اثر پرلیت‌زایی بر ریزساختار ریختگی و عملیات حرارتی شده فولاد هادفیلد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران

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

3 استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در این مقاله، اثر پرلیت‌زایی بر ریزساختار ریختگی و عملیات حرارتی شده فولاد آستنیتی منگنزی موسوم به هادفیلد بررسی شد. نمونه‌های با مقادیر مختلف کربن و منگنز با استفاده از کوره القایی آزمایشگاهی و به روش ریخته‌گری دقیق تولید شدند. مطالعات ریزساختاری در شرایط ریختگی، آنیل شده و عملیات محلولی و تندسرمایی شده در آب به وسیله میکروسکپ نوری، پراش اشعه ایکس، فریت‌سنجی و میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدان، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعات میکروسکپی نشان داد که ریزساختار ریختگی و آنیل شده این فولاد در دمای محیط شامل زمینه آستنیتی به همراه کاربید و فریت در مرز یا به طور جزیی در درون دانه‌های آستنیت است. بررسی‌های دقیق میکروسکپ الکترونی روبشی نشان داد که فازهای فریت و کاربید در اغلب موارد به صورت کلونی‌های پرلیتی تشکیل می‌شود. همچنین مشاهده شد که افزایش مقدار کربن و انجام عملیات حرارتی آنیل، پرلیت‌زایی را بیشتر تسهیل می‌کند. با انجام عملیات حرارتی نهایی انحلالی و تندسرمایی در آب، کلونی‌های پرلیت به دانه‌های آستنیت جدید و فرعی تبدیل شده و از این طریق می‌توانند سبب ریزتر شدن دانه‌های آستنیت شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Pearlitizing on the as cast and as heat-treated Microstructure of Hadfield Steels

نویسندگان [English]

  • milad Khayat 1
  • Sh Kheirandish 2
  • Majid Abbasi 3
1 M.Sc. Graduated Student, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
2 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Babol Noshirvani University of Technology,
چکیده [English]

In this paper, the effects of pearlitizing on the as cast and as heat-treated microstructures of austenitic manganese steel (named Hadfield steel) were evaluated. The samples with different contents of carbon and manganese were produced using induction furnace and precision casting method. The as-cast, annealed, and solution treated microstructural studies were performed by optical microscopy, X-ray diffraction, ferritescopy and field emission scanning electron microscopy. The microstructural results showed that the as cast and annealed microstructures of the steel in room temperature consist of austenite matrix, carbide and ferrite. Fine examination by scanning electron microscope shows that the ferrite and carbide phases are formed as pearlitic colonies. It was also observed that the increase in carbon content and annealing heat treatment are more facilitated the pearlitizing. By applying the final heat treatment (solution and quenching in water), pearlite colonies convert to new fine austenite grains and then the austenite grains sizes are decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hadfield Steel؛ Pearlitizing
  • Grain size
  • Heat treatment

[1] P. Rama Rao and V.V. Kutumbarao, “Developments in Austenitic Steels Containing Manganese”, International Materials Reviews, Vol. 34, pp. 69-86, (1989)

[2] A.K. Srivastava, K. Das, “Microstructural Characterization of Hadfield Austenitic Manganese Steel”, Journal of Material Science, Vol. 43, pp.  5654-5658, (2008)

[3] A. Chojecki and I. Telejko, “Cracks in High Manganese Cast Steel”, Archives of Foundry Engineering, Vol. 9, pp. 17-22, (2009)

4. م. عباسی، ، ش. خیراندیش، ی. خرازی، ج. حجازی، "بررسی تاثیر برخی عوامل اصلی بر رفتار سایشی فولاد هادفیلد"، علوم و مهندسی سطح، 7، 1388، 69-80.

[5] A. Goldberg, O.A. Ruano and O.D. Sherby, “Development of Ultrafine Microstructures and Superplasticity in Hadfield Manganese Steel”, Material Science and Engineering A, Vol. 150, pp. 187-194, (1992)

6. م. مهری، م. رواندوست، ع. صالحی، " بررسی اثر افزودن فروبور بر ریزساختار فولاد منگنزی هادفیلد"، یازدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، (1386).

[7] 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, Vol. 532, pp. 260– 266, (2012)

8. ع. علی‌پور، س. حسین‌نژاد، ا. م. شکری، ع. علی‌پور جهانی، " بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی دو نوع فولاد هادفیلد ریختگی"، چهارمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعه علمی ریخته گری ایران، (1389).

[9] ASM Handbook, Vol. 1, "Properties and Selection: Irons, Steels and High Performance Alloys", Austenitic Manganese Steel, pp.1274-1302, (2005)

[10] E. Bayraktar, F.A. Khalid and C. Levaillant, “Deformation and Fracture Behavior of High Manganese Austenitic Steel”, Journal of Material Processing Technology, Vol. 147, pp. 145-154, (2004)

[11] M. Abbasi, S. Kheirandish, Y. Kharrazi and J. Hejazi, “The Fracture and Plastic Deformation of Aluminum Alloyed Hadfield Steels”, Materials Science and Engineering A, Vol. 513–514, pp. 72–76, (2009)

[12] R.W. Smith, A. DeMonte, W.B.F. Mackay, “Development of High-Manganese Steels for Heavy Duty Cast-to-Shape Applications”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 153–154, pp. 589–595, (2004)

[13] S. Kuyucak and R. Zavadil, “On the Heat Treatment of Hadfield’s Austenitic Manganese Steels Part IV: Microstructure vs. Impact Toughness Relationship”, AFS Transactions, Vol. 116, pp. 1281-1298, (2002)

[14] S. Kuyucak, V.Y. Gertsma and R. Zavadil, “On the Heat Treatment of Hadfield’s Austenitic Manganese Steels Part VIII: Studies on Microcharacterization”, AFS Transactions, Vol. 129, pp. 1-10, (2004)

15. م. رواندوست، م. نقوی، م. شاعری،"بررسی اثر کوئنچ مستقیم بر ریزساختار فولاد منگنزی هادفیلد"، یازدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، (1386).

[16] J.E. Katz, Q.A. Kerns, B.R. Sandberg, “Digital Measurement of Ferrite Hysteresis Loops”, IEEE Trans. Nucl. Sci, Vol. 16, pp. 546-550, (1969)

[17] N. Fan, X. Ma, Z. Ju, J. Li, “Formation, Characterization and Magnetic Properties of Carbon-Encapsulated Iron Carbide Nanoparticles”, Materials Research Bulletin, Vol. 43, pp. 1549–1554, (2008)

[18] ASM Handbook, Vol. 9, “Metallography and Microstructures, Austenitic Manganese Steel”, pp. 428-438, (2005)

[19] M.X. Zhang and P.M. Kelly, “The Morphology and Formation Mechanism of Pearlite in Steels”, Materials Characterization, Vol. 60, pp. 545–554, (2009)

[20] W.C. Cheng and Y.C. Li, “The Coexistence of Two Different Pearlites, Lamellae of (Ferrite +M3C), and Lamellae of (Ferrite +M23C6) in a Mn-Al Steel”, Metallurgical and Materials Transaction A, Vol. 43 A, pp. 1817-1825, (2012)

[21] W.C. Cheng and S.M. Hwang, “A Eutectoid Reaction for the Decomposition of Austenite into Pearlitic Lamellae of Ferrite and M23C6 Carbide in a Mn-Al Steel”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 42A, pp. 1760-1766, (2011)

[22] N.A. Razik, G.W. Lorier and N. Ridley, “An Investigation on Manganese Partitioning during the Austenite to Pearlite Transformation Using Analytical Electron Microscopy”, Acta Metallurgica, Vol. 22, pp.1249-1258, (1974).

[23] G.F. Vander Voort, “Atlas of Time-Temperature Diagrams for Irons and Steels”, ASM International, pp. 205-206, (2007).

[24] J.S. Kirkaldy and R.C. Sharma, “Stability Principles for Lamellar Eutectoid Reactions”, Acta Metaallurgica, Vol. 28, pp. 1009-1021, (1980).

[25] A.S. Pandit and H. K.D.H. Bhadeshia, “Diffusion–Controlled Growth of Pearlite in Ternary Steels”, Proceeding of royal Society of London-A, Vol. 476, pp. 2948-2961, (2011).

[28] A.S. Paandit, “Theory of Pearlite Formation in Steel”, PhD Thesis, University of Cambridge, (2011).