بررسی خواص ریز ساختاری و مکانیکی اتصال غیر مشابه فولاد AISI ۱۰۳۵ و چدن سفید پرکروم با فرایند ریخته گری مرکب

اتصال دهی به روش ریخته گری مرکب برای اتصال فلزات مشابه یا غیر مشابه از طریق ریخته گری مستقیم حاصل می شود. در این روش اتصال بین یک فلز جامد و فلز مذاب و با کمک یک فرایند نفوذ در فصل مشترک جامد-مذاب ایجاد می شود. در این پژوهش، خواص اتصال بین فولاد ساده کربنی ۱۰۳۵ AISI به عنوان فلز جامد و چدن پر کربن کروم-ضد سایش به عنوان فلز مذاب و با استفاده از فرایند ریخته گری ترکیبی بررسی شده است. برای بررسی ریزساختار و خواص این اتصال از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی SEM، آنالیز عنصری EDX، آنالیز فازی پراش پرتو XRD (X)، آزمون کشش و آزمون سختی سنجی استفاده شد. دماهای پیشگرم ۲۵ و ۳۵۰ درجه سلسیوس و شرایط سطحی فولاد شیاردار و صافی (سطح درج فلزی فولاد) ساده کربنی ۱۰۳۵ AISI به عنوان پارامترهای متغیر در نظر گرفته شده است. برای انجام عملیات ریخته گری ترکیبی از قالب های ماسه ای استفاده شده است به نحوی که درج فلزی در داخل قالب قرار گرفته شد و سپس مذاب چدن با دمای ۱۴۰۰ درجه به داخل قالب ماسه ای با طرح اتصال لب به لب ریخته شده است. بررسی ریزساختار فصل مشترک اتصال به ترتیب مناطق فصل مشترک دندریتی، رقیق شده و هم محور ظریف از سمت فولاد به سمت چدن را نشان می دهد. این شیب ریزساختاری در نمونه های پیشگرم شده در دمای ۳۵۰ درجه با شدت بیشتری مشاهده شد. در نمونه پیشگرم شده و شیاردار فصل مشترک کوچکتر شده و اتصال بهتری صورت گرفته است که نشان دهنده ممزوج شدن و آلیاژسازی و در نهایت نفوذ عناصر آلیاژی از سمت چدن به فولاد است. در منطقه دندریتی رشد از حالت صفحه ای به دندریتی تغییر یافته و دندریت های Y از فصل مشترک به سمت مذاب باقی مانده چدن در خلاف جهت انتقال حرارت پیشروی کرده اند. استفاده از عملیات پیشگرم باعث شده است تا از طول دندریت ها کاسته شده و بر وسعت منطقه هم محور ظریف بیفزاید. در منطقه رقیق شده به دلیل پس زدن عناصر آلیاژی از دندریت ها ساختار یوتکتیکی از M۲۳C۶+y مشاهده می شود. در نهایت در منطقه هم محور که ریزساختار آن شامل زمینه Y محلول جامد - آهن کربن - کروم نیکل منگنز مولیبدن و کاربیدهای با دو مورفولوژی شش وجهی و میل شکل است در تمام نمونه های اتصال داده شده مشاهده شده است. آنالیز خطی در امتداد درز اتصال نشان داد که در مناطق اتصال داده شده و نمونه های اتصال کامل نفوذ کمی از عناصر آلیاژی از سمت مذاب چدن به سمت فولاد اتفاق افتاده که در بهبود خواص اتصال بسیار موثر بوده است. بررسی پروفیل ریزسختی مقطع محل اتصال نمونه ها نشان داد که با پیشروی از سمت فولاد به سمت چدن سختی افزایش می یابد اما یک افت ناگهانی در سختی در منطقه رقیق شده به دلیل ایجاد ریزساختار یوتکتیکی اتفاق می افتد. نمونه پیشگرم نشده با سطح صاف کمترین استحکام شکست و نمونه پیشگرم شده در دمای ۳۵۰ با سطح شیاردار بیشترین میزان استحکام شکست را از خود نشان داد. استفاده از شرایط سطحی باعث به دام افتادن مذاب در شیارها شده و شرایط برای انحلال درج فولاد ساده کربنی و ممزوج شدن فراهم شده که منجر به استحکام نهایی ۱۰۰ MPa شده است.

کلیدواژه ها:

ریخته گری ، مرکب ، چدن ، پرکروم ، فولاد ساده کربنی ، ۱۰۳۵ AISI