تاثیر عملیات حرارتی بر توزیع سختی مفتولهای فولادی کم کربن پس از فرآیند کشش سیم و پیر کرنشی استاتیکی

یاشار خالدزاده، محسن کاظمی نژاد، علی کریمی طاهری

چکیده

 در این تحقیق، رفتار پیر کرنشی استاتیکی فولاد کم کربن پس از فرآیند کششی سیم بررسی شد. بدین منظور مفتول ها در دماهای ۸۵۰ ۹۵۰، ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد آستنيته و در سرعت های متفاوت (در گوره، هوا و جلوی فن ) سرد شدند و سپس تحت فرآیند کشش سیم قرار گرفتند. سیم های حاصل در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد و زمان 1 دقیقه پیر شدند. توزیع سختی در سطح مقطع سیم ها در قبل و بعد از فرآیند پیری با روش میکرو سختی سنجی تعیین شدند. نتایج حاصل نشان می دهند که با افزایش دمای آستینه کردن افزایش سختی با حساسیت به پیر کرنشی ازدیاد می یابد و با افزایش سرعت سرد کردن، افزایش سختی با حساسیت به پیر کرنشی کاهش پیدا می کند. علاوه بر این در قبل از فرآیند پیر کرنشی استاتیکی توزیع سختی در سطح مقطع سیم از مرکز تا سطح بصورت صعودی و بعد از پیری توزیع سختی بصورت نزولی می باشد. همچنین مقدار افزایش سختی ناشی از پیری از مرکز تا سطح بصورت نزولی است.

مقدمه

فرآیند نورد داغ مفتول در زمره فرآیندهای شکل دادن اولیه می باشد که محصولات حاصل از آن در صنایع مختلفه بخصوص کشش سیم مورد استفاده قرار می گیرد. بدیهی است قابلیت تغییر فرم و پاره نشدن مفتول در حین کشش سیم و کاهش غیر یکنواختی در سطح مقطع مفتول های تولیدی از خواسته های مهم کارگاه های کشش مفتول های فولادی می باشد که پارامتر های مختلف خط نورد داغ تاثیر بسزایی بر آنها دارد. از بین پارامتر های نورد داغ دو فاکتور دمای پایانی نورد (دمای آستینه) و سرعت سرد کردن بعد از نورد داغ که با تاثیر گذاری بر شرایط تغییر فازهای متالورژیکی ساختار نهایی و خواص مکانیکی محصول تولید شده را تغییر می دهند، مد نظر این تحقيق است. با افزایش دمای آستنیته کردن پارامتر قفل کتند گی کاهش یافته در نتیجه رشد دانه آستنیت به راحتی انجام می شود. نشان داده شده است که دمای پایانی نورد و اندازه دانه آستنیت نسبت مستقیم بر اندازه دانه فریت نهایی دارد.

در سرعت های سرد کردن بالاتر، دمای تغییر فاز آستنیت به فریت کاهش یافته و از آنجاییکه در دماهای پایین سرعت جوانه زنی بیشتر از سرعت رشد دانه می باشد، اندازه دانه های فریت تغییر فاز یافته کاهش می یابد. این تغییرات باعث افزایش استحکام و کاهش انعطاف پذیری فولاد می شوند.

کشش سیم فرآیندی است که سطح مقطع سیم، با عبور از قالب همگرا بوسیله یک نیروی کششی که از بیرون قالب وارد می شود، کاهش می یابد. این فرآیند مورد استفاده فراوانی در صنعت دارد که دلیل آن ایجاد خواص مکانیکی مناسب، سطح پرداخت مناسب و دقت ابعادی بالا در محصول می باشد. پارامترهای اصلی فرآیند کشش سیما ئیم زاویه قالب (0)، میزان کاهش سطح مقطع (R) و اصطکاک بین قطعه و قالب می باشد. کشش سیم، فرآیندی است که با سرعت های بسیار بالا صورت می گیرد و ممکن است سرعت عبور سیم از قالب به « ۲۰۰ برسد. این سرعت بالا، اصطکاک بین قطعه و قالب و همچنین گرمای تغییر شکل باعث افزایش دمای سیم در فرآیند کشش می شود. این افزایش دما ممکن است به ۲۰۰ پرسد، کشش سیم یک فرآیند پیوسته است و از چندین قالب پی در پی برای کاهش سطح مقطع سیم استفاده می شود، یعنی سیم بعد از خروج از یک قالب به دور طبلک پیچیده می شود و سپس وارد قالب بعدی می شود و این زمان ممکن است به یک دقیقه برسد. بنابراین به دلیل وجود کرنش در سیم و بالا رفتن دمای آن و از آنجاییکه ثابت شده است زمان 1 دقیقه برای پیر شدن کافی می باشد، پیر کرنشی استاتیکی در سیم رخ می دهد. پس از آنکه فلز تحت پیش کرنش (کار سرد با کشش سیم) اولیه قرار می گیرد به دلیل واکنش های عیوب نقطه ای مانند اتم های بین نشین حل شده با نابجایی های ناشی از تغییر شکل، خواص فیزیکی و مکانیکی فلز تغییر می کند که این پدیده به پیر کرنشی معروف است. از فاکتورهای مهم پیری سیم که در این تحقیق بررسی شده می توان به مقدار پیش کرنش و عناصر بين نشین و عملیات حرارتی اشاره کرد. رشید در تحقیقات خود نشان داد تنش تسلیم پایینی با افزایش مقدار پیش کرنش افزایش می یابد بطوریکه بیشترین تغییرات تنش تسلیم ( ۵۷) در پیش کرنش های پایین مشاهده می شود و بعد از این مقدار پیش کرنش، لاد کاهش می یابد تا به یک مقدار ثابت (۵۷) می رسد. نتایج تحقیقات رشید در شکل 1 برای فولاد کم کربن و انواع فولادهای استحکام بالا و کم آلیاژ نشان داده شده است.

شکل 1- تغييرات تنش تسلیم ناشی از پیرگر نشی در دمای ۲۰۵ درجه سانتیگراد و زمان یک ساعت بر حسب مقدار پیش کرنش (۸)

شکل 1- تغييرات تنش تسلیم ناشی از پیرگر نشی در دمای ۲۰۵ درجه سانتیگراد و زمان یک ساعت بر حسب مقدار پیش کرنش

از اصلی ترین عناصر مسبب پیر کرنشی در فولاد دو عنصر کربن و نیتروژن محلول در زمینه می باشند. با افزایش عناصر بین نشین محلول در زمینه، نفوذ آنها بر روی نابجایی ها سریعتر شده و در نتیجه در زمان های کوتاهتر تغييرات خواص مکانیکی بیشتر مشاهده می شود و حساسیت به پیر کرنشی افزایش می یابد. با توجه به افزایش میزان نیتروژن و کربن محلول در فولاد در اثر افزایش دمای آستنينه با دمای بعد از مرحله پایانی نورد در یک سرعت ثابت سرد کردن حساسیت به پیر کرنشی فولاد افزایش می یابد. از طرفی با افزایش دمای آستنیته دانه های آستنیت درشت تر، مرزدانه ها کاهش می یابد و سرعت نفوذ عناصر بين نشین (از طریق مرزها) نیز کاهش یافته و حساسیت به پیر کرنشی کاهش می یابد. سرعت های آهسته مرد شدن فولاد از دمای آستنيته به تشکیل رسوب های کاربیدی و نیتریدی کمک می کند که در نتیجه عناصر کربن و نیتروژن محلول در زمینه کمتر شده و حساسیت به پیر کرنشی کاهش می یابد. سرعت سرد شدن از دمای آستنیته به دو دلیل می تواند حساسیت به پر کرنشی را افزایش دهد. افزایش میزان نیتروژن و کربن محلول در فولاد، افزایش سرعت جوانه زنی فریت از آستنیت و ایجاد ساختار ریز دانه که در نتیجه آن مساحت مرز دانه بیشتر و سرعت نفوذ عناصر بين نشین از طریق مرزها افزایش می یابد و حساسیت به پیر کرنشی بیشتر می شود.

برای مطالعه ادامه مطلب بر روی لینک روبرو کلیک کنید.