اثر آلومینیم بر رفتار تریبولوژیکی فولاد هادفیلد تحت سایش آرام

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

اثر افزودن آلومینیم بر رفتار تریبولوژیکی فولاد هادفیلد در شرایط سایش آرام مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور از آزمون سایش پین روی صفحه روی آلیاژهایی از فولاد هادفیلد با سه مقدار اسمی 0، 5/1 و 3‌ درصد وزنی آلومینیم استفاده شد. عملیات ذوب و ریخته‌گری با استفاده از کوره القایی تحت اتمسفر آرگون و قالب‌ سرامیکی زیرکونیایی انجام شد. آزمایش سایش با استفاده از سنگ ساینده به عنوان سایا انجام شد و تغییرات ضریب اصطکاک و مقدار کاهش جرم بر حسب طول مسیر سایش ارزیابی شد. از آزمون‌های کشش، ضربه و سختی‌سنجی ویکرز برای ارزیابی خواص مکانیکی استفاده شد. همچنین مطالعات میکروسکپی روی نمونه‌های تغییرشکل‌یافته، سطوح سایش و ذرات سایش با استفاده از میکروسکپ‌های نوری و الکترونی روبشی انجام شد. نتایج نشان داد که در شرایط سایش لغزشی آرام، کارسخت‌شدن سطح فولاد هادفیلد به اندازه‌ای نیست که مقاومت به سایش مناسبی حاصل شود. افزودن سه درصد وزنی آلومینیم، استحکام تسلیم را از MPa415 به MPa470 و سختی را از 190 به 215 ویکرز افزایش داد. عمق لایه کارسخت‌شده در برابر نیروهای سایش از µm100 به µm200 و میزان سختی سطح ساییده‌شده از 340 ویکرز به 365 ویکرز افزایش یافت. بنابراین نرخ کاهش جرم از mg/m15/0 به mg/m11/0 کاهش و مقاومت به سایش تا حدود 70 درصد بهبود یافت.

کلیدواژه‌ها


1. Properties and selection: Irons, Steels and high performance alloys, section: Austenitic manganese steels, ASM
Handbook, 1 (2005).
2. Y.N. Dastur and W.C. Leslie, Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel, Metallurgical Transaction A, 12(1981)749-759.
3. Karaman, H. Sehitoglu, A.J. Beaudoin, Y.I. Chumlyakov, H.J. Maier and C.N. Tome, Modeling the deformation
behavior of Hadfield steel single and polycrystals due to twinning and slip, Acta Mater., 48(2000)2031-2047.
4. O. Bouaziz, S. Allain, C.P. Scott, P. Cugy and D. Barbier, High manganese austenitic twinning induced plasticity
steels: A review of the microstructure properties relationships, Current Opinion in Solid State and Materials
Science, 15(2011)141–168.
5. G.S. Zhang, J.D. Xing and Y.M. Gao, Impact wear resistance of WC/Hadfield steel composite and its interfacial
characteristics, Wear, 260(2006)728-734.
6. W. Yan, L. Fang, K. Sun and Y. Xu, Effect of surface work hardening on
wear behavior of Hadfield steel, Materials Science and Engineering A,460–461 (2007)542–549.
7. E. Bayraktar, F.A. Khalid and C. Levaillant, Deformation and fracture behaviour of high manganese austenitic
steel, Materials Processing Technology, 147 (2004) 145-154.
8. D. Canadinc, H. Sehitoglu and H.J. Maier, The role of dense dislocation walls on the deformation response of
aluminum alloyed Hadfield steel polycrystals, Materials Science and
Engineering A, 454-455, 25(2007)662-666.
9. M. Abbasi, Sh. Kheirandish, Y. Kharrazi and J. Hejazi, On the comparison of the abrasive wear behavior of aluminum
alloyed and standard Hadfield steels, Wear, 268(2010)202-207.
10. M.M. Atabaki, S. Jafari, and H. Abdollahpour, Abrasive wear behavior of high chromium cast iron and Hadfield 

steel - A comparison, Iron and Steel Research, 19, 4 (2012)43–50.
S.R. Allahkaram, Causes of catastrophic failure of high Mn steel utilized as crusher overlaying shields, Engineering, Transaction B, 21, 1(2008)55-64.
11. E.G. Moghaddam, N. Varahram and P. Davami, On the comparison of microstructural characteristics and mechanical properties of high-vanadium austenitic manganese steels with the Hadfield steel, Materials Science and Engineering: A, 532, 15(2012)260–266.
12. D. Canadinc, H. Sehitoglu, H.J. Maier and Y.I. Chumlyakov, Strain hardening behavior of aluminum alloyed Hadfield steel single crystals, Acta Materialia 53(2005)1831–1842.
13. E.G. Zakahrova, Deformation mechanisms and strain hardening of Hadfield steel single crystals alloyed with aluminum, Doklady Physics, 47, 7(2002)515-517.
14. B.K. Zuidema, D.K. Subramanyam and W.C. Leslie, The effect of aluminum on the work hardening and wear resistance of Hadfield manganese steel, Metallurgical Transaction A, 18(1987)1629-1639.
15. M. Abbasi, Sh. Kheirandish, Y. Kharrazi and J. Hejazi, The fracture and plastic deformation of aluminum alloyed Hadfield steels, Materials Science and Engineering A, 513–514(2009)72–76.

16. عباسی مجید، خیراندیش شهرام، خرازی یوسف، حجازی جلال، بررسی تاثیر برخی عوامل اصلی بر رفتار سایشی فولاد هادفیلد، مجله علوم و مهندسی سطح، 7(1387)69-80.

17. ASTM A781 / A781M-14b, Standard Specification for Castings, Steel and Alloy, Common Requirements, for General Industrial Use, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2014).
18. S.F. Krar, Grinding Technology, Cengage Learning, (1994).

19.  عباسی مجید، خیراندیش شهرام، خرازی یوسف، حجازی جلال، استفاده از سنگ ساینده جهت ارزیابی رفتار سایشی فولادها، نشریه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، 21، 2(1389)57-70.

20. Metallography and microstructures, Austenitic manganese steel castings, ASM Handbook, 9(2004).
21. G. Dini, A. Najafizadeh, R. Ueji and S.M. Monir-Vaghefi, Tensile deformation behavior of high manganese austenitic steel: The role of grain size, Materials & Design, 31, 7 (2010) 3395-3402.

22.  عباسی مجید، حجازی جلال، خیراندیش شهرام، خرازی یوسف، ارتباط بین کرنش دوقلویی و پدیده چروکیدگی سطحی در تغییر شکل پلاستیک فولاد آستنیتی منگنزی، نشریه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، 25،2(1393)1-12.

23. عباسی مجید، حجازی جلال، خیراندیش شهرام، خرازی یوسف، ارزیابی مکانیزم شکست در فولاد هادفیلد، مجله ریخته‌گری، 32،103، (1392)، 12-17.


24. A.A. Nikulina, A.I. Smirnov and E.Y. Velikoselskaya, Structural changes in Hadfield steel under cold deformation, Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 7, 1(2013)172–177.
25. J. Kang and F.C. Zhang, Deformation, fracture and wear behaviors of C+N enhancing alloying austenitic steels, Materials Science and Engineering: A, 558, 15(2012)623–631.
26. G.B. Raymond, Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Marcel Dekker Inc., USA, 2(2004).
27. X.Y. Feng, F.C. Zhang, Z.N. Yang and M. Zhang, Wear behaviour of nanocrystallised Hadfield steel, Wear, 305, 1–2(2013)299–304