بررسی تاثیر افزودنی های CeO2 و Hf به عنوان جوانه زا بر میکروساختار و سختی فولاد آستنیتی منگنزی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده‌ی ‏مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران‏

2 استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه صنایع و معادن ایران

10.22034/frj.2022.314453.1144

چکیده

فرآیند ریزدانه‌سازی با اعمال روش‌های عملیات حرارتی نمی‌تواند به طور موثری برای فولادهای تک فاز آستنیتی از جمله فولادهای هادفیلد به کار گرفته شود. دیگر روش‌های جوانه‌‌زنی‏ مانند روش‌های ترمومکانیکی، انرژی، هزینه و پیامدهای زیست محیطی بیشتری به همراه دارند. در این مقاله عوامل جوانه‌زای مبتنی بر عناصر کمیاب خاکی (REM) و به طور خاص 2CeO و Hf  به صورت ریختگی و با مقادیر 0 ، 05/0 و 1/0 درصد وزنی 2CeO و همچنین 0 و 05/0 درصد وزنی Hf در یک دمای بارریزی ثابت به یک فولاد هادفیلد ریختگی افزوده شد. بررسی‌های میکروسکوپ نوری، XRD و SEM به منظور تحلیل ریزساختار مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان از تاثیر مقدار جوانه‌زا بر اندازه‌ی دانه‌های آستنیت، جدایش، کاهش 80/42% فاصله‌ی ‏بین لایه‌ای پرلیت نسبت به نمونه‌ی ‏پایه، کاهش میکروحفرات انقباضی و افزایش سختی این فولادها علی‌رغم تغییر اندک خواص مکانیکی داشت. بررسی اندازه دانه، کاهش 38/6 % اندازه دانه در نمونه‌ی حاوی 2CeO wt% 1/0 نسبت به نمونه‌ی ‏پایه را نشان می‌دهد. تغییرات مقدار سختی در فولادهای جوانه‌زنی شده نسبت به فولاد پایه شاهد افزایش 95/80 درصدی در حالت ریختگی است که این شاخصه با توجه به لزوم دارا بودن خواص بالای ضد سایش در این فولادها به شکل ویژه‌تری حائز اهمیت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mu W., Shibata H., Hedström P., Jönsson P.G., Nakajima K., Combination of in situ microscopy and calorimetry to study austenite decomposition in inclusion engineered steels, Steel Research International, 2016, 87(1) 10-14.
[2]  Arvola D.A., Emmendorfer M.C., Omalley R.J., Lekakh S. N., Bartlett L. N., Effect of grain refining on properties of a cast superaustenitic stainless steel, Journal of Materials Engineering and Performance, 2019, 28(3) 1382-1390.
[3]  Bartlett L.N., Avila B.R., Grain refinement in lightweight advanced high-strength steel castings, International Journal of Metalcasting, 2016, 10(4) 401-420.
[4]  Ji Y., Zhang M.X., Ren H., Roles of lanthanum and cerium in grain refinement of steels during solidification, Metals, 2018, 8(11) 884.
[5]  Bramfitt B. L., The effect of carbide and nitride additions on the heterogeneous nucleation behavior of liquid iron, Metallurgical Transactions, 1970, 1(7) 1987-1995.
[6]  Turnbull D., Vonnegut B., Nucleation catalysis, Industrial and Engineering Chemistry, 1952, 44(6) 1292-1298.
[7]  Tiller W., Takahashi T., The electrostatic contribution in heterogeneous nucleation theory: Pure liquids,
 Acta Metallurgica, 1969, 17(4) 483-496.
[8]  Yu H.R., The empirical electron theory of solids and molecules, Chinese Science Bulletin, 1978, 23(4) 217-224.
[9]  Zhang X.M., Kelly P., Edge-to-edge matching model for predicting orientation relationships and habit
planes the improvements, Scripta Materialia, 2005, 52(10) 963-968.
[10] Kelly P., Zhang X.M., Edge-to-edge matching a new approach to the morphology and crystallography of precipitates, In Materials Forum, 1999, 23, 41-62.
[11] Zhang X.M., Kelly P.M., Crystallographic features of phase transformations in solids, Progress in Materials Science, 2009, 54(8) 1101-1170.
[12] Bramfitt B., Planar lattice disregistry theory and its   application on heterogistry nuclei of metal, Metallurgical Transactions, 1970, 1(7) 1987-1995.
[13] Tuttle R., Examination of steel castings for potential nucleation phases, International Journal of Metalcasting, 2010, 4(3) 17-25.
[14] Suito H., Ohta H., Morioka S., Refinement of solidification microstructure and austenite grain by fine inclusion particles, ISIJ International, 2006, 46(6) 840-846.
[15] Haakonsen F., Solberg J.K., Klevan O.S., Van der Eijk C., Grain refinement of austenitic manganese steels, Aistech 2011 Proceedings, 2011, 2, 763-771.
[16] Venturelli B. N., Albertin E., Azevedo C.R.D.F., The effect of the austenite grain refinement on the tensile and impact properties of cast Hadfield steel, Materials Research, 2018, 21.
[17] Fernandes P.E.G., Santos L.A., Effect of titanium and nitrogen inoculation on the microstructure, mechanical properties and abrasive wear resistance of Hadfield steels, Rem-International Engineering Journal, 2019, 73, 77-83.
[18] Arvola D.A., Lekakh S.N., Omalley R.J., Bartlett L.N., Two inoculation methods for refining as-cast grain structure in austenitic 316L steel, International Journal of Metalcasting, 2019, 13(3) 504-518.
[19] Sabzi M., Farzam M., Hadfield manganese austenitic steel: A review of manufacturing processes and properties, Materials Research Express, 2019, 6(10) 1065c2.