نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

– استفاده از ترکیبات بین فلزی Fe-Al برای بهبود رفتار تریبولوژیکی فولاد ابزار کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از روش پودر فشرده و پس از آن عملیات آنیل نفوذی در اتمسفر کنترل شده گاز آرگون و دمای C˚۹۰۰ استفاده شد و زمان بهینۀ آنیل نفوذی براساس ضخامت و رفتار تریبولوژیکی تعیین شد. ریزساختار و نوع فازهای تشکیل شده توسط متالوگرافی، سختی سنجی، پراش پرتوی ایکس (XRD)، میکروآنالیز (EDX) و اسپکتروسکوپی پلاسمایی (GDOS) مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر تشکیل ساختار سه لایه ای بر سطح نمونه های آلومینایز شده است که لایه اول ۲Fe۵Al و لایه های بعدی به ترتیب AlFe و ۳AlFe هستند. همچنین در سطح نمونه ها پس از آلومینایزینگ و آنیل نفوذی در زمان بهینۀ ۳۰ ساعت ساختار دولایه ای متشکل از AlFe در لایه اول و ۳AlFe در لایه دوم تشکیل شد. نتایج آزمایشهای سایش نشان می دهد که این نوع پوشش رفتار سایشی و اصطکاکی فولاد ابزار کربنی را به نحو مؤثری بهبود داده است. به طوری که بررسی سطوح، مقاطع و ذرات سایش نشان داده است، مکانیزم غالب سایش فولاد بدون پوشش، ورقه ای شدن همراه با خیش خوردن است و مکانیزم غالب سایش در نمونه ای که پس از آلومینایزینگ در زمان بهینه آنیل نفوذی شده از نوع ورقه ای شدن همراه با سایش اکسیداسیونی است.

---

نمونه های متالورژی پودر که با ترکیب شیمیایی مشخص از قطعات صنعتی تهیه شده بود تحت عملیات کربوره و برونایزینگ جامد قرار گرفت و با تغییر عوامل فرایند، حالت بهینۀ هرکدام تعیین شد. نمونه های استاندارد برای بررسیهای میکروسکوپی و آزمایشهای مکانیکی در این شرایط آماده شد و تحت آزمایش قرار گرفت. برای تعیین مقاومت سایشی، آزمایشهای تریبولوژیکی توسط دستگاه سایش پین روی دیسک با استفاده از زوج فولاد بلبرینگ در شرایط خشک انجام یافت. نتایج حاصل نشان می دهد که با انتخاب صحیح پارامترهای عملیاتی در فرایندهای ترموشیمی می توان از کاهش زیاد مقاومت ضربه ای در قطعات پودری جلوگیری کرد. عملیات برونایزینگ جامد در دمای ۹۵۰ درجۀ سانتیگراد، لایه ای به سختی حدود ۱۷۰۰ ویکرز با عمق نسبتاً کم ایجاد می کند که مقاومت سایشی آن بالاتر از عملیات کربوره در همان دماست، عمق نفوذ بُر در نمونه ها کمتر از کربن است و تأثیر نامطلوب عملیات برونایزینگ بر استحکام ضربه ای نسبت به عملیات کربوره کردن بسیار ناچیز است. مقایسۀ کلی نتایج ثابت می کند که عملیات برونایزینگ می تواند کارایی بیشتری برای برخی محصولات متالورژی پودر در مصارف سایشی داشته باشد.

---

در این پژوهش، برای بهینه سازی فرایندهای سیلیکونایزینگ و بروسیلیکونایزینگ جامد روی فولادهای کربنی، گستره ای از زمان عملیات و ترکیب پودر در دمای ثابت در نظر گرفته شد به گونه ای که مبنای بهینه سازی، ضخامت، کیفیت سطحی و سختی لایه-های به دست آمده بوده است. با توجه به یافته های آزمایشی، زمان و دمای بهینه هردو فرایند، به ترتیب ۴ ساعت و C˚۹۵۰ به دست آمد؛ ترکیب پودر در فرایند سیلیکونایزینگ، مخلوط ۵/۲% فروسیلیسیم، ۵/۲% کلریدآمونیم و مابقی اکسید آلومینیم تعیین شد در حالی که در عملیات بروسیلیکونایزینگ همزمان، ترکیب ۹۰% پودر برونایز بهینه و ۱۰% پودر سیلیکونایز بهینه، مخلوط مطلوب تشخیص داده شد. با انجام فرایندهای بهینه، پوششهای به ضخامت حدود mμ۱۵۰ و حداکثر سختی HV۶۰۰ در فولادهای سیلیکونایز شده و با ضخامت حدود mμ۱۰۰ و سختی بیش از HV۳۰۰۰ در فولادهای بروسیلیکونایز شده به دست آمد. بررسیهای میکروسکوپی و فازشناسی پرتو ایکس توسط آزمایشهای متالوگرافی، XRD و EDAX نشان داد که فازهای ایجاد شده در فرایند سیلیکونایزینگ عبارت اند از si۳Fe و ۳Si۵Fe، در حالی که طی فرایند بروسیلیکونایزینگ فازهای ۳(FeSi)B، B۲Si۹/۴Fe، FeSi، FeB و B۲Fe شناسایی شدند.

---

---