تأثیر زمان عملیات زیر صفر عمیق بر سختی و رفتار سایشی فولاد 5120AISI

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در این پژوهش تاثیر زمان عملیات زیر صفر روی رفتار تریبولوژیکی و ریزساختار فولاد سخت شونده سطحی 5120AISI ، مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه­های دیسکی شکل در دمای 920 درجه ‌سانتی‌گراد به مدت 6 ساعت کربن‌دهی و در هوا خنک شدند و پس از آستنیته­کردن درروغن سرمایش شدند؛ سپس بلافاصله پس از سرمایش و سنباده زنی، نمونه‌ها به مدت 1، 24، 30 و 48 ساعت در نیتروژن مایع نگهداری شدند و در دمای 200 درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت 2 ساعت بازگشت شد. آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک با استفاده از ساچمه کاربید تنگستنی با دو بار 80 و 110 نیوتن انجام شد. به‌منظور مشاهده‌ کاربید‌ها از محلول کلرید مس (5 گرم)+ هیدروکلریک اسید (100 میلی‌لیتر) + اتانول (100 میلی‌لیتر) استفاده شد. سختی نمونه­ها به روش ویکرز با بار 300 نیوتن قبل و بعد از بازگشت اندازه‌گیری شد. درصدآستنیت باقی‌مانده از روش تفرق اشعه X محاسبه شد؛ میزان آستنیت باقی‌مانده در نمونه CHT، 8 درصد، 1DCT، 4 درصد و در بقیه­ی نمونه­ها به میزانی کاهش یافته است که در الگوی پراش پیکی مشاهده نشد. نتایج نشان داد که عملیات زیر صفر عمیق منجر به افزایش سختی در تمام نمونه‌ها شده و میزان مقاومت سایشی در نمونه‌ها در هر دو بار اعمالی 80 و 110 نیوتن، در زمان­های 1 و 24 ساعت نسبت به نمونه عملیات زیر صفر نشده افزایش و در نمونه‌های 30 و 48 ساعت عملیات زیر صفر شده کاهش یافته است؛ به­گونه­ای که نمونه­ی 48 ساعت عملیات زیر صفر شده دارای کمترین مقاومت سایشی است. علت افزایش سختی نمونه­ها به‌دلیل کاهش میزان آستنیت باقی‌مانده در اثر عملیات زیر صفر عمیق و دلیل کاهش مقاومت سایشی نمونه­ها پس از 24 ساعت، رشد کاربید­ها و توزیع غیریکنواخت آن در ریز­ساختار و در نتیجه ضعیف شدن زمینه بوده است؛ بنابراین مدت زمان 24 ساعت عملیات زیر صفر عمیق بر فولاد 5120 زمانی بهینه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Deep Cryogenic Treatment on Hardness and Wear Behavior of 5120 AISI Steel

نویسندگان [English]

  • S. Torkian
  • A. Shafyei
  • A. Shafyei
  • M.R. Toroghinejad
  • M.R. Toroghinejad
  • M. Safari
Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In this paper the effect of deep cryogenic treatment time on microstructure and tribological behavior of AISI 5120 case hardennig steel is studied. The disk shape samples were carburized at 920 ◦C for 6 hours and air cooled; after austenitizing, the samples were quenched in oil.Then immediately after quenching and sanding, the sample were kept in liquid nitrogen for 1, 24, 30 and 48 h and then tempered at 200 ◦C for 2 hours. The wear test was done by ball on disk method using of WC ball at 80 and 110 N load. For characterization of carbides, the etchant solution of CuCl2 (5 gr)+HCl (100 mL) + ethanol (100 mL) was used. The hardness of samples before and after of tempering was measured by vicers method at 300 N load.. The amount of retained austenite was measured by X Ray Diffraction method. For 1DCT and 24DCT samples it was about 8% and 4%; in the other samples, the retained austenite peal was so decreased that it was not visible. The result showed that the hardness increases by deep cryogenic treatment in all speciments. While wear resistance increases in 1DCT and 24DCT samples, it decreases for 30DCT and 48DCT samples in compare with Conventional heat treatment (CHT) sample in both applied loads, such that , 48DCT sample has the least wear resistance. The cause of increament of hardness is due to reduction in amount of retained austenite as a result of deep cryogenic treatment and decreasing in wear resistance after 24 hour, is due to carbide growth and nonhemogenuse distribution in microstructure and then weakening of matrix. So the 24 hour deep cryogenic treatment was the best optimal for AISI 5120 steel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deep cryogenic treatment
  • Retained austenite
  • Hardness
  • Wear resistance
  • Carbide

مراجع

2. Das, D., Dutta, A.K., Ray, K.K., "Influence of Varied Cryotreatment on the Wear Behavior of AISI D2 Steel", Wear, Vol. 266, pp. 267-309, 2009.
3. Akhbarizadeh, A., Shafyei, A., Golozar, M.A., "Effects of Cryogenic Treatment on Wear Behavior of D6 Tool Steel", Materials & Design, Vol. 30,
pp. 3259-3264, 2009.
4. Akhbarizadeh, A., Golozar, M.A., Shafeie, A., Kholghy, M., "Effects of Austenizing Time on Wear Behavior of D6 Tool Steel after Deep Cryogenic Treatment", Journal of Iron and Steel Research,
Vol. 16, pp. 29-32, 2009.
5. Bensely, A., Prabhakaran, A., Mohan Lal, D., Nagarajan, G., "Enhancing the Wear Resistance of Case Carburized Steel (En 353) by Cryogenic Treatment", Cryogenics, Vol. 45, pp. 747-754, 2005.
6. Behara, A., Mishra, S.C., "Comparative Study of Cryo-Treated Steel", International Journal of Scientific & Technology Research, Vol. 1, 2012.
PP. 46-49.
7. Da Silva Flávio, J., Franco Sinésio, D., Machado Álisson, R., Ezugwu Emmanuel, O., Souza Jr Antônio, M., "Performance of Cryogenically Treated HSS Tools", Wear, Vol. 261, pp. 674-685, 2006.
8. Baldissera, P., Delprete, C., "Effects of Deep Cryogenic Treatment on Static Mechanical Properties of 18NiCrMo5 Carburized Steel", Materials & Design, Vol. 30, pp. 1435-1440, 2009.
9. Bensely, A., Venkatesh, S., Mohan Lal, D., Nagarajan G., Rajadurai A., Junik Krzysztof., "Effect of Cryogenic Treatment on Distribution of Residual Stress in Case Carburized En 353 Steel", Materials Science and Engineering, Vol. 479, pp. 229-235, 2008.
10. Senthilkumar, D., Rajendran, I., "Influence of Shallow and Deep Cryogenic Treatment on Tribological Behavior of En 19 Steel", Journal of Iron and Steel Research, Vol. 18, p. 53-59, 2011.
11. Podgornik, B., Majdic, F.,Leskovsek, V., Vizintin, J., “Improving Tribological Properties of Tool Steels through Combination of Deep-Cryogenic Treatment and Plasma Nitriding”, Wear, Vol. 288, pp. 88-93, 2012.
12. Gogte, Ch., Peshwe, D., Likhite, A., Lomte, S., "On the Mechanism of the Effect of the Cryogenic Treatment on High Speed Steels". Advanced Materials Research, Vol. 383-390, pp. 7138-7142, 2012.
13. Bensely, A., Senthilkumar, D., Mohan Lal, D., Nagarajan., G., Rajadurai, A., ”Effect of cryogenic treatment on tensile behavior of case carburized steel-815M17", Materials Characterization, Vol. 58, pp 485–491, 2007.
14. Wale, A.D., Wakchaure, V.D., "Effect of Cryogenic Treatment on Mechanical Properties of Cold Work Tool Steels", International Journal of Modern Engineering Research, Vol. 3, pp. 149-154, 2013.
15. Koneshlou, M., Meshinchi Asl, K., Khomamizadeh, F., "Effect of Cryogenic Treatment on Microstructure, Mechanical and Wear Behaviors of AISI H13 Hot Work Tool Steel", Cryogenics, Vol. 51, p. 55-61, 2011.
16. Dong, Y., Lin, X., Xiao, H.S., "Deep cryogenic Treatment of High-Speed Steel and its Mechanism", Heat Treatment of Metals, Vol. 25, pp. 55-59,
1998.
17. Das, D., Dutta, A.K., Toppo, V. and Ray, K.K., "Effect Of Deep Cryogenic Treatment On The Carbide Precipitation and Tribological Behavior of D2 Steel", Journal of Materials Manufacturing Process, Vol. 22, No. 4, pp. 474-480, 2007.
18. Das, D., Dutta, A.K., Ray, K.K., "Influence of Temperature of Sub-Zero Treatments on the Wear Behaviour of Die Steel", Wear, Vol. 267, pp. 1361-1370, 2009.
19. Amini, K., Nategh, S., Shafyei, A., “Influence of Different Cryotreatments on Tribological Behavior of 80CrMo12 5 Cold Work Tool Steel”, Materials & Design, Vol. 31, pp. 4666-75, 2010.
20. Meng, F., Tagashira, K., Azume, R., Sohma, H., "Role of eta Carbide Precipitation in the Wear Resistance Improvements of Fe-12cr-Mo-V-1.4c Tool Steel by Cryogenic Treatment", ISIJ International, Vol. 34, pp. 205-210, 1994.
21. Huang, J.Y., Zhu, Y.T., Liao, X.Z., Beyerlein, I.J., Bourke, M.A., Mitchell. T.E., "Microstructure of Cryogenic Treated M2 Tool Steel", Materials Science and Engineering A, Vol. 339, pp. 241-244, 2003.
22. Dhar, N.R., Paul, S., Chattopadhyay, A.B., "The Influence of Cryogenic Cooling on Tool Wear, Dimensional Accuracy and Surface Finish in Turning AISI 1040 and E4340c Steels", Wear, Vol. 249,
pp. 932-942, 2001.
23. Bensely, A., Senthilkumar, D., Mohan Lal, D., Nagarajan, G., Rajadurai, A., "Effect of Cryogenic Treatment on Tensile Behavior of Case Carburized Steel-815m17", Materials Characterization, Vol. 58, pp. 485-491, 2007.
24. Collins, D.N., Dormer, J., “Deep Cryogenic Treatment of a D2 Cold-Worked Tool Steel”, Conventional heat treatment, Vol. 24, pp. 71–74, 1997.
25. Das, D., Dutta, A.K., Ray, K.K., “Optimization of the Duration of Cryogenic Processing to Maximize Wear Resistance of AISI D2 Steel”, Cryogenics,
Vol. 49, pp. 176-184, 2009.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 35، شماره 3
آذر 1395
صفحه 57-67

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی