اثر میزان کربن بر رفتار جامد سازی و ویژگی های مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده در آلیاژ Cr-Fe-C Effect of carbon content on solidification behaviors and morphological characteristics of the constituent phases in Cr-Fe-C alloys
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2011
توضیحات
رشته های مرتبط: شیمی و مهندسی مواد، شیمی آلی، شیمی فیزیک، شیمی کاربردی، شناسایی و انتخاب مواد، بیومواد
۱ – مقدمه آلیاژ Cr-Fe-C به علت مقاومت عالی آن در برابر سایش، اکسیداسیون و خوردگی به خوبی شناخته شده و به طور گسترده ای در شرایط خورندگی، مانند فرایند معدنکاری و معدنی، صنایع تولید سیمان و تولید خمیر کاغذ و کاغذ، مورد استفاده قرار گرفته است. بسیاری از تحقیقات قبلی روی ویژگیهای ریزساختار، خواص مکانیکی و وضعیت های پوششی سایشی آلیاژهای Cr-Fe-C متمرکز شده است [۸-۱]. تحقیقات قبلی نشان داده است که آلیاژهای Cr-Fe-C، شامل ساختارهای هیپواوتکتیک، اوتکتیک نزدیک، هیپر اوتکتیک با فاز محلول جامد Cr-Fe، و کاربیدهای M_23 C_6 و M_7 C_3 می باشند [۲]. علاوه بر آن، بهترین عملکرد برای آلیاژهای Cr-Fe-C هنگامی به دست می آید که مقادیر زیادی از کاربید های اولیه M_7 C_3 به طور یکنواخت درکلنی های اوتکتیک [α+M7 C_3] وجود داشته باشد [۲،۸]. این مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده می تواند انواع گسترده ای از ترتیبات هندسی را به نمایش بگذارد. بسیاری از تحقیقات اخیر، وضعیت های جامد سازی و انتقال مورفولوژی از فازهای تشکیل دهنده در پایه Fe، پایه Cu و آلیاژهای دیگر را گزارش می دهند [۱۸-۹]. با این حال، مطالعات اندکی بر رفتارهای جامد سازی و انتقال مورفولوژی از فازهای تشکیل دهنده در آلیاژهای Cr-Fe-C، متمرکز شده است. انتقال مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده، به طور مستقیم به پارامترهای فرضی فصل مشترک جامد / مایع، انتروپی های پیوند، ترکیبات شیمیایی و شکست حجمی مراحل تشکیل بستگی دارد [۲۱-۱۹]. انتروپی ذوب، یک معیار مناسب برای پیش بینی وضعیت کریستالی شدن در مراحل ساخت می باشد. مقادیر ( ثابت گاز، R انتروپی ذوب، α=∆Sf/R,∆Sf) αکه کمتر از ۲ است، به مفهوم گرایش به سمت رشد کریستال تراش داده نشده است، در حالی که مقادیر بیشتر α به سمت رشد کریستال های با شکل تراش داده هستند. معمولاً، پراش الکترون برگشتی برای توصیف جهت گیری کریستالوگرافی، بافت و ناهماهنگی مرز دانه از ترکیبات چند فازی در چندین ماده مختلف مورد استفاده قرار گرفته است [۲۷-۲۲]. مشخصه مرز دانه، که بوسیله پراش الکترون برگشتی مورد آزمایش قرار می گیرد، برای درک مکانیسم رشد فاز تشکیل دهنده مفید می باشد. اما تعداد کمی از بررسی های قبلی در مورد پراش الکترون برگشتی، به تجزیه و تحلیل مرز دانه برای برآورد مکانیسم رشد فاز تشکیل دهنده اختصاص داده شده است. بنابراین هدف از این تحقیق، بررسی وضعیت های جامد سازی و ویژگی های مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده در آلیاژهای Cr-Fe-C شامل مقادیر مختلف کربن می باشد. وضعیت های جامدسازی و گذرهای مورفولوژی مراحل تشکیل شده، به طور منظم توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی اسکن انتشار میدانی، میکروسکوپ الکترونی انتقال، پراش الکترون های برگشتی، طیف انتشاری طول موج، و کالری سنج اسکن دیفرانسیل، توصیف می شوند. ۲ – روش های تجربی آلیاژهای Cr-Fe-C بوسیله روش جوشکاری قوس گاز تنگستن تهیه شدند، تا پرکننده های آلیاژ خالص مختلف Cr و (۴:۱ = Cr:C) بر روی فولاد با کربن متوسط C45S رسوب کند. ابعاد فولاد با کربن متوسط فولاد C45S برابر با mm19 × mm85 × mm105 بود. پرکننده های آلیاژ Cr خالص روشن و (۴:۱ = Cr:C) برای بدست آوردن یک پودر مخلوط شده یکنواخت، در یک مخلوط کننده مکانیکی، مخلوط شدند. سپس این پرکننده های آلیاژ، تحت فشار بالا به میزان kgcm^(-2)39/105 قرار گرفتند تا پرکننده های آلیاژ متراکم با ابعاد mm3 × mm25 × mm30 تشکیل شود. جدول ۱ اجزای پرکننده این آلیاژ را نشان می دهد. برجستگی بر روی صفحه با جوشکاری قوس نوسان گاز تنگستن، برای رسوب روکش ها مورد استفاده قرار می گیرد. شکل ۱ توصیف طرح جوشکاری قوس گاز تنگستن، برای روکش سخت را نشان می دهد. جدول ۲، پارامتر جوشکاری را در این مطالعه نشان می دهد.
۱ – مقدمه آلیاژ Cr-Fe-C به علت مقاومت عالی آن در برابر سایش، اکسیداسیون و خوردگی به خوبی شناخته شده و به طور گسترده ای در شرایط خورندگی، مانند فرایند معدنکاری و معدنی، صنایع تولید سیمان و تولید خمیر کاغذ و کاغذ، مورد استفاده قرار گرفته است. بسیاری از تحقیقات قبلی روی ویژگیهای ریزساختار، خواص مکانیکی و وضعیت های پوششی سایشی آلیاژهای Cr-Fe-C متمرکز شده است [۸-۱]. تحقیقات قبلی نشان داده است که آلیاژهای Cr-Fe-C، شامل ساختارهای هیپواوتکتیک، اوتکتیک نزدیک، هیپر اوتکتیک با فاز محلول جامد Cr-Fe، و کاربیدهای M_23 C_6 و M_7 C_3 می باشند [۲]. علاوه بر آن، بهترین عملکرد برای آلیاژهای Cr-Fe-C هنگامی به دست می آید که مقادیر زیادی از کاربید های اولیه M_7 C_3 به طور یکنواخت درکلنی های اوتکتیک [α+M7 C_3] وجود داشته باشد [۲،۸]. این مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده می تواند انواع گسترده ای از ترتیبات هندسی را به نمایش بگذارد. بسیاری از تحقیقات اخیر، وضعیت های جامد سازی و انتقال مورفولوژی از فازهای تشکیل دهنده در پایه Fe، پایه Cu و آلیاژهای دیگر را گزارش می دهند [۱۸-۹]. با این حال، مطالعات اندکی بر رفتارهای جامد سازی و انتقال مورفولوژی از فازهای تشکیل دهنده در آلیاژهای Cr-Fe-C، متمرکز شده است. انتقال مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده، به طور مستقیم به پارامترهای فرضی فصل مشترک جامد / مایع، انتروپی های پیوند، ترکیبات شیمیایی و شکست حجمی مراحل تشکیل بستگی دارد [۲۱-۱۹]. انتروپی ذوب، یک معیار مناسب برای پیش بینی وضعیت کریستالی شدن در مراحل ساخت می باشد. مقادیر ( ثابت گاز، R انتروپی ذوب، α=∆Sf/R,∆Sf) αکه کمتر از ۲ است، به مفهوم گرایش به سمت رشد کریستال تراش داده نشده است، در حالی که مقادیر بیشتر α به سمت رشد کریستال های با شکل تراش داده هستند. معمولاً، پراش الکترون برگشتی برای توصیف جهت گیری کریستالوگرافی، بافت و ناهماهنگی مرز دانه از ترکیبات چند فازی در چندین ماده مختلف مورد استفاده قرار گرفته است [۲۷-۲۲]. مشخصه مرز دانه، که بوسیله پراش الکترون برگشتی مورد آزمایش قرار می گیرد، برای درک مکانیسم رشد فاز تشکیل دهنده مفید می باشد. اما تعداد کمی از بررسی های قبلی در مورد پراش الکترون برگشتی، به تجزیه و تحلیل مرز دانه برای برآورد مکانیسم رشد فاز تشکیل دهنده اختصاص داده شده است. بنابراین هدف از این تحقیق، بررسی وضعیت های جامد سازی و ویژگی های مورفولوژی فازهای تشکیل دهنده در آلیاژهای Cr-Fe-C شامل مقادیر مختلف کربن می باشد. وضعیت های جامدسازی و گذرهای مورفولوژی مراحل تشکیل شده، به طور منظم توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی اسکن انتشار میدانی، میکروسکوپ الکترونی انتقال، پراش الکترون های برگشتی، طیف انتشاری طول موج، و کالری سنج اسکن دیفرانسیل، توصیف می شوند. ۲ – روش های تجربی آلیاژهای Cr-Fe-C بوسیله روش جوشکاری قوس گاز تنگستن تهیه شدند، تا پرکننده های آلیاژ خالص مختلف Cr و (۴:۱ = Cr:C) بر روی فولاد با کربن متوسط C45S رسوب کند. ابعاد فولاد با کربن متوسط فولاد C45S برابر با mm19 × mm85 × mm105 بود. پرکننده های آلیاژ Cr خالص روشن و (۴:۱ = Cr:C) برای بدست آوردن یک پودر مخلوط شده یکنواخت، در یک مخلوط کننده مکانیکی، مخلوط شدند. سپس این پرکننده های آلیاژ، تحت فشار بالا به میزان kgcm^(-2)39/105 قرار گرفتند تا پرکننده های آلیاژ متراکم با ابعاد mm3 × mm25 × mm30 تشکیل شود. جدول ۱ اجزای پرکننده این آلیاژ را نشان می دهد. برجستگی بر روی صفحه با جوشکاری قوس نوسان گاز تنگستن، برای رسوب روکش ها مورد استفاده قرار می گیرد. شکل ۱ توصیف طرح جوشکاری قوس گاز تنگستن، برای روکش سخت را نشان می دهد. جدول ۲، پارامتر جوشکاری را در این مطالعه نشان می دهد.
Description
Cr-Fe-C alloy is well known for its excellent resistance to abrasion, oxidation and corrosion and has been extensively used in aggressive conditions, such as mining and mineral process, cement production and pulp and paper manufacture industries. Many previous investigations have focused on the microstructural characteristics, mechanical properties and abrasive wear behaviors of Cr-Fe-C alloys [1–۸]. Previous research has shown that Cr-Fe-C alloys consist of hypoeutectic, near-eutectic and hypereutectic structures with Cr-Fe solid solution phase, M23C6 and M7C3 carbides [2]. Moreover, the best performances for Cr-Fe-C alloys are achieved, when there are large quantities of primary M7C3 carbides uniformly distributed in the [α+M7C3] eutectic colonies [2,8]. The morphologies of constituent phases can exhibit a wide variety of geometrical arrangements. Many recent investigations report solidification behaviors and morphological transitions of the constituent phases in Fe-based, Cu-based and other alloys [9–۱۸]. Nevertheless, few studies have concentrated on solidification behaviors and morphological transitions of the constituent phases in Cr-Fe-C alloys. The morphological transitions of constituent phases directly depend on roughness parameters of the solid/liquid interface, entropies of fusion, chemical compositions and volume fractions of the constituent phases [19–۲۱]. Entropy of melting is a convenient criterion for predicting crystallization behavior of the constituent phases. Values of α (α=ΔSf/R, ΔSf, entropy of fusion; R, gas constant), which are less than 2, imply a tendency toward non-faceted crystal growth, while higher α-values favor production of faceted crystal growth-forms. Electron backscatter diffraction has been commonly used to characterize crystallographic orientation, texture and grain boundary misorientation of the multi-phase compounds in several different materials [22–۲۷]. The characteristic of Grain boundary examined by electron backscatter diffraction is useful to understand growth mechanism of the constituent phase. But few previous electron backscatter diffraction investigations have devoted to the grain boundary analysis to estimate growth mechanism of the constituent phase. Therefore, the aims of the current work are to investigate solidification behaviors and morphological characteristics of the constituent phases in Cr-Fe-C alloys containing various carbon contents. Solidification behaviors and morphological transitions of the constituent phases are systematically characterized by optical microscopy, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, electron backscatter diffraction, wavelength dispersive spectrum and differential scanning calorimeter.
