بررسی اثر متقابل خستگی،ناخالصی و ریز ساختار بر رفتار فولاد-قیمت فولاد آلیاژی

در این تحقیق فولادهای آلیاژی با سختی‌های متفاوت مورد آزمایش خستگی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که حد خستگی با افزایش سختی تا 400 ویکرز افزایش و در مقادیر بیش از 400 ویکرز دچار افت می‌گردد. سطح شکست نمونه‌های فوق توسط میکروسکوپ الکترونی و روبشی نشان داد که در اکثر نمونه‌ها، ناخالصی‌های غیر فلزی منشأ شروع شکست خستگی می‌باشند. با پیش‌بینی شدت تنش آستانه Δkth و مطابقت آن با مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی. ناشی از سطح شکست نهایی و مقایسه با حد خستگی فولاد، می‌توان توجیه مناسبی بر تأثیر سختی زمینه. بر رفتار خستگی فولاد و رابطه بین آن دو ارائه کرد.

در تمام فولادهای آلیاژی، حضور ناخالصی‌های غیر فلزی از نگرانی‌های فولادسازان و قطعه‌سازان به شمار می‌رود. این ناخالصی‌ها در فرآیند فولادسازی متشکل است و اکثر آنها دارای ترکیبات اکسیدی و سولفیدی می‌باشند. یکی از عمده‌ترین دلایل تخریب و شکست قطعات صنعتی که در معرض بارگذاری‌های دینامیکی قرار دارند، خستگی است. نظر به اینکه علت تقریباً تمام شکست‌های خستگی جوانه زنی ترک از محل‌های دارای تمرکز تنش می‌باشد.

لذا ناخالصی‌ها که منشأ تمرکز تنش در قطعات هستند. بر روی استحکام خستگی تأثیر چشمگیری دارند. عوامل بسیاری سبب خستگی فلز می‌شوند و ارزیابی رفتار خستگی با استفاده از اطلاعات محدود تقریباً غیر ممکن است. بدست آوری یک روش مناسب برای پیش‌بینی حد خستگی (σw) در حضور این ناخالصی‌ها، یک نیاز طولانی مدت برای مهندسین مختلف بوده است. منحنی S-N که ارتباط بین تنش اعمالی و تعداد سیکل‌هایی که منجر به شکست می‌شود را نشان می‌دهد. توسط دیتاهای آزمایشگاهی بدست می‌آید و رفتار خستگی مواد را پیش‌بینی می‌کند. رسم چنین نمودارهایی با وجود اینکه بسیار مفید می‌باشد اما به علت گرانی و زمان بر بودن، در صنعت کاربرد محدودی دارند.

کربن زدایی چیست؟ انواع کربن زدایی در فولاد-کربن زدایی جزئی-کربن زدایی کلی

کربن‌ زدایی (decarbonization) مخالف روند کربوریزاسیون است. به عبارتی کاهش مقدار کربن ماده.

کربن‌زدایی نسبت به کاربردی که فلز در آن استفاده می‌شود، می‌تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. بنابراین این فرایند، فرآیندی است که هم می‌تواند به صورت عمدی در یکی از مراحل فرایند تولید استفاده شود. هم به عنوان عارضه جانبی یک فرایند اتفاق افتاده باشد (مانند نورد کردن). که باید از آن جلوگیری کرد یا اثرش را معکوس کرد (مانند مرحله کاربورسازی).

مکانیسم فرایند کربن‌زدایی را می‌توان با سه رویداد متمایز توصیف نمود.

واکنش در سطح فولاد

انتشار بینابینی اتم‌های کربن

انحلال کاربیدها در فولاد

از جمله ویژگی‌های کربن‌زدایی افزایش نسبی فریت (هیدروکسین آهن) و کاهش مقدار کاربید یا لایه‌های پرلیت در فولادهای هایپریوتکتوئیدی آنیل شده کروی است.

آلیاژهای هایپریوتکتوئیدی آلیاژهایی هستند که غلظت املاح در آنها بیشتر از یوتکتوئید است. در فولاد، چنین آلیاژهایی درصد کربن کمتری دارند. آلیاژهای هایپریوتکتوئید در برابر خوردگی مقاوم هستند.

کربن زدایی مجموع کربن‌زدایی جزئی و کامل است. کربن‌زدایی کامل مربوط به ناحیه‌ای است که تقریباً تمام محتوای کربن آن حذف می‌گردد. کربن‌زدایی جزئی مرتبط با ناحیه‌ای است که در آن کاهش محتوای کربن اتفاق افتاده اما هنوز میکروسکوپی. عمق کربن‌زدایی بر اساس تغییر در ریزساختار تعیین می‌شود (لوبر، 2001-2011). لایه‌های مرزی کربن‌زدایی شده (با عمق معمولی چند صدم تا دهم میلی‌متر) نرم هستند و ممکن است نیاز شود که برداشته شوند.

از آنجایی که مقدار اکسیژن در اتمسفر یا کوره‌های خلا کم است. در نتیجه محتوای کربن داخل فلزات نمی‌توانند اکسیده شوند، بنابراین کربن‌زدایی در آنها کمتر اتفاق می‌افتد یا اصلاً اتفاق نمی‌افتد.

فولاد ضد زنگ

فولاد ضدزنگ حاوی مواد افزودنی است که قابلیت اکسیده شدن بالایی دارند. مانند کروم و مولیبدن، کربن‌زدایی چنین فولادهایی فقط در واکنش با هیدروژن خشک قابل انجام است. هیدروژن خشک، برخلاف هیدروژن مرطوب که به گونه‌ای تولید می‌شود که دارای مقداری آب باشد، هیدروژن محتوای آبی ندارد. که باعث می‌شود نتوان از هیدروژن مرطوب در فرایند کربن زدایی فولادهای ضد زنگ استفاده کرد محتوای آبی موجود در آن است.