مقالات مهندسي سطح و عمليات حرارتي

فولاد 1.2304 يك فولاد پر مصر ف در ساخت غلتك هاي نورد سرد مي باشد. در اين قطعات درصد فولاد آستنيت باقيمانده تاثيرات قابل توجهي بر عمر غلتك بر جا مي گذارد، زيرا در شرايط كاري به دليل وجود تنشهاي اعمالي، احتمال تبديل شدن آستنيت باقي مانده به مارتنزيت وجود خواهد داشت بدين سان مارتنزيت حاصله مي تواند شكسته شدن غلتك را به دنبال داشته باشد نتايج آزمايشها انجام شده در اين تحقيق نشان داد كه ميتوان با عمليات حرارتي زير صفر مقدار آستنيت باقيمانده در ساختار را كاهش داد. در تحقيق حاضر تاثير عمليات حرارتي زير صفر روي مقدار آستنيت باقي مانده در ساخت ار فولاد مذكور مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل نشان داد كه بهترين دماي آستنيته كردن 1000^oC و مدت زمان 45 دقيقه مي باشد. سپس با اعمال اين شرايط و كوئنچ كردن نمونه ها در هر يك از محيط هاي هوا و آب، سختي آنها64HRC  و ميزان آستنيت باقي مانده بين 6 تا 7 درصد تعيين گرديده است. در ادامه، بلافاصله پس از مرحله كوئنچ شدن نمونه ها، با قرار دادن آنها تحت عمليات حرارتي زير صفر (در نيتروژن مايع) براي مدت زمان 6 ساعت سختي نمونه ها به67HRC  افزايش و ميزان آستنيت باقي مانده آنها به حدود 1.5 تا 1.7 درصد كاهش يافته است. بنابراين انجام عمليات حرارتي زير صفر مي تواند علاوه بر افزايش سختي (در حد چند HRC) ميزان درصد آستنيت باقي مانده آنرا به طور قابل ملاحظه اي كاهش دهد.

در اين پژوهش سعي شده است تاثير عوامل مختلف بر رفتار سايشي ابزار هاب از جنس فولاد تندبر مورد بررسي قرار گيرد. بدين منظور و با در نظرگرفتن اهميت توام جنس ابزار و سرعت برشي در فرآيندهاي ماشينكاري و با ثابت در نظر گرفتن ساير عوامل، تاثير اين پارامترها بر رفتار سايشي ابزار هاب مورد بررسي قرار گرفت. با بالا رفتن سرعت برشي در فرآيند هابينگ، سايش ابزار بيشتر شده و در يك سرعت برشي مشخص به بيشترين مقدار خود رسيده و در سرعتهاي برشي بالاتر مجددا رفتار سايشي ابزار هاب بهبود مي يابد بدين لحاظ از روشهاي متالوگرافي نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ استريوسكوپ به منظور بررسي رفتار سايشي استفاده گرديد. ضمن اين كه از دستگاه زبري سنج براي ارزيابي كيفيت سطوح چرخ دنده هاي مورد آزمايش در سرعت برشي هاي متفاوت بهره لازم حاصل گرديد.

جهت افزايش مقاومت به خوردگي فولادها، معمولا از پوشش هاي فسفاته استفاده مي شود. عوامل مختلفي، از جمله تركيب شيميايي حمام، زمان، درجه حرارت pH محلول و ... بر ساختار و خواص پوشش هاي فسفاته موثر است اما فاكتور مهم ديگري كه بر ساختار و به تبع آن بر خواص خوردگي اين پوشش ها موثر بوده و كمتر مورد بررسي قرار گرفته است، تاثير نوع ساختار فلز پايه است در اين تحقيق تاثير عمليات حرارتي فولاد AISI 4130 بر ساختار پوشش هاي فسفاته روي-منگنز مورد بررسي قرار گرفته است عمليات حرارتي مذكور شامل كوئنچ -تمپر در آب، روغن، هوا و سرد كردن در كوره بوده است تاثير متغيرهايي چون pH محلول، درجه حرارت، زمان و استفاده از ريز كننده ها بر ساختار پوشش نيز بررسي شده است آناليز فازي به وسيله پراش اشعه X و آناليز ريزساختاري به وسيله ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي انجام گرديد. نتايج نشان دادند كه با ريز شدن ساختار فلز پايه، ساختار پوشش نيز ريز تر و فشرده تر مي شود. با افزايش زمان پوشش دهي تراكم پوشش نيز افزايش مي يابد براي pH و دما نيز يك مقدار حدي وجود دارد به قسمي كه فراتر از اين مقدار حدي، تشكيل پوشش با ساختار مناسب ميسر نمي باشد.

در اين مقاله به بررسي تاثير عمليات سطحي سخت كردن القايي بر شكست غلتك نورد سرد شركت فولاد مباركه پرداخته شده است در خط نورد سرد، غلتك ها در قالب سيكل هاي دو پاس (چهار مرحله كاهش ضخامت) و سه پاس (شش مرحله كاهش ضخامت) به كار گرفته مي شوند در خط مذكور تعداد قابل توجهي از غلتك ها در عمر نسبتا كوتاهي دچار شكست مي شدند در اين تحقيق، غلتكي تحت بررسي قرار گرفت كه شدت وقوع پديده تخريب و شكست در آن بسيار بالا بوده است. نمونه هاي تهيه شده پس از ارزيابي ماكروسكوپي سطوح شكست، تحت بررسي توسط ميكروسكوپ الكتروني (SEM) و آزمايش سختي سنجي قرار گرفتند. نتايج به دست آمده نشان داد كه عدم همگن بودن ساختار حاصل از عمليات سخت كردن سطحي القايي، برخي مناطق پوسته سخت شده را نسبت به پديده هاي جدايش، خستگي و خراشيدگي سايشي، مستعد ساخته و عملكرد پديده هاي مذكور در مناطق مختلف موجب تخريب شديد غلتك شده است.

فرآيند نيتروكربوراسيون پلاسمايي الكتروليتي به عنوان يك روش جديد در زمينه سخت كاري فولاد مطرح است. در طي اين فرآيند يك منبع ولتاژ قوي با جريان يكسو شده و الكتروليت مرتبط با عمليات استفاده مي شود. خاصيت بارز اين روش، ايجاد تخليه دي الكتريك روي قطعه كار در ولتاژهاي بالا و نيز الكتروليز الكتروليت مربوطه است در فرايند نيتروكربوراسيون در محيط پلاسمايي الكتروليتي، الكتروليت شامل تركيبات داراي نيتروژن و كربن است. تخليه الكتريكي در اطراف كاتد باعث ايجاد محيط گازي يونيزه اشباع و يا پلاسما اطراف قطعه كار مي شود. ذرات ايجاد شده در محيط پلاسما سطح نمونه را بمباران نموده و باعث ايجاد لايه هاي نفوذي در داخل قطعه كار مي شود. در اين تحقيق تاثير عوامل مختلف به صورت سيستماتيك بر فرآيند نيتروكربوراسيون پلاسمايي الكتروليتي فولاد زنگ نزن 304 مورد بررسي قرار گرفت. براي اين كار از روشي آماري به نام روش آناليز Taguchi استفاده شد. عوامل موثر مختلف كه در اين تحقيق به آنها پرداخته مي شود شامل غلظت ماده نيتروكربوره كننده، غلظت ماده اضافه شونده براي تنظيم هدايت الكتروليت، ولتاژ اعم الي و زمان عمليات است سعي بر آن است تا از انتخاب عوامل مشابه پرهيز شود فاكتورهاي اندازه گيري شده شامل مقاومت به خوردگي و ضخامت لايه مي باشد. ترتيب تاثير اين عوامل و مقايسه نموداري آنها آورده شده است.

با اعمال سيستم حفاظت كاتدي روي سازه هاي فراساحلي در آب دريا و در نتيجه كاهش ميزان pH بر سطح سازه، شرايط لازم براي تشكيل پوشش هاي معدني مانند Mg(OH)2 و Mg(OH)3 مهيا مي شود. سينتيك تشكيل اين رسوبات عموما بستگي به عواملي نظير غلظت Ca2+،Mg2+  و SO42-، PO43-، دما، پتانسيل اعمالي و فشار هيدرواستاتيك و سرعت جريان الكتروليت و ... دارد. در اين تحقيق با استفاده از جريان پالسي رسوب كلكريوس بر سطح فلز نشانده مي شود. نتايج تغيير غلظت عوامل موجود در الكتروليت با نتايج حاصل از حفاظت كاتدي معمول مقايسه شده است از تكنيك هاي كرونوآمپرومتري براي نشان دادن تشكيل رسوبات كلكريوس پس از اعمال جريان پالسي بهره برده شده است. در آب درياي غني از Mg2+ رسوب آراگونيت ناممكن است در حاليكه در اين روش با استفاده از يك ميدان الكترومغناطيسي قوي در يك بازه زماني كوتاه شاهد تشكيل Mg(OH)2 هستيم و مي توان از وجود همزمان آراگونيت و بوراسيت سود برد به عبارت ديگر جوانه زني بهتر دانه هاي بوراسيت شرايط رشد بهتري را براي دانه هاي آراگونيت مهيا مي كند، زيرا ميدان ايجاد شده باعث خروج يون هاي SO42- از اطراف سطح مي شود. در اين مقاله علاوه بر بررسي اجمالي اين پوشش ها، تغييرات مقدار جريِان مورد نياز اين پوشش ها و ضخامت آنها به عنوان فاكتور تعيين كننده مورد بررسي قرار گرفته است. ضخامت پوشش ها توسط عكسبرداري SEM و ميزان جريان مورد نياز براي تشكيل آنها از طريق تحليل نتايج كورنوآمپرومتري بدست آمده است. تاثير چهار عامل ولتاژ اعمالي، غلظت Mg2+ وCa2+  در الكتروليت و زمان عمليات بر فرآيند مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از سيستم آناليزTaguchi  ترتيب تاثير اين عوامل بر فاكتورهاي اصلي مورد بحث قرار گرفته است مشخص شده است كه موثرترين عامل بر ضخامت پوشش، مدت زمان اعمال حفاظت كاتدي و بحراني ترين عامل بر مقدار جريان مورد نياز براي حفاظت غلظت Ca2+ در الكتروليت است

سوپر آلياژها و فولادهاي مقاوم به حرارت به دليل مقاومت به خزش و مقاومت به خوردگي عالي در دماهاي بالا، كاربردهاي گسترده و متنوعي را در دماهاي بالا در صنايع مختلف از جمله صنايع نفت و گاز، پتروشيمي، پالايشگاه ها، رفرمرهاي احياي مستقيم، توربين هاي گازي، تجهيزات عمليات حرارتي و غيره پيدا كرده اند. در اين تحقيق فولاد مقاوم به حرارت HP كه به مدت زمان طولاني در دماي 850 درجه سانتيگراد كار كرده بود (پير گرديده بود) به مدت زمان دو ساعت در درجه حرارت هاي 900،1000 ،1100 ،1200  درجه سانتي گراد تحت عمليات حرارتي آنيل انحلالي قرار گرفت. جوش كاري غير مشابهي بين فولاد مقاوم به حرارت HP (فولادHP  پير شده اي كه در دماهاي مختلف آنيل انحلالي گرديد) به سوپر آلياژ Incoloy800 با روش GTAW انجام شد و تاثير درجه حرارت آنيل انحلالي بر جوش پذيري دو آلياژ بررسي گرديد. ساختار ميكروسكوپي فلز جوش و منطقه مجاور جوش نيز در شرايط مختلف آنيل انحلالي توسط ميكروسكوپ نوري و SEM مجهز به آناليزكننده نقطه اي EDS مورد مطالعه و تجزيه و تحليل قرار گرفت.

در اين طرح بررسي تغييرات خواص لايه هاي نازك اكسيدي در حضور يون اكسيژن براي چندين ماده اكسيژن دار در دو فاز مطالعاتي و تجربي انجام شده است. در فاز مطالعه معلوم شد كه فرآيند لايه نشاني اين لايه ها در حضور يون اكسيژن موجب تغيير خواص مكانيكي و اپتيكي مي شود. در فاز تجربي، برخي از مواد مطالعه شده به عنوان نمونه انتخاب شد و در دو بخش تحت آزمايش قرار گرفت، به اين ترتيب كه ابتدا مواد اكسيد تيتانيوم و اينديوم در شرايط عادي لايه نشاني شد و شرايط مانند فشار و دما در زمان لايه نشاني براي هر كدام ثبت گرديد سپس همين مواد در شرايط فوق اما در حضور يون اكسيژن كه به وسيله دستگاه يون ساز توليد مي شد با همان ضخامت هاي قبلي لايه نشاني شد طيف لايه هاي تهيه شده با استفاده از XRD و طيف سنج نوري تهيه گرديدند. بررسي طيف هاي به دست آمده نشان گر بهبود خواص لايه ها در حضور يون اكسيژن علاوه بر بالا رفتن درصد عبور لايه هاست.

در اين مقاله اثرات افزودن عناصر نايوبيوم و سيليسيم بر ريزساختار آلياژ بين فلزي TiAl (آلياژ گاما) مورد مطالعه قرار گرفته است. سيليسيم با تشكيل تركيب سخت تيتانيوم سيليسايد حاصل از واكنش هاي يوتكتيك در ضمن انجماد، ساختاري ميكروكامپوزيتي و پايدار در زمينه آلياژ به دست داده است. انجام عمليات حرارتي به منظور همگن سازي تركيب آلياژ و حذف اثرات جدايش در آن و نيز عمليات حرارتي بعدي در بالاي د ماي تبديل فاز آلفا و بررسي تحولات ساختاري در آلياژ با تغيير در سرعت تبريد و با توجه به حضور نايوبيوم در تركيب آن، در اين تحقيق مورد تجزيه و تحليل گرفته است.

در اين مقاله انباشت سطحي زيرلايه مس حين لايه نشاني نيكل و نيز در حين عمليات حرارتي در سيستم Ni/Cu/Si(100) مورد بررسي قرار گرفته است به منظور بررسي سطح در مقياس نانومتري از روش طيف نگاري XPS استفاده گرديد. با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) كيفيت لايه ها و زبري سطح بررسي شد و با اندازه گيري زاويه تماسي قطرات ميكروليتري آب، انرژي سطحي نمونه ها مقايسه گرديدند. نتايج نشان مي دهد انباشت سطحي مس حين لايه نشاني با افزايش ضخامت لايه نيكل در محدوده 2-4nm كاهش يافته و در ضخامت بيش از 4nm، مس روي سطح مشاهده نمي گردد تحليل نتايج به روش Tougaard و همچنين استفاده از شدت نسبي قله ها نشان مي دهد كه مس انباشته شده به صورت يكنواختي با ضخامت تك لايه اتمي روي سطح قرار گرفته است آزمايش زاويه تماسي مشخص مي نمايد كه با كاهش ضخامت لايه نيكل، انرژي سطحي نمونه ها كاهش يافته و به انرژي سطحي مس نزديك مي شود تحليل Tougaard مشخص مي كند كه با انجام عمليات حرارتي در محدوده دمايي 150-185^oC، مس انباشته شده افزايش يافته و به صورت جزاير سه بعدي در مي آيد كه اين پديده با نتايج AFM همخواني دارد.

احداث پل ميان گذر بزرگ راه شهيد كلانتري ارتباط مركز دو استان آذربايجان شرقي و آذربايجان غربي را از طريق آب راه درياچه اروميه نزديك تر خواهد نمود در طرح مزبور، نگه داري پل توسط ستون هاي فولادي در نظر گرفته شده است مشاهده پديده خوردگي در شناورهاي موجود در درياچه و ستون هاي پل تخريب شده قبلي سبب گرديد كه موضوع خوردگي قطعات فولادي در محيط خورنده آب درياچه اروميه دقيقتر مورد مطالعه قرار گيرد. فولاد به كار رفته درستون هاي پل ازجنس فولاد دريايي EN10225 مي باشد، نتايج حاصل از آزمايش هاي انجام شده براي اندازه گيري نرخ خوردگي فولاد مزبور در محيط آب درياچه اروميه نشان مي دهد كه سرعت خوردگي اين فولاد در حد يك دهم ميلي متر در سال مي باشد، البته اين مقدار در فصول مختلف سال به دليل اختلاف دماي آب درياچه و غلظت اكسيژن حل شده و همچنين يون هاي محل ول تغيير مي كند. حفاظت كاتدي يك روش مناسب براي جلوگيري از خوردگي اين نوع سازه هاي فولادي در محيط هاي دريايي مي باشد. در اين تحقيق سعي شده است ميزان دانسيته جريان لازم جهت دست يابي به پتانسيل حفاظت مورد نظر در فصل مشترك فولاد-آب دريا تعيين شود و همچنين تاثير فاكتورها مهم دما، غلظت اكسيژن محلول، صافي سطح با گذشت زمان بر دانسيته جريان حفاظتي در محيط آب درياچه بررسي شود.

اخيرا نانوسختي سنجي (Nanoindentation) به عنوان يك ابزار مهم براي بررسي خواص مكانيكي مواد با حجم كم به خصوص آناليز خواص مكانيكي لايه هاي نازك كاربرد گسترده اي پيدا نموده است اين روش به طور پيوسته ميزان نيرو بر حسب مقدار جابجايي يك فرورونده (Indenter) را در ماده به ترتيب در ابعاد ميلي نيوتن و نانومتر با دقت بالا اندازه گيري مي كند. از داده هاي حاصل مي توان سختي و مدول يانگ لايه هاي نازك را كه مهمترين خواص مكانيكي ماده به شمار مي آيند را ارزيابي نمود در اين تحقيق پس از لايه نشاني آلياژ هوشمند NiTi به ضخامت 2 ميكرون و اندازه دانه كمتر از 50 نانومتر، سختي و مدول يانگ بر حسب ميكروساختارهاي مختلف اعم از مارتنزيتي و يا آستنيتي بر اساس تابعي از عمق فرورونده مطالعه گرديد نتايج نشان داد كه در عمق هاي كم تر از 100 نانومتر اثر زبري سطح لايه نازك و در عمق هاي بيشتر از 200 نانومتر، اثر بستر سيليكوني بر خواص ذكر شده كاملا محسوس مي باشد از بررسي آزمايش نانو سختي سنجي خاصيت سوپرالاستيسيته در لايه غني از نيكل در عمق هاي زير 150 نانومتر و خاصيت حافظه داري در لايه غني از تيتانيم مشاهده مي گردد. خواص مكانيكي لايه هاي نازك حافظه دار در ساخت قطعات خودكار ميكروني پر اهميت مي باشد.

ويژگي مهم مورد نظر براي پوشش هاي كاربردي در ماهواره ها شامل خواص ترموفيزيكي، مقاومت الكتريكي تماسي و مقاومت خوردگي است. پوشش هاي تبديلي كروماته روي آلياژهاي آلومينيم از جمله اين پوشش ها محسوب مي شوند. در اين پژوهش، پوشش هاي كروماته به روش غوطه وري در محلول با تركيب نزديك به محلول تجاري Alodine 1200S روي آلياژ آلومينيم Alclad AA7075-T6 اعمال شده است. تاثير زمان پوشش دهي بر خواص ترموفيزيكي پوشش ها شامل ضرايب جذب نور خورشيد (aS) و نشر حرارت (eT) و همچنين ميزان مقاومت الكتريكي تماسي آنها ارزيابي شده است ميكروسكوپ هاي الكتروني روبشي (SEM) و نيروي اتمي (AFM) براي بررسي مرفولوژي سطحي پوشش ها استفاده شده است. ضرايب a و e به ترتيب با دستگاه هاي Reflectometer و Emmisometer اندازه گيري شدند نتايج نشان داد كه مرفولوژي سطحي اين پوشش ها شامل ساختاري نانومتري است كه با كنترل پارامترهاي پوشش دهي از جمله زمان مي توان لايه هاي نازك كروماته با مقادير a و e متفاوت و مقاومت الكتريكي تماسي مناسب براي كاربرد روي سازه هاي آلومينيمي ماهواره ها ايجاد نمود.

فولادAISI H13 به دليل تركيبات بورزا، امكان بوردهي و افزايش قابل توجه مقاومت در برابر سايش را داراست. در روش پلاسماي الكتروليتي با استفاده از يك منبع ولتاژ قوي با جريان يكسو شده روي سطح كاتد جرقه هايي ايجاد مي شود كه گازهاي ايجاد شده روي سطح را يونيزه كرده و محيط پلاسما تشكيل مي دهد. راديكالهاي بور ايجاد شده در محيط پلاسما سطح نمونه را بمباران نموده و باعث ايجاد لايه هاي نفوذي در داخل قطعه كار مي گردند. اين لايه عامل افزايش قابل توجه سختي و مقاومت سايشي نمونه ها مي شود. مطالعات نشان مي دهد كه اين لايه شامل تركيبات FeB و FeB و Fe3B است در اين تحقيق خواص سايشي لايه ها توسط تست سايش لغزنده خشك مورد بررسي قرار گرفت. از طرفي ميكروسختي مقطع نمونه ها براي مقايسه از سطح تا فاصله 300 ميكرون اندازه گيري شد نتايج آزمايش ها نشان دهنده خواص عالي سايشي و سختي نمونه هاي مورد عمليات قرار گرفته است.

در اين تحقيق فرآيند نيتروژن-كربن دهي در محيط پلاسمايي روي فولادهاي كم كربن با استفاده از روش پلاسماي الكتروليتي بر اساس فرآيند تخليه دي الكتريكي انجام شد در نتيجه اين فرآيند، اشباع كاتدي در الكتروليت آبي صورت گرفت. در اين روش نمونه هاي فولادي AISI CK35 و AISI 304 به كاتد يك منبع تغذيه الكتريكي با ولتاژ بالا و جريان يكسو شده متصل گرديد. در حين فرايند، دانسيته جريان مورد استفاده، براي فولاد ساده كربني و زنگ نزن به ترتيب 0.5 A/cm² و 0.75 A/cm² بود. خواص سايشي پوشش و ميكروسختي آن به ترتيب توسط روش Pin-On-Disk و نيز آزمايش ميكروسختي انجام شد نتايج آزمايش ها نشان دهنده خواص عالي سايشي و سختي نمونه هاي مورد عمليات قرار گرفته است خواص به دست آمده به دليل ايجاد لايه هاي داخلي در نمونه ها مي باشد. بر اساس مطالعات قبلي در فولاد كربني CK35، فازهاي e-Fe_2-3(N,C)_1-x و g-Fe₄(N,C)_1-x و در فولاد زنگ نزن AISI 304 فازهاي g و (Fe,Cr)Nx ايجاد شده كه منشا بهبود خواص سايشي و افزايش سختي نمونه هاي مورد عمليات قرار گرفته است.