Investigating the effect of titanium addition on the wear resistance of Hadfield steel",  Metall. Res. Technol., Vol. 111, pp. 375 – 382, 2014.

5- و. نجف آبادی، ح. مناجاتی زاده و ک. امینی، "بررسی تأثیر تیتانیم بر بهبود خواص فولاد هادفیلد ASTM A128-C"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هفتم شماره اول، ص 45 – 54، بهار 1392.

6- A.K. Srivastava and K. Das, "In-situ Synthesis and Characterization of TiC-Reinforced Hadfield Manganese Austenitic Steel Matrix Composite", Iron and Steel Institute of Japan Int., Vol. 49, No. 9, pp.1372-1377, 2009.           

7- A. Grajcar, W. Krukiewicz and S. Kołodziej, "Corrosion behaviour of plastically deformed high-Mn austenitic steels", J. Achievem. Mater. Manuf. Eng., Vol. 43, No. 1, pp. 228 – 235, 2010.

8- م. عباسی، ش. خیراندیش، ی. خرازی و ج. حجازی، "بررسی تاثیر برخی عوامل اصلی بر رفتار سایشی فولاد هادفیلد"، نشریه علوم و مهندسی سطح، سال 5 شماره 7 ،  ص 69 – 80، تابستان 1388.

9- E.G. Moghaddam, N. Varahram and P. Davami, "On the comparison of microstructural character -istics and mechanical properties of high-vanadium austenitic manganese steels with the Hadfield steel", Mate. Sci. and Eng. A, Vol. 532, pp. 260-266, 2011.

10- J.O. Agunsoye, T.S. Isaac, and A.A. Abiona, "On the Comparison of Microstructure Characteristics and Mechanical Properties of High Chromium White Iron with the Hadfield Austenitic Manganese Steel", JMMCE, Vol. 1, pp. 24-28, 2013.         
 
11- M. Lindroos and et al., "The Deformation, Strain Hardening, and Wear Behavior of Chromium-Alloyed Hadfield Steel in Abrasive and Impact Conditions", Tribol Lett, Vol. 57, pp. 1-11, 2015.

12- I. El-Mahallawi, R. Abdel-karim and A. Naguib, "Evaluation of effect of chromium on wear performance of high manganese steel", J. Mater. Sci. Technol.,  Vol. 17, pp. 1385-1390, 2001.

13- م. رواندوست، م. نقوی و م.ح. شاعری، "بررسی اثر کوئنچ مستقیم بر ریز ساختار فولاد منگنزی هادفیلد"، مجموعه مقالات یازدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، اصفهان، ج1، ص9، 1386.  

14- ش. حسینی، م. ب. لیمویی، ا. ابراهیمی قایی و ن. عرب، "تأثیر ترکیب محلول کوِئنچ بر میزان حجم کاربید، ماکرو و میکرو سختی فولادهای منگنزی هادفیلد"، نشریه علمی فنی و تخصصی چدن و فولاد، شماره 1، ص 21- 25، آذر 1390.

15- S. Hosseini, M. B. Limooei, M. Hossein Zade, E. Askarnia, and Z. Asadi, "Optimization of Heat Treatment Due toAustenising Temperature, Time and Quenching Solution in Hadfield Steels", World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol.7,  pp. 1940-1943, 2013.

16- S. Hosseini  and M.B. Limooei, "Optimization of Heat Treatment to Obtain Desired Mechanical Properties of High Carbon Hadfield Steels", World Appl. Sci. J., Vol. 15, pp. 1421-1424, 2011.

17-م. خیاط، ش. خیراندیش و م. عباسی،"تاثیر آلومینیم بر ریزساختار فولاد آستنیتی منگنزی هادفیلد در شرایط مختلف عملیات حرارتی"، مجموعه مقالات دومین همایش بین المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن ریخته گری ایران، سمنان، ج1، ص5، 1392.                

18- X. Tian and Y. Zhang, "Mechanism on the Effect of Al upon the γ→ε Martensite Transformation in the Fe-Mn Alloys", Journal of Material Science and Technology, Vol. 12, pp. 369-372, 1996.

19- Annual book of ASTM standards, "ASTM 128 A / 128 M, Standard specification for steel castings, austenitic manganese", ASTM Int., vol. 1, 1980.

20- م. مرعشی، "متالورژی کاربردی فولادها"، جلد دوم ، چاپ سوم ، انتشارات آزاده ، تهران ، 1385.

21- B.K. Zuidema, D.K. Subramanyam and W.C. Leslie, "The effect of Aluminium on the work hardening and wear resistance of Hadfield manganese steel", Metall. Trans. A, Vol. 18A, pp. 1629-1639, 1987. 

22- Y.K. Lee and C.S. Choi, "Driving Force for γ→ε Martensitic Transformation and Stacking Fault Energy of γ in Fe-Mn Binary System", Metallurgical and Material Transaction A, Vol. 31A, pp. 355-360, 2000.

23- د. پیرون، "الکتروشیمی خوردگی"، م.ع. گلعذار (مترجم)، دانشگاه صنعتی اصفهان، مرکز نشر، اصفهان، 1387.

24- خ. مرشد بهبهانی و م. پاکشیر، "تعیین درجه ی حساس شدن فولاد ضدزنگ 613 AISI با استفاده از آزمون امپدانس الکتروشیمیایی"، مجله مواد نوین، سال 4، شمار 4، ص 29-42، 1393. 

25- J.H. Hong, S.H. Lee, J.G. Kim and J.B. Yoon, "Corrosion behaviour of copper containing low alloy steels in sulphuric acid", Corr. Sci., Vol. 54, pp. 174-182, 2012.   

26- م. فرزام، "مهندسی خوردگی و حفاظت از فلزات"، چاپ اول، موسسه چاپ و انتشارات یادواره کتاب، 1378.