اثر ریزساختارهای مختلف بر رفتار خستگی فولاد ابزار سردکار DIN 1.2210
هلطفی دّّماى طضسخاًًی، ػلیشضا هـشلی*

چکيذه
دس ایي پظٍ ّؾ، خَاف خؼتگی فَلاد اتضاس ػشدواس 1.2210 DIN تا سیضػاختاسّّای هختلف هَسد تشسػی لشاس گشفتگشفتِ اػت .تذیي ه ظَس تا اػوال ػیىل ّاٍی ػولیات حشاستی هختلف، ػاختاسّّای شهال )N(، تیٌیتت توپتش ؿتذُ )TB(، دٍٍفتاصی تیٌیتٍت – هاٍستٌٌضیت توپش ؿذُ )TBM( هاستٌٌضیت توپش ؿذُ )TM( تا ػختی تمشًیثا یىؼاى )HRC 32 ~( اص ایي فَلاد ایداد گشِدیذ تتشسٍی آًْا آصهایـات ػختی، خؼتگی خوـی زشخـی ٍ وـؾ اًًدام ؿذ. ًتایح آصهت ى ّتای هىتاًًیىی ًـتاى داد وت دس تتیيسیضػاختاسّّای TM TBM ،TB، تا افضایؾ وؼش حدوی هاستٌٌضیت )Vm( دس حالی وَ اًًؼطافپزیشی واّؾ هییاتذ، اػتتکىامتؼلینِ حذ خؼتگی افضایؾ اػتکىام ْایی تمشیثا تشاتش اػت. هطالؼات ػطَح ؿىؼت تا هیىشٍ ػىَج الىتشٍ ًی SEM ًـاى داد و تا واّّؾ اػتکىام تؼلیٍن، اًذاصُ هتَػط دیوپلّا افضایؾ، تؼذاد آًْا دسٍ تضسگٌوتایی ااتتت وتاّّؾ هِتییاتتذ ٍ كتفکاتولیَاط خایگضیي ػاختاس دیوپلی هیؿ ًذ، و ایي ه ضَع واّّؾ حذ خؼتگی افضایؾ سفتاس تشدی سا ت خیتَخیِ هیوٌٌذ.
اشُ ّای کليذی: فَلاد اتضاس ػشدواس 1.2210DIN ، سیضػاختاس ،اػتکىام خؼتگی، ؿىؼت ًگاسی.

پيشگفتار
ف لادّ ای ات ضاس ػ شدواس اص واستشدّ ای هتٌ َػی دِس كٌؼت تشخ سداسًًذ. هؼوَلا ایي ف لادّّا خْت دػتیاتی تت
یاصّای تیـَواسی اِص كٌؼت تا Cr-V Cr-W ،V ،Cr آلیاط هی ؿ ًذ. ایي دػتت اص ف لادّّتا تتشای توتاهیٍ واستشدّتایدهای هکتیط ختایی وت هماٍٍهتت تت ػتایؾ خؼتتگیاّویت داسًًذ اػٍتفادُ هیِ ؿت ًذ [1]. یىتی اصِ ػٍوتذ تتشیيدلایل تخشیة ؿىؼت لطؼتات كتٌٌؼتی وت دس هؼتشمتاسگزاسیّایی دیٌٌتاهیىی لتشاس داسًًتذ، خؼتتگی اػتت. اصخولخولِ ػَاهلی ووِ اػتکىام خؼتگی ف لادّتا سا دػتتخَؽتغییش هی وٌٌذ، سیضػاختاس آًْا هی تاؿتذ . تت ّوتیيِ دلیتل،
طشاح ی ػ اصُ ای هى اًًیىی ت ا هماٍٍه تِ ت یٌ لات ل پیؾ تیٌٌیٍ تتذٍٍىّ داؿتتي فْْتن ػویتك اص ػَاهتل هتَاش تتش خؼتگی ت یظُ استثاط سیضػاختاس هَاد تا سفتتاس خؼتتگیآْا اهىاى پزیش خٍ اّّذ تَد [2].
ت اوٌ َى پ ظ ّؾّ ایی دس ه َسد اا ش سیضػ اختاسّای دٍٍفاصی زٌٌٍذ فاصی تش اػتکىام خؼتتگی، کتَ ایدتاد سؿذ تشنٍ ّنزٌٌیي ػطح همطغ ؿىؼت خًؼتگُی اًًدتامٍؿذُ اػت[18-3]. گشٍ ّتی اص هکممتیي ًـتاى دادًًتذ وتاػتکىام خؼتگی ف لادّای د فاصی تا سیضػاختاس فشیتیِ- هاستٌٌضیتی اص سیضػتاختاس فشیتتی- پشلیتتی فتَلاد دسیتافتیتاٍلاتش هی تاؿذ[5-3]. ؿتشهي هـتاّ ذُ وتشد دس ف لادّتایدٍفاصی فشیتی- هاستٌٌضیتی حذ خٍؼتگی تا افتضایؾ دسكتذهاستٌٌضیت تا حذٍٍد 30% افضایؾ دس همادیش تتالاتش وتاِّّؾهی یاتذ[6]. خلمتی اوشاهی ًیض ت ایي تید سػیِذ و دس فَلاد 4340، طَل ػٍوش خؼتگی دس اتتذًا تتا اضتاف ؿتذىفشیت ًؼثت ت ػاختاس تیٌیتی تا 11% واّ ؾ یافتت ٍلتیدس اداه تا افضاِیؾ دسكذ حدوتی فشیتت تتا 34% افِتضایؾهی یاتذ د تتاسُ تتا افتضایؾ فشیِتت وتاّّؾ هتی یاتتذ [7].
گَدسصیٍ اوشاهی ًـاى دادًذ و حذ خؼتگی فتَلاد ػتػتِفاصی فشیتی- تیٌیتت ی- هتاستٌٌضیتی ) FBM( دس همایؼت تتاػاختاس دٍٍفتاصی فشیٍتتی- تیٌیتت ی دس فتَِلاد 4340، تتالاتشاػت[8]. ػٍ دّ اوا وىاساًّوىاساًؾًؾ تا هطالؼ خَاف خؼِتتگیفَلاد هیىشٍآلیاطی38MnSiV5 هـتاّ ذُ و دًًتذ وت حتذخؼتگی ػاختاس زٌٌذ فاصی F-B-M حاكلً اص فشایٌٌذ تَسدوٌتشل ؿذُ تمشیثا تا حذ خؼتگی ػاختاس هاستٌٌضیت توپتشؿذُ تشاتش ت دُ دس حالیووِ اص ػاختاس فشیتی- پشلیتی تالاتش اػت[9]. ت هیتا وىتاساًًؾ گتضاسؽ وشدًًتذ وت فتَلادآػتوپش اكلاح ؿٍتذُ تتا سیضػتاختاس 26% آػتتٌٌیتِ – 10% هاستٌٌضیت- تیٌیت تالاییٍ حتذ خؼتتگی یىؼِتاًی تتا فتَلادهاستٌضیتی توپتش ؿتذُ تتالاتش اص فتَلاد تت طتَس هؼوتَلآػتوپشؿِذُ آى داسد [10]. ّنزٌٌیي گشگشٍّتیّتی اص هکممتیيتاِ هطالؼ سفِتاس سؿذ تشنِ خؼتتگی ) 1FCP( فتَلاد 4340 ت ایي تید سػیذًًذ و افضایؾ وؼش حدوتی فتاص ااً یتااًَیتِداوتیلً تاػث واّؾ ًشخ سؿذ تشنِ خؼتگی هتی ؿتَد. تتاایي خَد آًْا دسیافتٌٌذ هماٍٍهت تت سؿتذ تتشن خؼتتگیصهاًًی ووِ فاص دٍٍم هاستٌٌضیت توپتش ؿتذُ تاؿتذ ًؼتثت تتتتِصهاًی و تیٌیتت پتاییٌٌی تاؿتذ، تْْتتش اػتت[11]. ختَدفاصّای ػخت هی ت اًذ تاایش صیتادی تتش سفتتاس سؿتذ تتشنخؼتگی داؿت تاِؿذ. دس ایي خلَف، گش ّی اص هکممتیيهـا ذُ وشدًًذِ و تا افضایؾ وؼش حدوی هاستٌضیِتت ًتشخسؿذ تشن خؼتگی واّؾ هتی یاتتذ دس حتالی وت همتادیشآػِتاًآػتاًِ) ΔKth( افضاٍیؾ هی یاتذ. آًْا تتِ ایي تیدتًتیدتِ سػتیذًذ
و دس ف لادّّای دٍفاصی تا وؼش حدویٍ تالایی اص هاستٌٌضیت هؼیش تشن پیر خن داستش خ اّّذ تَد ًشخ سؿذ تشن تتاوٌٌذ ؿذٍى یا اًًکشاف َن تشن واّؾ هی یاتذ[12].
ػلاػلاٍُ تش تَع فاصّّتا، ه سف لتَطی فاصّّتا ًیتض تتاایشاتت ػضایی تش سؿذ تشن خِؼتتگی داسًتذ. تکمیتك هتَلایی اوِشاهی ًـاى هی دّذ و دس ف لادّتای دٍٍفتاصی تتا دسكتذٍیىؼاى اص هاستٌضیتت، حتذ خؼتتگی فتَلاد تتا ه سفَ لتَطیهاستٌٌضیت فیثشی تالاتش اص فتَلاد تتا ه سفَ لتَطی هاستٌضیتتؿثى ای اػت [13]. ّنزٌٌیي تختیاسی وىاساًّوىاساًؾًؾ ًـاى دادًًذ ووِ دس ػاختاسّّای ددٍفاصیٍفاصی فشیتتی – تیٌیتت ی تتا 34% فشیت وؼشّای حدوی هتفاٍٍت تیٌیت حاكل اص دهاّای آػتتتوٍپشیٌم هتفتتاٍٍت، حتتذ خؼتتتگی فتتَلاد تتتا تغییتتشه سف لَطی تیٌیت اص تیٌیت پتاییٌٌی تتا تتالایی )حاكتل اصافَ ضایؾ ده ای آػ توپشیٌم اص 300 ت ا

400( و اّّؾ هی یاتذ [14].
دس ایي هیاى تکمیمات هٌتـش یافتیافتِ دسهَسد سفتاس خؼتتگیٍف لاٍدّای اتضاس، ت یٍظُ ًمؾ ااش سیضػاختاِس اًًتذن ؼتتٌٌذ ػلا تش ایي دس پظ ّؾّّای اًًتـاس یافت ًیض اغلة دس هَسد ااش ًاُخاللیّای غیشفلضی یا واستیتذّّای ه ختَد دس فتَلاداتضاس تش خ اًخَاًِ صًًی تشن خؼتگی تکث ؿذُ اػت[17-15].

1- Fatigue crack propagation
فَلاد اتتضاس ػتشد وتاسDIN1.2210 تت طتَس گؼتتشدُ دسواستشدّّایِ كٌٌؼتیٍ اص خولخولِ لِطؼاتٍ هاؿِیي، هک سّّا، زتشخدًذُ ّا، هت ّا، للا یضّّاِ، ػِ ث ّا اتضاسّای ػتَساخ وتاسیاػتفادُ هیؿَد. تا ت خ ت واستشدّای هزوَس، ایتي فتَلاددس اغلة هٍَاسد اػتفادُ، تکت تاسّّای دیٌٌاهیىی زشخ ای لشاس داسدِ دس تیدًِتیدِ تلاؽ تشای ت ثَد سفتتاس خؼٍتتگیِ آىًؼثت ت ػایش خَاكؾ دس ا لَیت لشاس داسد. تشسػتیّ ّتایاًدام ؿذُ ًـاى داد وت تتاوٌ َى هطالؼتاتی دس هتَسد ااتشسیضػاختاسّّای هختلف تش سفتاس خؼتگی ف لادّای هختلف اًًدام ؿذُ اػت؛ ٍلی تا ایي خَد ّیرگ تگًَتِ اطلاػتاتی دسصهیٌ خَاف خٍؼتگی ایتي فتَلاد ختَد ًتذاسد. تٌٌتاتشایيّذفِ اص ایي پظ ّؾ تشسػی ااتش سیضػتاختاسّّای گ تاگَى تیٌیتی- هٍاستٌٌضیتی تا دسكذّّای هختلف هاستٌٌضیتٍ تش سفتاِس خؼتگی هىاًیضمِ ؿىؼت فتَلاد 1.2210 DIN همایؼتآى تا ػاختاس شهالًشهالِ ت دُ اػت.

مواد و روش تحقِيق
فَلاد هَسد هطالؼت دس ایتي تکمیتك، فتَلاد اتتضاس ػتشدواسDIN 1.2210 هی تاؿذ و تشویةٍ ؿتی ویایی آى تَػٍتطسسٍؽٍؽ و اًتَهتشی تش حؼةِ دسكذ صًی دس خذٍل 1 آ سدُ ؿذُ اػت. هیلگشدِّّایی تت لطتشmm 9 اص ایتي فتَلاد دس ؿشایط ًَسدیَسدی ت ی گشدیذ.
لثل اص ػولیات حشاستی، و ّای خؼتگی تَػط دػتگاُ CNC هط اتك ت ا اػ تاًذَاسًِد DIN 50113 تشاؿ ىاسی ؿذًذ )ؿىل1(. خْت تشسػی ااش سیضػتاختاسّای هختلتفتش سفتتاس خؼتتگی، فتَلاد دسیتافتی تکتت 4 تَع ػتیىلػولیات حشاستی هختلف تا ػختی ّای ْایی یىؼتاى لتشاسگشفت. دس اتتذِا تواهیٍ وًِوًَِ ّا ت هذت 1 ػاػت دس دهتای

820 شهال ؿذًًذ ت 4 گتشٍِ تمؼتین گشدِیذًًتذ. یته
گتشگتشٍُ اص ایتي ف لادّ ا تتتتِ ػٌ تَاىُ ف َلاد شهالتًشهالتِ) N( وٌ اس گزاؿُت ؿذٍ.

ػػِ گشگشٍُ دیگتش اص ایتي ف لادّتا خْْتت دػتتیاتی تتتتِػاختاسّای هتفاٍٍت تا دِسكذّّای هختلتف هاستٌضیتت تتاػختی هـات فَلاد شهالًشهالِ) RC32~( هطتاتك تتا ختذٍٍل 2 تکت ػِ َع ػِیىل ػولیات حشاستی هختلف لشاس گشفتٌٌذ .ایي ػ گشً ت فَلاد ّتای هاستٌضیتت تٍوپتش ؿتذُ) TM(، تیٌیتی- هاسُتٌٌضیتی توپش ؿذُ) TBM( تیٌیتی توپش ؿذُ )TB( ًامگزاسی ؿذًذ. ػپغ وًوًَِ ّای حاكل اص ػتیىل –
ّای هختلف ػولیات حشاستی تٍکت تشسػی سیضػتاختاسی خَاف هىاًًیىی ت یظُ وـِؾ خؼتگی لشاس گشفتٌٌذ. تشایٍ هـاّ ذُ سیضػاختاس، و ّای هتالَگشاٍفی اتتذا تا اػتتفادُاص تىٌٌیه ّای هتذاٍٍلً پتًَلیؾ آهتادُ دس ْایتت تَػتطهکلت َل آؿىاسػت اص ًایتت ال 2% اذ ؿت ذًذ. هـت اّذات سیضػاختاسی تَػط هیىش ػىَج ًَسیَسی هذل OLYMPUS PMG3 اًدام ؿذ. وؼتش حدوتی فاصّتای ّتش سیضػتاختاستَػط ًشم افضاس آًًالیض تلَیش ولوىغ تؼییي گشدیذ .آصهَى ػ ختی ػتٌٌدی دس همیتاعRC ت ا اػ تفادُ اص دػتتتگاُ INSTRON هتتتذل WOLPERT GmbH هطتتتاتكِ تتتتا
اػتتاًًذاسد ASTM E18 اًًدتام گشدیتذ [19]. و تًوًَتِ ّ ای آصهَى وـؾ تتشایِ ػتاختاٍسّّای حاكتل تؼتذ اص ػولیتاتحشاستی تا لطش ا لی mm 6 طتَل ا لیتِmm 36 هطتاتكاػتاًذاسد ASTM E8M ت ی گشدیذًتذِ [20]. آصهایـتاتوـؾ تَػٍط دػتگاُ وـؾ ػٌتام هتذل 400-ASTM دس دهای اتاق تا ػتشػت ااتتت فته تشاتتش تتا 1-mm/min10 اًًدام ؿذًًذ. خْت خلََگیشی اص ااشات صتشی ػتطح تتشسٍٍیًتایح خؼتگی، ػطح و ّتا لثتل اص آصهتَى تتا ػتوثادُ
2500 پَلیؾ ؿذًذ. آًصهَى خؼتگی تا اػتفادُ اص دػتتگاُآصهَى خؼتگی هذل HI-TECH اص َع خوـی- زشخـی تا فشواًغ rpm(97Hz5800( ٍ ًؼتًثت تٌـتی 1- ;R دس دهای هکیط اًًدام گشدیذ. هٌ کٌٌی S-N دس 9 ػتطح تتٌٌؾتشای ّش سیضػاِختاس تشػین گشدیذ. تشای ّش ػطح تٌٌِؾ ًیض حذالل 3 وًوًَِ آصهایؾ ؿذ. تٌٌؾ دس 107 ػیىل ت ػٌ َاى حذ خؼتگی دس ًظش گشفت ؿذ. ػطح ؿىؼٍت و ت ّتایخؼتگی تَػط هیىشٍ ػتىَِج ّتایSEM اػتًتشَیاػتتشیَ تَسیهَسد تشسػی لشاس گشفت لطش هتَػط دیوپلّتای ػتطحؿىؼت تَػط ًشم افضاس آًالیض تلَیش ولوىغ اذاصُ گیتشیؿذ.
نتایج و بحث هشاّذات ريسساختاری ؿ ىل 2 سیضػ اختاس هیىشٍٍػ ىَج َسی ف َلاد دسیتافت ی سا ًـ اى هتی دّ ذ و ؿتاهل تًَصی غ و اهلِایىٌ َاختی اص واستی ذّای و شٍٍیِ اهکلَل دس صهیٌ فشیت ی ه ی تاؿ ذ. دس ؿ ىل 3 تلً اٍیش هیىشٍٍػ ىَپی سیضػاختاسّّای هَسد تکث ًـتاى دادُ ؿتذُ اػتت. دستواهی سیضػاختاسّّای ؿىل 3، همذاس لاتتل تت خْتتَخْیْی اصواستیذّای وشٍٍی اهکلَل ا لیاٍلیِ ت وشاُ همتذاس ووتیاص واستیِذّّای سیض ؿىل گشفتت اصِ فشّایٌٌتذ توپتش ختَدداسد و تَػتط فلتؾ ًـتاى دادُ ؿتذُ اػتت. ؿتىل

شکل 1- اتعاد وًَوًَِ آزهَى خستگی هطاتق تا استاًًذارد 50113-DIN

جذٍٍل1- ترکية شيويايی فََلاد هََرد استفادُ تر حسة درصذ زًًیٍزًی.

)

تشویة
(
ؿیویایی

ًی
ص
دسكذ

%C

%Si

%Mn

%P

%S

%Cr

%Ni

%V

%Fe

23
/
1

28
/
0

37
/
0

150
/
0

022
/
0

59
/
0

13
/
0

10
/
0

Bal.

)

تشویة

(

ؿیویایی

ًی

ص



قیمت: تومان


پاسخ دهید