بررسي خواص مكانيكي و سازوكار شكست قطعات متالورژي پودر تهيه شده از فولادهاي نيمه پيش آلياژ شده

A Study of Mechanical Properties and Fracture Mechanisms of Powder Metallurgy Parts Prepared using Semi Pre-alloyed Steels

در اين تحقيق، خواص مكانيكي و سازوكار شكست دو فولاد كم آلياژ متالورژي پودر با باندهاي نفوذي شامل Distaloy DH وDistaloy HP، مطالعه شده است. براي اين?منظور، نمونه هاي استاندارد در دماي C° 1120 به?مدّت زمان 30 دقيقه درون محيط N2/H2 تف جوشي شدند. براي بررسي تاثير سرعت سرمايش از دماي تف جوشي بر خواص نهايي، دو نرخ سرمايش متفاوت استفاده شد. سپس، آزمون?هاي چگالي سنجي، بررسي هاي ريزساختاري، شكست نگاري، سختي?سنجي، كشش و خستگي بر روي نمونه هاي استاندارد انجام شدند. بررسي ها نشان داد كه ميزان حفره?ها و مشخصّات تخلخل تاثير قابل توجهي بر خواص مكانيكي فولادهاي مورد بررسي دارد، به?طوري كه افزايش حدود 5/4 درصد در چگالي فولادهايDistaloy DH (با 2/0 درصد كربن) و Distaloy HP، به?ترتيب منجر به بهبود استحكام كششي به??ميزان 44 و 26 درصد و بهبود استحكام خستگي به?ميزان 55 و 47 درصد در اين فولادها شد. افزون بر اين، يافته ها نشان دادند كه نوع ريزساختار و نحوه?ي توزيع فازهاي متالورژيكي نقش موثري بر خواص مكانيكي و به?خصوص رفتار خستگي، دارند. بهترين خواص در فولاد Distaloy HP با 5/0 درصد كربن و چگالي g/cm32/7 با سرعت سرمايش °C/sec 2/1 پس از تف جوشي، مشاهده شد. افزون بر اين، مطالعات شكست نگاري نشان دادند كه سازوكارهاي عمده?ي شكست در نواحي رشد ترك در اين فولادها عبارتند از شكست انعطاف?پذير (ديمپل)، شكست تردِ كليواژ (رخ?برگي) و تشكيل خطوط موّاج.

In the present study, the mechanical properties and fracture mechanisms of two powder metallurgy low alloy steels, i.e. Distaloy DH and Distaloy HP, were investigated. All samples were sintered at 1120 ?C for 30 min in N2/H2 atmosphere. For evaluation of the effect of cooling rate on final properties, samples were cooled from sintering temperature with two different cooling rates. In addition, density, hardness, and tensile and fatigue strengths of the samples were measured and microstructure and fractured surfaces were examined using standard methods. The results showed that pores characterizations, i.e. pores shape and distribution, have strong effects on the mechanical properties of sintered steels. For example, an increase in the density by 4.5% resulted in an increase in the tensile strength by 44% and fatigue strength by 55% for Distaloy DH steel containing 0.2% Carbon. These values for Distaloy HP steel were measured to be 26% and 47%, respectively. The results of experiments as well as those obtained from microstructural examinations for two investigated materials indicated that the type of microstructure and distribution of metallurgical phases affect the mechanical and fatigue behaviour of samples. Distalloy HP steel sample with 0.5%C and 7.2 g/cm3 density after being cooled at 1.2 ?C/sec showed the best mechanical properties among all the samples investigated. Study of fractured surfaces indicated that the major mechanisms in crack growth region of the samples are ductile fracture, brittle fracture and formation of fatigue striations.