جوشکاری فولادهای فریتی :
این فولادها را نیز می توان با انواع فرآیندهای قوس الکتریکی جوشکاری نمود . این فولادها مستعد رشد دانه می باشند لذا باید حرارت ورودی کم باشد .
گاهی ممکن است پیش گرم ۲۰۰ - ۳۰۰C در فولادهای نیمه فریتی با ضخامت بیشتر از ۳ mm نیاز باشد . از ورود کربن و نیتروژن به درون جوش باید جلوگیری شود . مواد مصرفی آستنیتی بدلیل داکتیلیتی بیشتر نسبت به فلز پایه برای جوشکاری این فولادها ترجیح داده می شود . در صورتیکه خطر ورود سولفور از محیط به درون قطعه باشد ، لایه نهایی جوش که با محیط در تماس است باید از مواد فریتی انتخاب شود . جهت جلوگیری ازخوردگی نباید مقدار کرم فلز جوش کمتر از فلز پایه باشد .
مواد مصرفی فریتی را نیز در مواقعی که نیاز به انبساط حرارتی برابر و یا نمای ظاهری یکسان سطح باشد ، انتخاب نمود .
گاز محافظ باید با پایه آرگون باشد و بهیچ وجه نباید شامل CO ۲ ، هیدروژن یا نیتروژن باشد .
در فولادهای فریتی بدلیل ضریب انبساط کم و هدایت حرارتی بالا مشکل پیچیدگی بسیار کمتر از فولادهای آستنیتی است .
آنیل قطعه پس از جوشکاری در دمای ۷۰۰ - ۸۰۰C انجام می گیرد تا علاوه بر افزایش داکتیلیتی منطقه HAZ و کاهش تنشهای پسماند ، مقاومت به خوردگی بین دانه ای نیز بهبود می یابد .
● جوشکاری فولادهای دوبلکس :
جوش پذیری فولادهای دوبلکس با تنظیم درصد آستنیت - فریت و افزایش نیتروژن بهبود یافته است و احتمال رشد دانه و یا ایجاد بیش از حد فریت در ناحیه HAZ کاهش یافته است .
برای جوشکاری این
فولادها از تمامی فرآیندهای قوس الکتریکی میتوان استفاده کرد . در مواردیکه
جوشکاری بدون فلز پر کننده اجرا می شود ناحیه اتصال باید بعد از جوشکاری آنیل شده
و بسرعت تا دمای اتاق سرد شود .
به پیش گرم در این فولادها نیاز نمی باشد اما می توان حداکثر تا ۱۰۰ جهت حذف رطوبت
قطعه را پیش گرم کرد .
میزان حرارت ورودی در این فولادها باید در یک محدوده مشخص قرار گیرد . حرارت ورودی کم باعث سریع سرد شدن و افزایش میزان فریت و حرارت ورودی بالا باعث رسوب فازهای بین فلزی می گردد . ماکزیمم دمای بین پاسی برای فولادهای کم و متوسط آلیاژ ۲۵۰C و برای فولادهای پرآلیاژ ۱۰۰ - ۱۵۰C می باشد .
جهت دسترسی به ساختار جوش مناسب باید از مواد مصرفی با نیکل بالا استفاده شود .
برای فولادهای کم و متوسط آلیاژ که در محیطهای خورنده قرار می گیرند می توان از مواد مصرفی دوبلکس با مقادیر بالای کرم ، مولیبدن و نیتروژن استفاده کرد . از هیدروژن در گازهای محافظ باید اجتناب گردد . فولادهای دوبلکس به ترک هیدروژنی حساس هستند .
فولادهای دوبلکس حاوی مقادیر بالای نیتروژن ( > ۰.۲۰% ) نسبت به تشکیل تخلخل مستعد می باشند . احتمال ایجاد تخلخل در حالت جوشکاری بالاسری بیشتر می شود . برای رفع این مشکل باید پاسها نازک بوده و از طول قوس زیاد اجتناب گردد .
عملیات پس گرمایی در این فولادها اغلب نیاز نمی باشد . در صورت نیاز به آنیکل محلولی بعد از جوشکاری این عمل باید در دمای ۳۰ - ۴۰C بالاتر از دمای عملیات مشابه برای فلز پایه انجام گیرد. پس از این عملیات قطعه باید بسرعت تا دمای محیط سرد شود .
● جوشکاری فولادهای مارتنزیتی :
این فولادها را اغلب
بروش TIG یا MMA جوشکاری می کنند البته روشهای قوس الکتریکی دیگر را نیز در شرایط
خاص می توان استفاده کرد .
در کلیه حالات می توان از مواد آستنیتی یا مواد مشابه به فلز پایه استفاده کرد .
حرارت ورودی باید حد نرمال باشد . پیش گرم بسته به نوع فولاد می تواند بین ۱۰۰ -
۳۰۰C اجرا گردد .
در این فولادها نیز بدلیل هدایت حرارتی بالا و ضریب انبساط پایین پیچیدگی مشکل عمده ای نمی باشد .
در صورتیکه از مواد مصرفی آستنیتی برای جوشکاری این فولادها استفاده شود احتیاجی به PWHT نمی باشد ولی در صورت استفاده از مواد مصرفی مشابه فلز پایه عملیات حرارتی طبق توصیه سازنده فلز پایه الزامی است
برای تغییر دمای انتقال تا بالاتر از 100 F ، بایستی ترکیب شیمیایی و ریز ساختار فولاد را تغییر داد.بیشترین تغییر در دمای انتقال ناشی از تغییر درصد کربن و منگنز است.در انرژی ضربه ثابت 15 Ib.ft در نمونه های شارپی، بازای 0.1 درصد افزایش درصد کربن، دمای انتقال تقریبا 25 F افزایش می یابد.در این انرژی ضربه،به ازای 0.1 درصد افزایش درصد منگنز، دمای انتقال 10 F زیاد خواهد شد.افزایش درصد کربن تاثیر قابل ملاحظه ای بر ماکزیمم انرژی ضربه و شکل منحنی دما- انرژی دارد.برای دستیابی به بهینه ترین مقدار چقرمگی،نسبت Mn:C حداقل 3:1 باید باشد. با افزایش مقدار این نسبت می توان به بیشترین افت دمای انتقال تا 100 F دست یافت.محدودیت عملی برای این حالت نبست 7:1 می باشد که این حالتی را شامل می شود که درصد منگنز 1.4 درصد بوده و درصد قابل توجهی آستنیت باقی مانده را در بردارد و برای حفظ استحکام آن درصد کربن در 0.2 درصد نگه داشته می شود.
فسفر اثر قوی بر دمای انتقال دارد.در انرژی ضربه 15 ft.Ib ، دمای انتقال به ازای افزایش 0.01 درصدی فسفر 13 F زیاد می شود. بررسی تاثیر درصد نیتروژن بسیار مشکل است چرا که این عنصر با عناصر دیگر واکنش می دهد.ولی در کل این عنصر ، عنصر غیر مفیدی بر دمای انتقال محسوب می شود.نیکل تا 2 درصد اثر مفیدی بر دمای انتقال داکتیلیتی دارد.مولیبدن سریعتر از کربن دمای انتقال را تغییر می دهد ولی کروم تاثیر کمتری دارد.
چقرمگی تحت تاثیر درصد اکسیژن نیز است.در آهن های با خلوص بالا،درصد اکسیژن بالای 0.003 % باعث شکست بین دانه ای می شود که انرژی جذب شده ای پایینی دارد.اگر درصد اکسیژن از 0.001 تا 0.057 درصد افزایش یابد، دمای انتقال از 5 تا 650 F افزایش خواهد یافت.فرآیند اکسیژن زدایی تاثیر قوی بر میزان انرژی ضربه دارد.فولادهای جوشان که درصد های زیادی از اکسید های آهن را دارند،دارای دمای انتقال بالاتر از دمای اتاق هستند.فولادهای نیمه کشته با سیلیس دمای انتقال پایین تری داشته و دمای انتقال در فولادهای آرام شده با آلومینیوم پایین تر نیز است.آلومینیوم با نیتروژن ترکیب شده و نیترید آلومینیوم نامحلول را می دهد.
فاکتور دیگری که بر دمای انتقال موثر است، اندازه دانه است.افزایش یک واحدی در عدد اندازه دانه فریت در استاندارد ASTM منجر به کاهش دمای انتقال به اندازه 30 F در فولادهای نورد شده می شود.با افزایش عدد اندازه دانه از 5 تا 10( کاهش قطر دانه) در انرژی ضربه 10 Ib.ft ، دمای انتقال را از 70 به -60 F کاهش می دهد.در فولادهای عملیات حرارتی شونده پر آلیاژی، کاهش دمای انتقال با کاهش اندازه دانه آستنیت مشاهده شده است.از آنجاییکه نرمال بعد از نورد گرم باعث اصلاح دانه می شود،و در صورتیکه در دماهای بالا انجام نشده باشد،کاهش دمای انتقال را در پی خواهد داشت.نرخ سرد شدن بعد از نرمال و فرآیند اکسیژن زدایی متغیر های هستند که نباید فراموش شوند.
در فولادهای کم آلیاژی با استحکام بالا و خواص ضربه بالا،(FATT زیر -20 F) از Cb یا V استفاده می شود.در حضور این عناصر، کار بید کلمبیوم در حین استحاله رسوب می کند.این رسوبات استحکام را افزایش داده و در حالی است که در همان زمان ، از رشد دانه جلوگیری کرده و بهبودی خواص ضربه را در پی خواهد داشت.
در ترکیب شیمیایی و روش اکسیژن زدایی یکسان،ورق های نورد گرم با ضخامت بالا دمای انتقال بالاتری در مقایسه با ورق های نازک دارند.علت را می توان در مشکل بودن رسیدن به پر لیت های ریز و یکنواخت و اندازه دانه در مقطع ضخیم دانست.
خواص ضربه در محصولات نوردی یا فورج با جهت در ورق یا میل گرد تغییر می کند.در شکل زیر ، منحنی های دما - انرژی برای سه نمونه د جهات طولی و عرضی یک ورق نشان داده شده است.نمونه های A,B نمونه های طولی و نمونه C نمونه عرضی است.در نمونه A شیار عمود بر سطح ورق است.ولی در نمونه B شیار موازی با سطح ورق است.در C نیز جهت شیار عمود بر سطح ورق است.با توجه به این شکل ، در دماها و انرژی های ضربه بالا، اختلاف مقادیر انرژی ها بیشتر شده ولی در دماهای کمتر به حداقل می رسد.
در فولادهای کم کربن دو نوع پیر شدن Aging اتفاق می افتد. که در طی آن دمای انتقال افزایش می یابد.پیرکوئنچی Quenching Aging در فولادهای کم کربنی رخ می دهد که از دمای 600 F کوئنچ شده باشند.پیرکرنشی Strain Aging در هنگام کار سرد فولاد کم کربن رخ میدهد. کار سرد به تنهایی دمای انتقال را افزایش می دهد ولی پیرکرنشی بیشتر این دمای انتقال را افزایش می دهد.(40-60F) افت انرژی ضربه در پیرکوئنچی در مقایسه با پیرکرنشی کمتر است. پدیده تردی آبی Blue Brittlement که منجر به کاهش انرژی ضربه می شود، در حین حرارت دادن فولاد در منطقه 230-370C رخ می دهد که شکل قوی تری از پیرکرنشی است.
در بسیاری از مواقع، ساختار مارتنزیت تمپر شده ترکیب بهینه ای از استحکام و انرژی ضربه را مهیا می کند.خواص کششی مارتنزیت های تمپر شده با سختی و درصد کربن یکسان بدون اعتنا به درصد عناصر آلیاژی موجود در ترکیب ، مشابه است.این قاعده کلی برای خواص ضربه در دمای اتاق می تواند اعتبار داشته باشد ولی برای تغییر انرژی ضربه با دما اعتبار خود را از دست می دهد.
انرژی ضربه جذب شده در حین آزمایش ضربه معمولا با افزایش دمای برگشت افزایش می یابد.منتهی در منحنی انرژی ضربه در محدوده دمای 400-600 F وجود دارد که تردی 500 F گفته می شود. دمایی که در آن ، این تردی رخ می دهد به ترکیب شیمیایی و زمان برگشت بستگی دارد.این تردی مانع بزرگ در استفاده از فولادهای با استحکام بالاتر از 200 Ksi در برگشت در این محدوده است.این نوع تردی گاها تردی مارتنزیت تمپر شده نیز نامیده می شود.مطالعات روی این نوع تردی نشان می دهند که علت وقوع این تردی مربوط به رسوب صفحات سمنتیت از کاربید ε در مرحله دوم برگشت است.این صفحات سمنتیت هیچگونه تاثیری بر میزان درصد کاهش سطح مقطع فولاد ندارد بلکه سبب کاهش انرژی ضربه فولاد می شود.این پدیده می تواند در دمای 212 F رخ دهد یا اینکه دردمای بالای 800 F اتفاق افتد که وابسته به زمان لازم برای انجام واکنش است. درصد سیلیس تا 2.25 درصد ، دمای تردی مارتنزیت تمپر شده می شود و این امکان را فراهم می آورد که در محدوده دمایی 500-600 F بدون هرگونه نگرانی در مورد تردی فوق ، برگشت را انجام داد
عملیات حرارتی، فرایند گرم کردن و سرد کردن فلزی جامد برای رسیدن به خواص مطلوب و دلخواه میباشد. دلایلی که باعث انجام عملیات حرارتی میشوند به شرح زیر است:
تنشزدایی، تنشهای ناشی از عملیات و فرایندهای تولید
- - ریز کردن دانهبندی
- - افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با بهوجود آوردن مرکز نرمتر در داخل قطعه
- - بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزانتر فولاد به جای انواع گران آن
- - افزایش جذب انرژی ضربه فولاد
- - بهبود خصوصیات برش در فولادهای ابزار
- - بهبود خواص الکتریکی
- - تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی
در این مقاله فرایندهای عملیات حرارتی به اختصار معرفی خواهند شد.
فرایندهای عملیات حرارتی
- 1. نرمالایزینگ1
این عملیات برای همگن کردن و ریز کردن دانهها انجام میشود. فولاد در عملیات نرمالایزینگ بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته شدن در هوای آرام یا با دمش اندک هوا خنک میشود. به خاطر خصوصیات ذاتی فرایند ریختهگری، عملیات نرماله برای بلومهای ریخته شده پیش از انجام هر فرایند دیگری انجام میشود. همچنین بهطور معمول برای قطعات ریخته شده و فورج شده پیش از عملیات آب دادن، عملیات نرماله انجام میشود.
•2. آنیلینگ2
عنوان آنیلینگ بهطور
کلی به فرایندی اطلاق میشود که در آن فلز تا دمای خاصی گرم میشود، سپس در آن دما
برای مدتی نگهداری شده و با سرعت مشخص سرد میشود. این عملیات برای به دست آوردن
فلزی نرمتر از حالت شروع عملیات یا ایجاد تغییرات دلخواه در ساختار فلز انجام میشود.
دلایل انجام آنیلینگ به شرح زیر است:
- - بهبود قابلیت ماشینکاری
- - امکان انجام راحتتر عملیات کار سرد
- - بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی
- - افزایش پایداری ابعادی
•3. تنشزدایی3
تنش پسماند به دلایل مختلف در قطعات ایجاد میشود. نورد، ریختهگری، آهنگری، خمکاری، آب دادن، سنگ زدن و جوشکاری از جمله منابع ایجاد تنش پسماند در قطعه میباشند. در این عملیات، قطعه تا دمای حدود c595 حرارت داده میشود و سپس به آرامی تا دمای اتاق سرد میشود. قسمتهای درون قطعه نیز باید به دمای مذکور رسیده باشند. در هنگام سرد کردن به این نکته توجه کنید که تمام نقاط قطعه بهطور یکنواخت سرد شود خصوصاً در مورد قطعاتی که پیچیدگی ابعادی دارند. در غیر این صورت مجدداً تنش پس ماند در قطعه ایجاد خواهد شد.
4. سختکاری سطحی4
در این عملیات سطح سخت و با مقاومت بالای سایشی بر روی قطعه ایجاد میشود و در عین حال ساختار داخلی قطعه نرم باقی میماند که در برابر ضربه کاملاً مقاومت دارد. سطح سخت شده به عنوان پوسته (Case) و داخل قطعه با عنوان مغز (Core) شناخته میشود. معمولاً بعد از عملیات سختکاری سطحی باید عملیات برگشت برای بهبود خواص پوسته انجام شود. یکی از روشهای سختکاری سطحی، کربوراسیون است. این روش به 3 صورت کربوره گازی، کربوره مذاب و کربوره جامد انجام میشود. در هر روش کربن از محیط اطراف قطعه که گاز، مذاب یا جامدات است به داخل سطح فولاد که در دمای حدود 850 تا 950 درجه سانتیگراد قرار دارد نفوذ کرده و بعد از انجام عملیات آب دادن با ایجاد فاز سخت مارتنزیت باعث افزایش سختی سطح قطعه میشود. فولاد مناسب برای انجام عملیات کربوره در حدود 2/0 درصد کربن دارد و بعد از انجام عملیات کربوره، میزان کربن در سطح به مقدار 8/0 تا 1 درصد خواهد رسید.
•5. آب دادن5
اصطلاح آب دادن به فرایند ایجاد ساختار مارتنزیتی در فولاد اطلاق میشود. در این حالت فولاد بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته که معمولاً در حدود 815 تا 870 درجه سانتیگراد میباشد به سرعت سرد میشود.
6. محیط خنککننده6
انتخاب شرایط سرد
شدن و محیط مناسب برای هر فولاد بستگی به میزان سختیپذیری آن دارد. ضخامت مقاطع و
شکل و پیچیدگی قطعه و سرعت مناسب سرد شدن از عوامل موثر بر ایجاد ساختارهای متفاوت
در حین عملیات آب دادن میباشند. محیطهای خنککننده غالباً گازی یا مایع میباشند.
بعضی از انواع آن عبارتند از:
- روغن
- آب
- پلیمرهای مذاب
- آب به تنهایی یا همراه با نمک
- گازهای خنثی نظیر هلیم، آرگون و نیتروژن که به عنوان محیطهای خنککننده
گازی بعد از عملیات آستنیته کردن در خلاء، استفاده میشوند.
7. بازگشت دادن7
این عملیات بر روی
فولادها یا قطعاتی که تحت عملیات آب دادن یا نرمالایزینگ قرار گرفتهاند به منظور
افزایش چقرمگی8 و کاهش سختی انجام میشود. عملیات بازگشت برای اغلب فولادها با
حرارت دادن آنها در محدوده دمایی 205 تا 595 درجه سانتیگراد و نگه داشتن در آن دما
برای مدت یک ساعت یا بیشتر انجام میشود. دما یا زمان بیشتر باعث کاهش سختی و
استحکام بیشتر فولاد خواهد شد. ساختار ایجاد شده بعد از عملیات بازگشت در فولاد به
عنوان مارتنزیت برگردانیده شده یا Temperd Martensit
شناخته میشود.
در شکل یک، محدود دمایی انجام عملیات حرارتی با توجه به دیاگرام فازی آهن- کربن
نشان داده شده است
برچسب ها : جوشکاری فولادهای فریتی