بررسی تاثیر عملیات زیرصفرعمیق بر ریز ساختار ، مقاومت سایشی و خواص کششی فولاد GOST9HF در دماهای تمپر 150 تا 650 درجه سانتیگراد

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 5، دوره 14، شماره 2 - شماره پیاپی 53، مرداد 1399، صفحه 51-66   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسنده

کامران امینی^*

دانشیار، مرکز تحقیقاتی مهندسی پیشرفته، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، مجلسی، اصفهان، ایران

چکیده

عملیات زیر صفر در سالهای اخیر جهت بهبود مقاومت سایشی و سختی فولادهای ابزار توصیه شده است. این عملیات قبل از عملیات تمپر و بعد از کوئنچ بر روی فولاد انجام میگردد. در تحقیق حاضر تاثیر عملیات زیرصفر عمیق بر روی فولاد GOST9HF بررسی میگردد. بدین منظور دو نمونه کوئنچ- تمپر و کوئنچ- زیر صفر به مدت 48 ساعت- تمپر آماده سازی شده و تاثیر عملیات زیرصفر بر میزان آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز، سختی، استحکام و مقاومت سایشی با انجام آزمایشهای پراش پرتو ایکس، بررسی ساختار توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، سختی سنجی، کشش و سایش به روش پین بر روی دیسک بررسی میگردد. نتایج نشان داد در نمونه های زیر صفر شده در مقایسه با نمونه کوئنچ- تمپردر تمام دماهای تمپر (150 درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد ) سختی، مقاومت سایشی و خواص کششی بالاتر است. ضمن آنکه با افزایش دمای تمپر در هر دو نمونه سختی، مقاومت سایشی و خواص کششی به دلیل نرم شدن ساختار و رشد دانه ها کاهش می یابد. دلیل بهبود خواص در نمونه زیرصفر شده حذف آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز و یکنواخت تر این کاربیدها است. به نحوی که عملیات زیر صفر باعث کاهش میزان آستنیت باقیمانده از 12% در نمونه کوئنچ – تمپر به کمتر از 1% در نمونه زیرصفر شده می شود. همچنین عملیات زیر صفر باعث افزایش کسر حجمی کاربیدها به میزان 52% میگردد.

کلیدواژه‌ها

عملیات زیر صفر عمیق؛ سختی؛ دمای تمپر؛ ریز ساختار

مراجع

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

 

[2]  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, No. 2, pp. 365-73, 2016.

 

[3]  Y. Dong, X. Lin & H. S. Xiao, “Deep cryogenic treatment of high-speed steel and its mechanismˮ, Heat Treatment of Metals, Vol. 25, pp. 55-59. 1998.

 

[4]  K. Amini, A. Araghi & A. Akhbarizadeh “Effect of deep cryogenic heat treatment on the wear behavior of carburized din 1.7131 grade steel”, Acta Metallurgica Sinica (English letters), Vol. 28, No. 3, pp.348-53, 2015.

 

[5]  F. Meng, K. Tagashira, R. Azume & H. Sohma, “Role of Eta-Carbide Precipitation in the Wear Resistance Improvements of Fe-12cr-Mo-V-1.4c Tool Steel by Cryogenic Treatmentˮ, ISIJ International, Vol. 34, No. 2, pp. 205-210.1994.

 

 

[6]  Akhbarizadeh, S. Javadpou, K. Amini & A. H. Yaghtin, “Investigating the effect of ball milling during the deep cryogenic heat treatment of the 1.2080 tool steel”, Vacuum, Vol. 90, pp.70-74, 2013.

 

[7]  J. Y. Huang, Y. T. Zhu, X. Z. Liao, I. J. Beyerlein, M. A. Bourke & T. E. Mitchell, “Microstructure of cryogenic treated M2 tool steelˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 339, No. 1-2, pp. 241-244, 2003.

 

[8]  H. Paydar, K. Amini & A. Akhbarizadeh, “Investigating the effect of deep cryogenic heat treatment on the wear behaviour of 100Cr6 alloy steelˮ, Kovove Mater., Vol. 52, pp. 163-169, 2014.

 

[9]  F. Kara, M. Karabatak, M. Ayyıldız, E. Nas, “Effect of machinability, microstructure and hardness of deep cryogenic treatment in hard turning of AISI D2 steel with ceramic cutting”, Journal of Materials Research and Technology. Vol. 9(1), pp. 969-83, 2020.

 

[10]             D. Senthilkumar, “Tensile and residual stress behaviour of deep cryogenically treated EN31 steel“, Advances in Materials and Processing Technologies, Vol. 6(1), pp.1-12, 2020.

 

[11]             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.

 

[12]             ASTM G99-05: Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-On-Disk Apparatus, ASTM Book of Standards; Vol. 03.02, West Conshohocken, Pa, United States. In. (accessed), 2005.

 

[13]             K. Amini, S. Nategh, A. Shafyei & A. Rezaeian, “Effect of deep cryogenic treatment on the properties of 80CrMo12 5 tool steel”, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Vol. 19, No. 1, pp. 30-37, 2012.

 

[14]             J. Soleimany, H. Ghayour, K. Amini & F. Gharavi, “The effect of deep cryogenic treatment on microstructure and wear behavior of h11 tool steel”, Physics of Metals and Metallography, Vol. 120, No. 9, pp. 888-897, 2019.

 

 

[15]             S. Li, Y. Xie & X. Wu, “Hardness and toughness investigations of deep cryogenic treated cold work die steelˮ, Cryogenics, Vol. 50, No. 2, pp. 89-92, 2010.

 

[16]             P. F. Stratton “Optimizing nano-carbide precipitation in tool steelsˮ, Materials Science and Engineering: A, Vol. 449-451, pp. 809-812, 2007.

 

[17]             Akhbarizadeh, A. Shafyei & M. A. Golozar, “Effects of cryogenic treatment on wear behavior of D6 tool steelˮ, Materials & Design, Vol. 30, No. 8, pp. 3259-3264, 2009.

 

[18]             D. Yun, L. Xiaoping & X. Hongshen, “Deep cryogenic treatment of high-speed steel and its mechanismˮ, Heat Treatment of Metals, Vol. 3, pp. 55-59, 1998.

 

[19]             B. Mokarian, K. Amini, H. Ghayour & F. Gharavi, “The combined effect of cryogenic and boronising treatments on the wear behavior and microstructure of DIN 1.2344 steel”, Transactions of the IMF, Vol. 97, No. 3, pp.121-128, 2019.

 

[20]             Bensely, S. Venkatesh, D. Mohan Lal, G. Nagarajan, A. Rajaduraiand & K. Junik, “Effect of cryogenic treatment on distribution of residual stress in case carburized En 353 steelˮ, Materials Science and Engineering: A, Vol. 479, No. 1-2, pp. 229-235, 2008.

 

[21]             A. L. Tyshchenko, W. Theisen, A. Oppenkowski, S. Siebert & O. N. Razumov, “Low temperature martensitic transformation and deep cryogenic treatment of a tool steelsˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 527, pp. 7027-7039, 2010.

 

[22]             G.A. Fontalvo,R. Humer,, C. Mitterer, K. Sammt, and L. Schemmel, “Microstructural Aspects Determining the Adhesive Wear of Tool Steels“, Wear, Vol. 260, No. 9-10, pp. 1028-1034, 2006.

 

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

 

[24]             Y. Z. Zhu, Z. M. Yin, Y. Zhou, Q. F. Lei & W. S. Fang, “Effects of cryogenic treatment on mechanical properties and microstructure of Fe-Cr-Mo-Ni-C-Co-alloyˮ, Journal of Central South University of Technology, Vol. 15, pp. 454-458, 2008.

 

[25]             K. P. Kollmer, “Applications & developments in the cryogenic processing of materialsˮ, The Technology Interface Journal, Electronic Journal for Engineering Technology, Vol. 3, No. 1. pp. 1-18, 1999.

 

[26]             L. Bensely, S. Shyamala, D. Harish, G. Mohan Lal, K. Nagarajan, A. Junik & A. Rajadurai, “Fatigue behavior and fracture mechanism of cryogenically treated En 353 steelˮ, Materials & Design, Vol. 30, No. 8, pp. 2955-2962, 2009.

 

 [29] M. Jamalian, "An investigation of structural, magnetic and microwave properties of strontium hexaferrite nanoparticles prepared by a sol-gel process with doping Sn and Tb", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 378, pp. 217-220, 2015.