تاثير افزودن سيليسيوم بر ريزساختار و خواص تريبولوژيكي روكش‌هاي Fe-Al توليد شده توسط فرايند GTAW

The effect of Si addition on microstructure and tribological properties of Fe-Al claddings produced by GTAW process

در اين پژوهش به ارزيابي ريزساختار و رفتار تريبولوژيكي فولاد كربني CK45 پوشش داده شده با آلياژهاي Fe-Al و Fe-Al-Si با استفاده از فرآيند GTAW پرداخته شد. جهت بررسي ريزساختارهاي تشكيل شده از ميكروسكوپ نوري و همچنين جهت تعيين فازهاي موجود روي سطح روكش­ها از آزمون پراش اشعه ايكس (XRD) استفاده شد. جهت ارزيابي رفتار سايشي روكش­هاي ايجاد شده از آزمون سايش پين روي ديسك در دو دماي محيط و 500 درجه سانتيگراد استفاده شد و در ادامه سطوح سايش جهت تعيين مكانيزم غالب سايش با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه ريزساختار فلز جوش نمونه­ي Fe-Al-Si به­صورت دندريتي و در برخي نقاط به صورت شبكه­اي رشد كرده است، در صورتي كه در نمونه ­ي Fe-Al به­صورت تيغه­اي رشد كرده است. در فلز جوش نمونه سه­ تايي Fe-Al-Si به واسطه حضور Si به عنوان يك عنصر آلياژي، وسعت منطقه انجماد سلولي و صفحه­اي كم­تر بود و جاي خود را به منطقه انجماد دندريتي هم محور داده بود. الگوي پراش پرتو ايكس روكش­ها نشان داد كه در روكش دوتايي فاز غالب Fe3Al و در روكش سه­تايي فاز غالب (Fe,Si)3Al مي­باشد. همچنين نمونه­ي Fe-Al-Si نسبت به نمونه­ ي Fe-Al داراي سختي و مقاومت به سايش بهتري بود و با افزودن سيليسيوم به سطح رفتار سايشي روكش به دليل اصلاح ريزساختار و تشكيل تركيب بين فلزي كمپلكس (Fe,Si)3Al بهبود يافت. تصاوير سطح سايش نشان داد، مكانيزم غالب سايش در پين­هاي هر دو روكش در دماي محيط سايش چسبان مي­باشد. در دماي °C500 سطح سايش پين سيستم دوتايي Fe-Al بيانگر سايش خراشان خيش ريز و سيستم سه­تايي Fe-Al-Si بيانگر هر دو مكانيزم چسبان و خراشان بود.

In this research, microstructure and tribological properties of CK45 steel coated with Fe-Al and Fe-Al-Si alloys using GTAW process were studied. In order to evaluate the microstructure and formed phases in the claddings, optical microscopy and X-ray diffractometery analysis were used. Also, tribological properties of the claddings were evaluated by pin-on-disk wear test at two different temperatures of 25 and 500 oC. Finally, the wear surfaces after the wear test were characterized by scanning electron microscopy to detect the main wear mechanism. It was found that the microstructure of Fe-Al-Si cladding was dendritic and lathy in some areas, while in Fe-Al cladding blade shape microstructure was seen. In Fe-Al-Si cladding owing to the presence of Si element, the width of cellular and planar solidification area was lower and dendritic solidification was seen. XRD analysis revealed that the main phase in Fe-Al binary and Fe-Al-Si ternary claddings were Fe3Al and (Fe,Si)3Al intermetallic compounds, respectively. Fe-Al-Si cladding indicated higher microhardness and wear resistance as compared with Fe-Al cladding. With addition of Si into the surface owing to microstructure refining and formation of (Fe,Si)3Al complex intermetallic compound the wear behavior of the surface improved. The predominant wear mechanism of both claddings was adhesion at room temperature, but at 500 oC, the predominant wear mechanism in Fe-Al cladding was micro-plowing abrasive while in Fe-Al-Si cladding was adhesive and abrasive.