مبانی نظری و پیشینه پژوهشی بررسي تاثير عمليات حرارتي بين بحراني و پارامترهاي آن بر ریزساختار و خواص مكانيكي فولاد كم آلياژ كرم – موليبدن دار

با سحافایل در خدمت شما هستیم با «پیشینه پژوهشی و تحقیق و مبانی نظری بررسي تاثير عمليات حرارتي بين بحراني و پارامترهاي آن بر ریزساختار و خواص مكانيكي فولاد كم آلياژ كرم – موليبدن دار» که بطور کامل و جامع به این مبحث پرداخته و نیاز شما را به هرگونه جستجوی بیشتری برطرف خواهد نمود.

فهرست محتوا

مروري بر منابع

2-1- فولادهای آلیاژی

2-2- فرآیندهای عملیات حرارتی مرسوم فولاد AISI 4135

2-3- تعیین دماهای بحرانی با استفاده از ترکیب شیمیایی فولاد

2-4- عملیات حرارتی بین بحرانی

2-5- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه نمودار آهن – کربن

2-6- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه ترمودینامیک و استحاله فازی

2-6-1-تشکیل آستنیت جزیی

2-6-2- سینتیک تشکیل آستنیت در فولادهای دو فازی

2-6-4- معادله دیفرانسیلی سینتیک تعمیم یافته آورامی در تجزیه چند فازی

2-6-4-1-تخمین پارامترهای مدل چند فازی

2-6-4-2- اثر پارامترهای ریزساختاری روی سرعت تجزیه فرآیند

2-6-5- استحاله آستنیت به مارتنزیت

2-7- محیط های کوئنچ

2-7-1- اندازه گیری منحنی های سرمایش دما – زمان کوئنچ کردن

2-7-2- مقایسه منحنی سرمایش آب-روغن

2-8- محیط پلیمری

2-8-1- اندازه پلیمر

2-8-2- اثرات ویسکوزیته محلول های پلیمری

2-8-3- تعیین شدت کوئنچ محلول های پلیمری

2-8-4- فاکتورهای موثر بر پایداری پلیمر

2-8-5- مقایسه منحنی های سرمایش آب- محلول پلیمری

2-9- مطالعه فرآیند تمپر کردن در فولادهای با ساختاردو فازی

2-10- تردی مارتنزیت تمپر شده

2-10-1- تاثیر عملیات حرارتی بین بحرانی بر تردی ناشی از تمپر کردن

2-11- بررسی های دیلاتومتری و پراش اشعه ایکس مراحل تمپر کردن

2-12- بررسی های ریزساختاری فرآیند تمپر کردن در فولاد های دو فازی

2-13- شکست

2-14- درصد شکست ترد یا نرم از طریق بررسی سطح شکست

2-15- اندازه گیری چقرمگی شکست کرنش صفحه ای (_IC K)

2-15-1- اثر متغیرهای متالورژیکی بر K_IC

مراجع

 

فولادهای آلیاژی

فولادهای آلیاژی فولادهایی هستند که خواص مطلوب شان به دلیل وجود عناصر آلیاژی همچون منگنز و سیلیسیم که به فولادهای کربنی اضافه شده اند نسبت داده می شوند .

این فولادها شامل منگنز ، سیلیسیم یا مس به مقدار بیشتر از حد ماکزیمم یعنی شامل 65/1 درصد منگنز ، 6/0 درصد سیلیسیم و 6/0 درصد مس هستند که به فولادهای کربنی اضافه       شده اند . این عناصر آلیاژی باعث بهبود خواص مکانیکی و تولید این فولادها می گردد . به طور کلی فولادهای آلیاژی بر اساس درصد عناصر آلیاژی آنها به سه دسته طبقه بندی می شوند :

1-فولادهای کم آلیاژی شامل کمتر از 5 درصد وزنی عناصر آلیاژی (غیر از کربن) ،

2- فولادهای آلیاژ متوسط شامل 10-5 درصد وزنی عناصر آلیاژی ،

3- فولادهای پر آلیاژ شامل بیش از 10 درصد وزنی عناصر آلیاژی .

بر اساس طبقه بندی دیگر فولادهای آلیاژی به سه دسته طبقه بندی می کنند :

1- ترکیب شیمایی مثل فولادهای نیکل دار ، فولادهای نیکل-کرم دار ، فولادهای مولیبدن دار ، فولادهای کرم – مولیبدن دار.

2- عملیات حرارتی شامل کوئنچ ، تمپر شده ، کوئنچ- تمپر شده ، نرماله شده ، آنیل شده و غیره .

3- جوش پذیری .

به دلیل فراوانی گستره ی ترکیب شیمیایی ، فولادها بر اساس عملیات حرارتی به 4 دسته      طبقه بندی می شوند :

1- فولادهای کم کربن کوئنچ و تمپر شده (QT)

2- فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط

3- فولادهای یاتاقان

4- فولادهای کرم – مولیبدن مقاوم به حرارت

فولادهای کم کربن(QT)، فولادهای مارتنزیتی کم کربن نامیده می شوند بر اساس نسبت استحکام تسلیم بالا به استحکام تسلیم پایین (MPa 600) و تافنس شیار خوب ، انعطاف پذیری ، مقاومت به خوردگی یا جوش پذیری مشخصه یابی می شوند . این فولادها در طبقه بندی SAE-AISI جای نمی گیرند .

هرچند که برخی از فولادها مثل HY-80 و HY-100 که در دسته فولادهای نظامی(MIL) قرار می گیرند استاندارد ASTM را پوشش می دهند .

در طبقه بندی دیگر فولادها بر اساس شکل بکار رفته بصورت تسمه ، ورق ، میله ، ساختمانی یا محصول فورج شده فهرست بندی شده اند . این فولادها به طور وسیع در مخازن تحت فشار ، تجهیزات معدن و بخش مهمی از آنها را فولادهای ساختمانی تشکیل می دهند ]3و20[ .

فولادهای فوق مستحکم ، فولادهای با استحکام خیلی بالا (MPa 1380≤) هستند که به چهار دسته طبقه بندی می شوند :

فولادهای کربن متوسط کم آلیاژ، فولادهای آلیاژ متوسط در هوا سخت شونده، فولادهای با چقرمگی شکست بالا و فولادهای مارجینگ . جدول این گروه از فولادها در پیوست (الف) آورده شده است .

فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط ، فولادهایی با استحکام و چقرمگی شکست بالا بوده که  استحکام تسلیم حداقل MPa 1380 برای آنها گزارش شده است . این فولادها به ترتیب بر اساس استحکام شان عبارتند از : AISI/SAE 4130، 4140 ، 4340 و 300 M (فولاد 4340 اصلاح شده با 6/1 درصد سیلیسیم). فولادهای Ladish D-6a و Ladish D-6ac از دیگر فولادهای 4340 اصلاح شده با وانادیم و مقدار بالاتر کربن ، کرم و مولیبدن هستند که برای کاربردهای نظامی و هوایی استفاده می شوند . فولادهای AISI/SAE 6150 فولادهای کرم – وانادیم دار بوده که خستگی و مقاومت به ضربه بالاتری نسبت به فولادهای 4340 از خود نشان می دهند ]20[.

کپسول نوع اول که در ساخت مخازن CNG بکار می رود ، تمام فلزی است که از فولاد یا آلیاژ آلومینیوم ساخته می شود . این نوع سیلندر برای تحمل فشار 200 بار طراحی می شود . فولادی که برای ساخت کپسول های CNG بکار می رود غالباً از نوع AISI 4130 و AISI 4140  می باشد که در ترکیب شیمیایی آنها عناصری چون کرم ، مولیبدن و کربن وجود دارد . ریزساختار نهایی بدست آمده از عملیات حرارتی این فولادها مارتنزیت تمپر شده است که در این صورت مقدار متوسط استحکام تسلیم و کششی برای فولاد  به ترتیب MPa 860- 618 و MPa 957 – 760 بدست می آید . لازم به ذکر است اندازه قطر این سیلندرها در حدود 280-150 میلیمتر و ضخامت آن در حدود 18-5 میلیمتر می باشد ]19[ .

فولاد در این پروژه بررسی می گردد فولاد AISI 4135 است که در ‏جدول (2-1) اسامی دیگر این فولاد آورده شده است .

• اسامی دیگر فولاد AISI 4135 ]21[.

نام استاندارد	کد استاندارد
DIN	1.7220
ASTM	A274 , A355,A519
AMS	6365 C , 6372 C
UNS	G41350
SAE	J404 , J770
UNI	35 CrMo 4, 35 CrMo 4 F, 34 CrMo 4 KB
AFNOR	35 CD 4 , 35 CD 4 TS

 

همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی این فولاد در ‏جدول (2-2)  مشاهده می شود .

• خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد ]22[ .

خواص فولاد	مقدار
دانسیته
ظرفیت گرمایی ویژه
هدایت حرارتی
مقاومت الکتریکی
سختی راکول C	15
مدول یانگ	GPa 205
مدول برشی	GPa 140
قابلیت ماشین کاری	70 %

 

فهرست منابع

K. D. H. Bhadeshia, R.Honeycombe,”Steels:Microstructure and Properties”,Third Edition,2006.

Michael F. Ashby,” Materials Selection in Mechanical Design”,Third Edition,2004.

E.Totten,”Steel Heat Treatment:Metallurgy and Technologies”,Second Edition,2004.

CSA B5, “High Pressure Cylinders for the On-Board Storage of Natural Gas as a Fuel for Autom- otive Vehicles”, Canadian Standards Association ,1995.

ANSI/AGA NGV2, “American National Standard for Basic Requirements for Compressed Natural Gas Vehicle (NGV) Fuel Containers, 1992.

Standard Requirment for light weight steel cylinder for automotive use,NZS 5454, 1989.

J.Hudak ,”Assuring the  safety  of  Natural  Gas  Vehicle”, Issue of Technology Today, McGill New York,1991.

M.Starbuck, “A Lower cost composite materials for CNG storage”,Oak Ridge National Labor- atory Reports, 2002.

E.Richards, “Low-Cost and Low-Weight CNG cylinder Development”, USA Institute of Gas Technology Reports,2000

Boiler Pressure Vessels and Pressure Piping ,Canadian Standard Association , 1991.

Webester,”The Development of ISO 11439 for compressed Natural GasVehicle Cylinder”,ISO Bulletin,February 2001.

Standard Requirment for Light Weight Steel cylinder for Automotive Use,NZS 5454,1989.

D.Cao,”Effects of high temperature austenitization on fracture, Fatigue and Strees Corrosion Cracking Behaviour Materials Science and Engineering, A 110,March 1989,PP.151-164.

D.Cao,”Effects of high temperature austenitization on fracture, Fatigue and Strees Corrosion Cracking Behaviour Materials Science and Engineering, A 110, 1989,PP.165-174.

D.Cao,”A comparative fatigue behavior of cast and forged high strength steels,Material science and engineering 63,Issue 2,1984,pp.165-187.

D.Cao and X.P.Lu ,”Duplex treatment of high strength steel”, Metall.Trans.A,1989, vol.20A, pp.1687-1699.

Y.Tomita and K.Okabayashi,”Modified Heat treatment for lower temperature improvement of the mechanical properties of two ultrahigh strength low alloy steels, Metallurgical Transactions A.,Vol.16A,1985,pp.83-91.

Y.Tomita and K.Okabayashi,”Heat treatment for improvement in lower temperature mechanical properties of 0.4 pct C-Cr-Mo ultrahigh strength steel”,Trans.A.Vol.14A,1983:2387-2393.

ISO 9809-1,Gas cylinders-Refillable Seamless steel gas cylinders-Design,Construction and testing:part 1-Quenched and tempered steel cylinders with tensile strength less than 1100 Mpa.

K.Sinha,”Physical metallurgy handbook”,McGraw-Hill,2002.

Harry Chandler, Heat Treaters Guide Practices and Procedures for Irons and Steels,1995.

http://www.matweb.com.

F.Gale,T.C.Totemeier,”Smithells Metals Reference Book”, Elsevier Butterworth-Heinemann, Eighth Edition, 2004.

Kasatkin, O.G. et al. Calculation Models for Determining the Critical Points of Steel. Metal Science and Heat Treatment, 26:1-2, January-February 1984, 27-31.

S. Rashid, Formable HSLA and dual-phase steels, in: Proceedings of the Metallurgical Society of AIME, Michigan, USA, 1979.

A. Maleque, Y.M. Poon, H.H. Masjuki,” The effect of intercritical heat treatment on the mechanical properties of AISI 3115 steel”,Journal of Materials Processing Technology 153–154 2004,pp. 482–487.

Movahed, S. Kolahgar, S.P.H. Marashi, M. Pouranvari , N. Parvin,” The effect of intercritical heat treatment temperature on the tensile properties and work hardening behavior of ferrite–martensite dual phase steel sheets”, Materials Science and Engineering A 518,2009,pp. 1–6.

C. Chakraborti , M.K. Mitra,” Microstructure and tensile properties of high strength duplex ferrite–martensite (DFM) steels”,Materials Science and Engineering A 466, 2007, pp. 123–133.

Krauss,”Steels:Processing,Structure and Performance”, ASM International,2005.

Voigt,”Analysis of intercritical heat treatment of cast steels”,J.HeatTreating,Vol.7,No.2, 1989,pp.95-105.

F.Ashby,D.R.H.Jones,”Engineering materials 2″,third edition, Butterworth-Heinemann,2006.

ASM metals handbook,Vol.4:heat treating.

R.Speich,V.A.Demarest and R.L.Miller,”Formation of austenite during intercritical annealing of dual-phase steels”,Metall.Trans.A,1981,Vol.12A,pp.1419-1428.

Chen,”Modelling of Simultaneous Transformations in Steels”,A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, Department of Materials Science and Metallurgy Univesity of Cambridge,2009.

A. Porter, K. E Easterling,”Phase transformations in metals and alloys, new York,1981.

E.Totten,L.Xie,K.Funatani,”Modeling and simulation for material selection and mechanical design”,Marcel Dekker,Inc,2004.

Reti,Z.Freid,I.Felde,”Computer simulation of steel quenching process using a multi-phase transformation model”,Computational Materials 22 ,2001,pp. 261-278.

S. Kirkaldy, B. A. Thomson and E. Barganis,”Hardenability Concepts with Applications to Steel”, ed. By D. V. Doane and J. S.Kirdaldy, TMS-AIME, Warrendale, PA, (1978), 126.

S. Kirkaldy and  D. Venugopalan,”Phase Transformations in Ferrous Alloys”,ed. By A. R. Marker and J. I. Goldstein, TMS-AIME,Warrendale, PA, (1984), 125.

Pereloma and D.V.Edmonds,”Phase transformations in steels: Vol.2:Diffusionless transformat- ions, high strength steels, odeling and advanced analytical techniques, Woodhead Publishing in materials, 2012.

E.Bates,G.E.Tooten and N.A.Clinton,”Handbook of Quenchants and Quenching Technology”, ASM International,1992.

Lisci´c,H.M.Tensi,LauraliceC.F.Canale,G.E.Totten,”Quenching Theory and Technology”,Sec- ond edition, CRC Press Taylor & Francis Group,2010.

E.Totten,”Polymer quenchants for induction heat treating application:The basics”.

Salman Hasan,”Evalution of heat transfercoefficient during quenching of steels”,A thesis Submitted to the Department of Electromechanical Engineering/University of Technology in a partial odelingnt of the requirements for the degree of Doctor of philosophy in Mechanical Engineering,2009.

Abbaschian, L. Abbaschian , Robert E. Reed-Hill, “Physical Metallurgy Principles”,Fourth Edition, Cengage Learning USA,2009.

P.Materkowski and G.Krauss,”Tempered martensite embrittlement in SAE 4340 steel”, Metall. Trans.A ,1979,Vol.10A,pp.1643-1651.

M.Horn and R.O.Ritchie,”Mechanisms of tempered martensite embrittlement in low alloy steels”,Metall.Trans.A,1978,Vol.9A,pp.1039-1053.

Zia-Ebrahimi and G.Krauss,”The evalution of tempered martensite embrittlement in 4130 steel by instrumented charpy V-Notch testing”,Metall.Trans.A,1983,Vol.14A,pp.1109-1119.

E. Fujita, Mossbauer Spectroscopy,Springer-Verlag, NY, 1975, p. 5.

G.Sazonov,Metatalloved.Obrab.Metall.,USSR,1957,No.4,PP.30-34.

H.Roux,Mem.Sci.Rev.Met.,1960,Vol.57,pp.507-19.

Born and K.Haarmann,Arch.Eisenhuettenw.,1969,Vol.40,pp.57-66.

Wada and D.V.Doane,”The effect of intercritical heat treatment on temper embrittlement of a Ni-Cr-Mo-V rotor steel”,Metallurgical Transactions,1974,Vol.5,pp.231-239.

Waterschoot, K.Verbeken, and B. C. De Cooman,”Tempering Kinetics of the Martensitic Phase in DP Steel”, ISIJ International, Vol. 46 (2006), pp. 138–146.

H. Baltazar Hernandez, S.S. Nayak, and Y. Zhou, “Tempering of Martensite in Dual-Phase Steels and Its Effects on Softening Behavior”,Metallurgical and Materials Transactions A, 2011.

A.Meyers, K. K. Chawla,”Mechanical Behavior of Materials”,Second Edition,Cambridge University Press,2009.

William D. Callister, Jr,”.Fundamentals of Materials Science and Engineering”,John Wiley & Sons, Inc.2001.

W.Hertzberg,”Deformation and Fracture mechanics of engineering materials”,Fourth Edition,JohnWiley&Sons,INC.,1996.

Annual Book of ASTM Standards, Volume 03.01, Metals Mechanical Testing, Elevated & Low-Temperature.

L.Anderson,”Fracture mechanics:Fundamentals and applications”,second edition,CRC press, 1995.

T. Zehnder,”Fracture mechanics”,Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, Vol.62 , Springer,2011.

R.Parker and V.F.Zackay,”Enhancement of fracture toughness in high strength steel by microstructural control”, Engineering fracture mechanics,1973,Vol.5,pp.147-165.

Y.Lai,”On high fracture toughness of coarse-grained AISI 4130 steel”,Materials Science and Engineering,19,1975,pp.153-156.

ASM Metals Handbook,vol.19,Fatigue and Fracture.

D. Das,P. P Chattopadhyay,” Influence of martensite morphology on the work-hardening behavior of high strength ferrite–martensite dual-phase steel”,J Mater Sci (2009) 44:2957–2965.

ISO 9809-1,Gas cylinders-Refillable seamless steel gas cylinders-Design,Construction and testing-part 1,First edition,1999.

ISO 6892,Metallic materials-Tensile testing at ambient temperature,second edition,1998.

ISO 148,Steel-Charpy impact test(V-notch),First edition,1983.