تحقیق معرفي و طبقه‌بندي فولادهاي ميكروآلياژي
چكيده
فولادهاي ميكروآلياژي به عنوان خانواده‌اي از فولادهاي كم آلياژ با استحكام بالا هستند توليد فولادهاي ميكروآلياژي يكي از مهمترين پيشرفت هاي متالورژيكي چند دهه اخير بوده است ، اين فولادها به خاطر داشتن تركيب عالي از خواصي همچون استحكام بالا ، چقرمگي مطلوب ، انعطاف پذيري و قابليت جوشكاري مناسب ،از اهميت ويژه‌اي برخوردارند مقادير بسيار جزئي از عناصر ميكروآلياژي مي توانند تأثير به سزايي بر خواص نهايي فولاد داشته باشند .
از آنجايي كه اين فولادها هنوز در دست تحقيق مي باشند و همچنين از آنجائيكه يكي از روش هاي بهبود خواص در فولادهاي ميكروآلياژي فرآيندهاي ترمومكانيكي (از قبيل Hot rolling Forgingو…) مي باشند لذا در اين پروژه هدف ، بررسي اين فرآيند ها و همچنين معرفي و طبقه‌بندي فولادهاي ميكروآلياژي مي باشد .
كليد واژه : فولادهاي ميكروآلياژي ، ترمومكانيكال، آهنگري
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول مقدمه …………………… 1
فصل دوم :مروري بر منابع ………….. 4
1-2- فولادهاي كم آلياژ و داراي استحكام بالا 5
1-1-2- طبقه بندي فولادهاي كم آلياژ داراي استحكام بالا 6
2-1-2- اثرات افزودني هاي ميكروآلياژ كننده 8
3-1-2- انواع گوناگون فولادهاي فريت – پرليت ميكروآلياژ شده ……………………………. 8
4-1-2- اثرات عناصر ميكروآلياژي روي مشخصه هاي به عمل آوري …………………………… 18
5-1-2- به عمل آوري فولادهاي پتك كاري ميكروآلياژ شده 19
6-1-2- كنترل خصوصيات …………… 19
7-1-2-اثرات عناصر ميكروآلياژي شده روي پتك كاري 20
2-2- مهندسي محصولات آهنگري فولادهاي ساختماني ميكروآلياژي 22
3-2- تبلور مجدد استاتيكي فولاد آستنیت تغییر شکل یافته و رسوب سینتیک القا شده در فولادهای میکروآلیاژی وانادیوم 35
1-3-2- تبلور مجدد استاتيكي ……… 37
2-3-2- نمودارهای دما و زمان رسوب PTT 48
3-3-2- مقایسه ی بین Tnr , SRCT …….. 51
4-2- ریز ساختار و ویژگی های فولاد کم آلیاژ مقاوم به دما 54
1-4-2- ترکیب شیمیایی …………… 58
2-4-2-پردازش و عمل آوری ترمو مكانيكي 59
3-4-2- ریز ساختار ……………… 62
4-4-2- تنش تسلیم دمای فزاینده …… 63
5-4-2- سختی ضربه ای ……………. 65
6-4-2- مقاومت به دما……………. 66
5-2- فرآیند ترمو مکانیکی و ریز ساختار فولاد میکرو آلیاژی و محصولات میله ای سیمی………………. 68
1-5-2- میکروساختار و خواص آن ……. 72
2-5-2- پیشرفت های بعدی ………….. 76
6-2- بهبود استحکام ضربه و خواص کششی در فولاد میکروآلیاژی آهنگری گرم وانادیوم – نیوبیوم از طریق کنترل میکروساختار ……………………………….. 77
1-6-2- خواص مکانیکی …………….. 80
2-6-2- میکروساختار ……………… 85
3-6-2- میکروساختار ……………… 90
4-6-2- خواص مکانیکی …………….. 93
فصل سوم:نتیجه گیری و پیشنهادات…….. 95
نتيجه گيري ……………………… 96
پیشنهادات……………………….. 98
مراجع ………………………….. 99
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل (1-2)- اثر ميزان سرد كاري روي افزايش استحكام تسليم ناشي از قوي ساختن رسوب در يك فولاد 15/0 درصد واناديوم 10
شكل(2-2)- اثر مقدار منگنز روي قوي ساختن رسوب فولاد ميكروآلياژ شده واناديوم با تركيب پايه 08/0 درصد كربن و 30/0 درصد سيليسيوم ……………….. 11
شکل(2-2)- اثر كاربيد نيوبيوم روي استحكام تسليم براي اندازه های متفاوت ذرات كاربيدنيوبيوم …………………… 12
شكل a(3-2)- در زبری دانه آستنيت طی گرم کردن مجدد و بعد از نورد گرم براي نگهداري به مدت 30 دقيقه که مقدار تیتانیوم بین080/0% و 022/0% درصد می باشد…….. 15
شکلb (3-2)- وابستگي استحكام دهي رسوب روي اندازه متوسط رسوب (X) و كسر آن مطابق با تئوري و مشاهدات آزمايشي براي افزودني هاي ميكروآلياژ كنندهي داده شده 16
شکل (4-2)- خصوصيات عمق -كشيدگی درجه هاي ورق فولاد 18
شکل (5-2)- سيكل هاي به عمل آوري براي فولادهاي قراردادي و ميكروآلياژ شده (قسمت پايين) ]فولادهاي قراردادي كوئنچ شده و تمپر شده: قسمت بالا]………………. 19
شكل (6-2)- شكل تهيه اجزا آهنگري براي فولادهاي كم آلياژ با استحكام بالا با استفاده از عمليات ترمومكانيكي 25
شكل(7-2)- افزودن تيتانيوم به آهن نوع A با تمركز 005/0 درصد به طور كامل در آستنيت در درجه حرارت 1250 درجه سانتيگراد صورت مي گيرد…………………….. 27
شکل (8-2)- حين سرد شدن كل نيتروژن از فلز حذف نمي شود. اضافه ي نيتروژن ايجاد نيتريدهاي BN و ALN حين سرد شدن مي كند…………………………….. 28
شكل (9-2)- گرماي لازم براي آهنگري بر اساس اندازه ي دانه ي اوليه آستنيت نمونه هاي شسته شده از افزايش حرارت آستنيت كردن مشخص مي شود…………………. 29
شكل(10-2)- زمان نگهداري هم دما اندازه دانه آستنيت زمان بعد از كار گرم در دماي 900 درجه سانتيگراد قبل از سرد شدن 30
شكل(11-2)- ساختار دانه خوب آستنيت اوليه بعد از عمليات ترمومكانيكي و بعد از آبدیده شدن …… 30
شكل (12-2)- ساختار دانه خوب آستنيت اوليه بعد از عمليات ترمو مكانيكي و بعداز آبدیده
شدن……………………………. 31
شكل (13-2)- ساختار مارتنزيت – بينيت فولاد نوع B كوئنچ شده ……………………………….. 31
شکل (14-2)- ساختار مارتنزيت لايه اي فولاد نوع C خيس شده 32
شكل (15-2)- در داخل لايه هاي مارتنزيت حضور اجزاء متفاوت سمنتيت به اثبات رسيده
است……………………………. 32
شكل (16-2)- در ديواره هاي آستنيت اوليه نوع M23(C,B)6 اجزاء منتشر شده يافت
شده اند ………………………… 33
شکل (17-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 043/. وانادیوم………………. 39
شکل (18-2) – اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 043/. وانادیوم ……………… 39
شکل (19-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 060/. وانادیوم ……………… 40
شکل (20-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 060/. وانادیوم………………. 40
شکل (21-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 093/. وانادیوم ……………… 41
شکل (22-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 093/. وانادیوم………………. 41
شکل (23-2)- اختلاف کسر تبلور مجدد Xa با زمان برای فولاد دارای 093/. وانادیوم ……………… 42
شکل (24-2)- طرح 5/0t در برابر دمای معکوس فولاد 043/0 وانادیوم………………………… 43
شکل (25-2)- طرح 5/0t در برابر دمای معکوس فولاد 060/0 وانادیوم………………………… 43
شکل (26-2)- طرح 5/0t در برابر دمای معکوس فولاد 093/0 وانادیوم………………………… 44
شکل (27-2)- طرح انرژی فعال سازی Q در برابر دمای معکوس فولاد 043/0 وانادیوم……………….. 44
شکل (28-2) – طرح انرژی فعال سازی Q در برابر دمای معکوس فولاد 060/0 وانادیوم……………….. 45
شکل (29-2)- طرح انرژی فعال سازی Q در برابر دمای معکوس فولاد 093/0 وانادیوم……………….. 46
شکل (30-2)- نمودارهای PTT فولاد 043/0 وانادیوم 49
شکل (31-2)- نمودار های PTT فولاد 063/0 وانادیوم 50
شکل (32-2)- نمودارهای PTT فولاد 093/0 وانادیوم 50
شکل (33-2)- نمودارهای PTT فولاد 060/0 وانادیوم 51
شکل (34-2) – طرح TMP براي صفحه و تير… 61
شكل (35-2)- ريز ساختارهاي نوري بعضي فولادها در موقعیت قبل از نورد كاري…………………….. 61
شکل (36-2) – فضای روشن میکروسکوپي …. 63
شكل (37-2)- وابستگيa -تنش تسليم وb–UTS 64
شکل (38-2)- افزايش دماي متوسط فولاد مقاوم به دما و فولاد نرم ……………………………….. 67
شكل(39-2)– وابستگي‌رسانندگي‌حرارتي‌با‌دما‌براي‌آهن خالص و فولادهاي ساختماني…………………. 68
شکل (40-2)- منحنی های دما – زمان برای قسمتهای مختلف 74
شكل (41-2)- تغييرات انرژي ضربه اي شارپي با پارامتر آهنگري……………………………….. 80
شكل (42-2)- a – نمودار شماتيكی فرايند ترمو مكانيكي 81
شكل (43-2)- درصد تغييرات طول با سرعت سرد سازي و گرم كردن مجدد و دماهای تغییر شکل…………… 82
شكل (44-2)- تغييرات درصد كاهش فضا با سرعت سرد كردن 82
شكل (45-2)- منحني هاي مهندسي فشار- كشش. 83
شكل (46-2)- اختلاف استحكام تسليم و استحكام كشش با سرعت سرد سازي……………………………. 84
شكل (47-2)- اختلاف استحكام تسليم و استحكام كشش با دماهاي تغيير شكل ………………………. 84
شكل (48-2)- تغييرات اندازه متوسط دانه آستنيت با دماي گرم كردن مجدد……………………….. 85
شكل (49-2)- ميكروساختار نمونه هايي كه مجدداً در دماي 1200 درجه ي سانتيگراد گرم شده‌اند ………. 87
شكل (50-2)- نمونه هاي بارزي از حضور و توزيع آستنيت گرم شده است…………………………….. 88
شكل (51-2)- تأثير دماي گرم كردن مجدد و سرعت سرد سازي روي نمودارهاي پراش اشعه ي ايكس نمونه ها… 89
شكل (52-2)- افزايش درصد حجم آستنيت مجدد گرم شده بر اساس سرعت سرد كردن……………………. 89
شكل (53-2)- افزايش درصد فازها براي تغيير شكل 75 درصدي 91
شكل (54-2)- انرژي ضربه‌اي شارپي بر اساس حجم فریت سوزنی و میزان آستنیت باقی مانده………. 92
شكل (55-2)- منحني هاي مهندسي فشار- كشش نمونه هايي كه كاهش ارتفاع 75 درصدي در 1200 درجه ي سانتيگراد دارند 93
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (1-2): ترکیبات بعضی از فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا پوشش یافته در خصوصیات ASTM را بر می شمارد 7
جدول(2-2)- اثر مقدار منگنز روي قوي ساختن رسوب فولاد ميكروآلياژ شده واناديوم با تركيب پايه 08/0 درصد كربن و 30/0 درصد سيليسيوم ……………….. 11
جدول (3-2)- مقدار اعداد ثابت A و B در معادله 1 براي كاربيدها و نيتريدهاي انتخاب شده……. 23
جدول (4-2)- خواص مكانيكي محصولات انتخاب شده فولادهاي ميكروآلياژي براي عناصر آهنگري شده….. 24
جدول (5-2) – ترکیب شیمیایی فولادها ….. 37
جدول (6-2) – اندازه ی ذرات آستنیت ….. 37
جدول (7-2)- دمای بحرانی تبلور مجدد و ساکن [SRCT , C] 46
جدول (8-2)- مقایسه ی بین مقادیر عملی SRCT(c) , Tnr (c) 52
جدول (9-2)- تركيب شيميايي فولادها……. 58
جدول (10-2) – پارامترهاي فرايند و داده هاي ميكروساختاري 60
جدول (11-2)- خواص كششي فولادهاي آلياژي.. 66
جدول (12-2) – سختي ضربه اي دماي محيط .. 66
جدول (13-2)- تركيب شيميايي فولاد ……. 77
جدول(14-2)- تركيب شيميايي فولادهاي آزمايش شده 77
جدول (15-2)- نتايج خواص مكانيكي و سختي پذيري فولادهاي نام برده شده………………………… 3
فصل اول
مقدمه
یکی از انواع فولادهای ميكروآلیاژی، فولادهای ميكروآلیاژی آهنگری می باشند .
فولادهای میکروآلیاژی آهنگري اولین بار اواخر دهه 70 معرفی شدند لازمه ي استفاده از این فولادها رسیدن به استحکام کششی بالا حین آهنگری بود . همچنین از این طریق روش های سرد کردن و آبدیده کردن که پر هزینه و برای محیط زیست مضر بود حذف می شد با این حال بخش هایی که از فولاد آهنگری میکروآلیاژی ساخته می شوند در مقایسه با روش های دیگر استحکام کمتری داشته این موضوع کاربرد آنها را به ویژه در بخش های ایمنی محدود می کرد اولین نسل فولادهای میکروآلیاژی (وانادیوم – منگنز – کربن ) دارای میکروساختار فریت – پرلیت بودند که استحکام پایینی داشتند بنابراین در سالهاي اخير تحقیقات روی حذف یا کاهش پرلیت تشكيل شده پس از جوشکاری متمرکز شده، که داراي میکروساختار فریت – پرلیت دارای استحکام ضربه بالا است. مانند فریت نوک تیز كه آن را از طریق کنترل پارامترهای پرداخت و ترمومکانیکی اصلاح مي کنند هدف نهایی این تلاش تولید بخش هایی با استحکام و سختی بالا که برای کاربرد در بخش های ایمنی اتومبیل مناسب هستند می باشند یک فریت نوک تیز در دمای پایین تر از فریت – پرلیت پرویوتکتویید و بالا تر از دمای آغاز مارتنزیت شکل می گیرد بنابراین دامنه ی دمای تغییر شکل آن مانند بینیت است همچنین گزارش شده است که مکانیزم تغییر شکل بینیت با فریت نوک تیز مشابه است . ولی سایت های هسته سازی مربوط به آنها متفاوت می باشد در بینیت ضخامت فریت در محدوده های دانه آستنیت آغاز می شود و دسته هایی از صفحات موازی با جهت کریستالوگرافی یکسان تشکیل می دهند. در مقابل به خوبی پذیرفته شده است که فریت نوک تیز به شکل درون دانه ای[1] یا مرز دانه ای در دسته هایی درون دانه های بزرگ آستنیت هسته سازی می کنند و سپس در جهت های گوناگون پخش می شوند همچنین گفته می شود فریت نوک تیز در حقیقت همان بینیت است که بصورت درون دانه ای یا مرز دانه ای هسته سازی شده است یا اینکه از برخوردهای چند گانه فریت و یدمن اشتاتن و فریت پلی گونال که به صورت درون دانه ای یا مرز دانه ای یا هسته سازی شده است به وجود آمده است حالت هسته سازی فریت نوک تیز به گونه ای است که باعث تنظیم آشفته و بی نظمی صفحات و دانه های نرم می شوند و دانه های آن نرم می شود که حاصل آن میکروساختاری است که در مقایسه با بینیت عادی نظم کمتری دارد این ساختار بهتر ، بیشتر شکافها را منحرف می کند و بنابراین از دیدگاه استحکام مناسب تر هستند.
رشد صفحات فریت باعث می شود که میزان کربن آستنیت های باقیمانده بیشتر شوند که ممکن است بدون تغییر باقی بماند یا به مارتنزیت یا بینیت و یا کاربید های درهم تبدیل شوند .
با به کارگیری کشش، آستنیت تغییر شکل نداده و به مارتنزيت تبدیل می شود که سختی کشش را افزایش می دهد در میکروساختار لايه اي[2] فریت ، حذف پرلیت و کاهش تولید کاربیدهای بين لايه اي[3] و کنترل میزان آستنیت باقیمانده برای رسیدن به استحکام بهینه و خواص سختی مناسب ضروری است .
در قسمتی از این پروژه اثر پارامترهای فرآیند ترمومکانیکی روی ویژگی های میکروساختاری که در بالا ذکر شد مورد بررسی قرار گرفته است .
هدف این قسمت توسعه ی فرآیند آهنگری برای رسیدن به استحکام و سختی بالا می باشد تا بتوان بخش های ایمنی اتومبیل را توسط آنها ساخت .
اما بطور کلی هدف ما از انتخاب این موضوع و بحث و بررسی در مورد انواع فولادهای میکروآلیاژی بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی این فولادها بطور مثال همین فولاد میکروآلیاژی آهنگری و سایر فولادها می باشد .
برای بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژی روش های مختلفی وجود دارد از جمله روش عملیات حرارتی ، ترمومکانیکی و … می باشد که ما در این پروژه از روش ترمومکانیکال استفاده می کنیم كه شامل بخشهاي زير مي باشد .
1-بهبود استحکام ضربه و خواص کششی در فولاد میکرو آلیاژی آهنگری گرم Nb-V
2- مهندسی محصولات آهنگری فولادهای ساختمانی میکروآلیاژی
3- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا[4]
4- تبلور مجدد استاتيكي فولاد آستنیت تغییر شکل یافته و سينتيك رسوب القا شده در فولادهای میکروآلیاژی و انادیوم
5- ریز ساختار و ویژگی فولاد کم آلیاژ مقاوم به دما
6- فرآیند ترمومکانیکی و ریز ساختار فولاد میکرو آلیاژی و محصولات میله ای سیمی