نتایج تحقیق از ترکیب مناسب استحکام ، انعطاف پذیری و انرژی ضربه با استفاده از عملیات حرارتی بین بحرانی که تمپر شده است را نشان می دهد. نتایج مطلوبی از فرآیندهای نرماله  و بین بحرانی و تمپر شده بدست آمده است که انعطاف پذیری بالاتری نسبت به فرآیند مارتنزیت تمپر شده داشته است . در فرآیند بین بحرانی آستنیته شده و تمپر شده در دمای بین بحرانی در دو محیط کوئنچ روغن و پلیمری ترکیب مناسب از خواص مکانیکی حاصل شده است .

نتایج بررسی سطوح شکست حاصل از آزمایش ضربه که در دمای C°50 – انجام گرفته است وجود دیمپل های عمیق و بزرگ در سیکل های بهینه با شکست نرم نسبت به شکست شبه کلیواژ در مارتنزیت تمپر شده را نشان می دهند.

 
واژه‌های کلیدی:عملیات حرارتی بین بحرانی، محیط کوئنچ، تمپر، شکست شناسی.

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه 10

10

1-1- مقدمه 11

فصل 2: مروری بر منابع 14

2-1- فولادهای آلیاژی 15

2-2- فرآیندهای عملیات حرارتی مرسوم فولاد AISI 4135 17

2-3- تعیین دماهای بحرانی با استفاده از ترکیب شیمیایی فولاد 19

2-4- عملیات حرارتی بین بحرانی 20

2-5- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه نمودار آهن – کربن 20

2-6- عملیات حرارتی بین بحرانی از دیدگاه ترمودینامیک و استحاله فازی 21

2-6-1-تشکیل آستنیت جزیی 22

2-6-2- سینتیک تشکیل آستنیت در فولادهای دو فازی 23

2-6-4- معادله دیفرانسیلی سینتیک تعمیم یافته آورامی در تجزیه چند فازی 23

2-6-4-1-تخمین پارامترهای مدل چند فازی 25

2-6-4-2- اثر پارامترهای ریزساختاری روی سرعت تجزیه فرآیند 26

2-6-5- استحاله آستنیت به مارتنزیت 27

2-7- محیط های کوئنچ 29

2-7-1- اندازه گیری منحنی های سرمایش دما – زمان کوئنچ کردن 29

2-7-2- مقایسه منحنی سرمایش آب-روغن 31

2-8- محیط پلیمری 31

2-8-1- اندازه پلیمر 37

2-8-2- اثرات ویسکوزیته محلول های پلیمری 38

2-8-3- تعیین شدت کوئنچ محلول های پلیمری 40

2-8-4- فاکتورهای موثر بر پایداری پلیمر 43

2-8-5- مقایسه منحنی های سرمایش آب- محلول پلیمری 45

2-9- مطالعه فرآیند تمپر کردن در فولادهای با ساختاردو فازی 46

2-10- تردی مارتنزیت تمپر شده 49

2-10-1- تاثیر عملیات حرارتی بین بحرانی بر تردی ناشی از تمپر کردن 52

2-11- بررسی های دیلاتومتری و پراش اشعه ایکس مراحل تمپر کردن 53

2-12- بررسی های ریزساختاری فرآیند تمپر کردن در فولاد های دو فازی 58

2-13- شکست 61

2-14- درصد شکست ترد یا نرم از طریق بررسی سطح شکست 65

2-15- اندازه گیری چقرمگی شکست کرنش صفحه ای (IC K) 67

2-15-1- اثر متغیرهای متالورژیکی بر KIC 72

فصل 3: روش تحقیق 76

3-1- تهیه نمونه 77

3-2- تعیین دماهای بحرانی 77

3-3- عملیات حرارتی های بین بحرانی 77

3-5-1- نرماله بین بحرانی 78

3-5-2- بین بحرانی آستنیته شده 78

3-5-3- مارتنزیت بین بحرانی 79

3-5-4- بین بحرانی مستقیم 79

3-4- متالوگرافی نمونه ها 79

3-5- آزمایش های مکانیکی 80

3-7-1- سختی 80

3-7-2-کشش 80

3-7-3- ضربه 81

3-6- بررسی سطوح شکست 82

مراجع 83

پیوست ها 87

مقدمه

مقدمه
خواص مکانیکی متنوع فولادها باعث شده است که این آلیاژها جایگاه ویژه ای را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده و به عنوان یک محصول استراتژیک در نظر گرفته  شوند . در میان فولادها ، فولادهای مافوق مستحکم جایگاه ویژه ای در مصارف صنعتی دارند . از این دسته ، فولادهای کم آلیاژ با کربن متوسط را می توان نام برد . کاربرد این فولادها غالباً در پمپ ها ، اتصال ها ، محورها و چرخ دنده ها بوده و همچنین به علت قابلیت سختی پذیری زیاد و چقرمگی و شکل پذیری مناسب ، در اجزای با مقاطع بزرگ و نیز صنایع هوا و فضا که از آن جمله می توان به مخازن تحت فشار و مخازن CNG اشاره کرد]3-1[ .

در تمامی استانداردهای مربوط به طراحی و ساخت مخازن CNG ، ترکیب های پیشنهادی از انواع تمام فلزی (نوع اول) ، فلزی – کامپوزیتی (نوع دوم و سوم) و تمام کامپوزیتی (نوع چهارم) طبقه بندی شده است . امروزه آنچه به چالشی مهم در به کارگیری مخازن CNG در صنایع مختلفی چون صنایع خودروسازی و هوافضا تبدیل شده است بحث کاهش وزن مخازن تمام فلزی است.

گزارشات رسیده از موسسه گاز آمریکا به دفتر انرژی موسسه AAT در سال 2000 حاکی از این مهم بوده که هزینه صرف شده برای مجهز کردن خودروهای سواری به سیستم گاز سوز با مخازن سبک (نوع سوم و چهارم) حدود 70 درصد قیمت تمام شده خودرو بوده است که از این 70   درصد ، 50 درصد صرف تامین مواد خام اولیه می گردد . از اینرو تحقیقات گسترده ای برای سبک کردن مخازن نوع اول و دوم که به لحاظ قیمت ارزان ترین هستند در حال انجام است ]9-4 [.

تا کنون آنچه برای کاهش قیمت مخازن اول و دوم صورت گرفته ، بیشتر در قالب اصلاح فرآیندهای ساخت ، انتخاب مواد مناسب و انتخاب روش های مناسب عملیات حرارتی بوده است . در تمامی این موارد ، ایجاد خواص مکانیکی مناسب و بهبود خواص شکست ، هدف اصلی در بهبود یا کاهش وزن بوده است . در مخازن CNG همچون سایر مخازن تحت فشار ، کمپرسورها و نیروگاه های اتمی ، تخمین پارامترهای مکانیکی از جمله چقرمگی شکست و بهبود آن ، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است . عمر مفید مخازن تحت فشار بر نحوه بارگذاری ، تنش های باقیمانده و بارگذاری سیکلی متاثر از جنس مواد و ریزساختار آنهاست . تغییرات خواص مکانیکی در حین سرویس دهی ، از موارد مهمی است که ریزساختاری که بتواند خواص بهینه و همزمان استحکام و چقرمگی شکست را تامین کند ، مارتنزیت تمپر شده معرفی شده است .

امروزه معلوم شده است که این ریزساختار برای آن دسته از مخازن تحت فشار که تحت     بارگذاری های چرخه ای قرار دارند ساختار مناسبی نمی باشد .

فولادهای AISI 4130 و AISI 4140 از جمله فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط[1] هستند که در ساخت مخازن CNG از آنها استفاده می شود ]12-10[ .

تا به امروز در فولادهای کم آلیاژی پراستحکام سه روش آلیاژسازی ، کنترل پارامترهای عملیات ترمومکانیکی در فولادهایی که فرآیند ساخت آنها شامل فرآیند شکل دهی گرم می باشد و عملیات حرارتی برای بهبود چقرمگی شکست و خواص مکانیکی شناخته شده است . از عملیات حرارتی به علت آسانی و کم هزینه بودن بیش از سایر روش ها استفاده شده است . بر اساس مطالعات انجام گرفته ، بهبود چقرمگی شکست فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط ، با فرآیند عملیات حرارتی را می توان از دو جنبه مورد ارزیابی قرار داد . نخست آنچه برای بهبود خواص مکانیکی مورد توجه قرار گرفته است مربوط به پارامترهای فرآیند بوده است .

ترکیب های سیکلی مختلفی از دمای آستنیته کردن ، زمان آستنیته کردن ، محیط سرد کردن و غیره از جمله فاکتورهای موثر بر خواص مکانیکی بوده اند که به چند روش مهم اشاره می شود.

از روش های مورد استفاده برای بهبود چقرمگی شکست فولادهای پراستحکام ، عملیات آستنیته کردن در دمای بالاست (HTA)[2] ، محققان با مقایسه خواص مکانیکی و چقرمگی شکست فولادهای ریختگی و فورج شده پر استحکام ، اثر ریزساختار ناشی از عملیات HTA بر خواص شکست فولاد را مورد ارزیابی قرار داده اند.

در عملیات مذکور با آستنیته کردن یک نوع فولاد فوق مستحکم کربن متوسط در دماهای بالاتر(C°1200) از دمای مرسوم آستنیته کردن (  870) ، چقرمگی شکست فولاد افزایش چشمگیری پیدا کرد ، در حالی که انعطاف پذیری و نرمی فولاد کاهش یافت ]15-13[.

با درشت شدن دانه های آستنیت اولیه به واسطه افزایش دمای آستنیته کردن ، جدایش عناصر ناخالصی اتفاق افتاده که باعث تردی فولاد می گردد.