بررسي تأثير آلومينيوم بر KIC و ac فولاد هايپريوتكتوئيد هادفيلد با استفاده از نتايج آزمايش‌ ضربه

Investigation of Aluminum Effect on the KIC and ac of Hadfield Hypereutectoid Steel By Using Impact Test Results

در اين پژوهش به بررسي تأثير عنصر آلياژي آلومينيوم بر KIC و ac فولاد هايپريوتكتوئيد هادفيلد با استفاده از نتايج آزمايش‌ ضربه پرداخته شده است. براي اين منظور، ابتدا دو بلوك از فولاد هادفيلد (Al 0% و Al 68/1%) به‌وسيله‌ي كوره القايي ريخته‌گري شدند. سپس، هر دو بلوك تحت عمليات حرارتي آستنيته در دماي °C1100 به مدت 2 ساعت قرار گرفته و بلافاصله در حمام آب خالص سريع سرد شدند. در مرحله‌ي بعد، آزمايش‌هاي كشش تك‌محوره، سختي‌سنجي به روش ويكرز و ضربه‌ي شارپي بر روي هر دو نمونه در دماي محيط انجام شد. براي بررسي ريزساختار از ميكروسكوپ نوري و براي بررسي سطوح شكست از ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شد. سپس، براي بررسي KIC و ac از روابط تجربي بين چقرمگي شكست و نتايج آزمايش ضربه شارپي، استفاده گرديد. تصاوير ميكروسكوپ نوري نشان داد كه با افزايش ميزان آلومينيوم در تركيب شيميايي فولاد آستنيتي منگنزدار هادفيلد، اندازه دانههاي آستنيت از 9/111 به 5/142 ميكرومتر افزايش يافته است. نتايج آزمايش كشش، سختي و ضربه بيانگر افزايش استحكام تسليم، افزايش سختي، كاهش كرنش شكست و انرژي ضربه فولاد هادفيلد در اثر افزودن آلومينيوم به تركيب آن بود. محاسبات چقرمگي شكست و طول ترك بحراني براي فولاد هادفيلد نشان داد كه افزودن آلومينيوم به تركيب آن منجر به كاهش چقرمگي شكست از 7/163 به (Mpa.(m)1/2)5/104 و كاهش طول ترك بحراني در سطح از 014/0 به m007/0 ميشود.

In this study, effect of aluminum alloying element on KIC and ac of Hadfield hypereutectoid steel was investigated by using the impact test results. For this purpose, initially 2 casting blocks were prepared from Hadfield steel (without addition of Al and with 1.68 wt% Al) by using coreless induction furnace. After casting, all blocks were austenitized in 1100°C for 2 hours and immediately quenched in pure water. In the next step, uniaxial tensile test, Vickers hardness test and Charpy impact test were applied on specimens at room temperature. Evaluation of microstructures were conducted by optical microscopy and the fractured surfaces were observed by scanning electron microscope. The results of impact tests and fracture toughness empirical relationships were used to evaluate the KIC and ac of the Hadfield steel. The optical microscopy images indicated that by increasing the amount of aluminum in the chemical composition of Hadfield manganese austenitic steel, austenite grains size increased from 111.9 to 142.5 micrometer. The results of tensile test, hardness test and impact test represents an increase in yield strength and hardness, and reduction of failure strain and impact energy of Hadfield steel because of adding aluminum to its composition. Calculations of fracture toughness and critical crack length for Hadfield steel showed that the addition of aluminum to steel leads to reduction of fracture toughness from 163.7 to 104.5 Mpa.(m)1/2 and reduced the critical crack length at surface from 0.014 to 0.007m.