شكست نگاري و مقايسه تاثير ساختار بر خستگي فولاد دو فازي فريتي- بينيتي 4340 AISI

Fractography and comparison the effect of structure on fatigue of AISI 4340 ferritic-bainitic dual phase steel

در تحقيقات گذشته، خواص خستگي فولادهاي دو فازي حاوي 0% تا 34 % فريت و بقيه بينايت، مورد بررسي قرار گرفت. اين بررسي نشان داد كه حد خستگي فولاد با افزايش درصد حجمي فريت از 0% تا 11 % فريت كاهش يافته، و از 21 % تا 34 % ، افزايش مي يابد. نياز به تكميل اطلاعات خواص خستگي اين فولاد براي استفاده در صنعت و مشاهده ي رفتار خستگي اين فولاد در نسبت هاي بالاتر فريت، موجب شد تا در تحقيق حاضر خواص خستگي اين فولاد با نسب تهاي بالاتر فريت مورد بررسي قرار گيرد. در اين پژوهش از فولاد محور ( EN24 (AISI/ SAE 4340 استفاده شده است. اين فولاد از جمله فولادهاي قابل عمليات حرارتي است كه در ساخت پين ها، محورها و قطعات اتومبيل كاربرد فراواني دارد. به اين منظور با اعمال سيك لهاي عمليات حرارتي مختلف(آستنيته كردن در دماي 850oC به مدت 1 ساعت، انتقال به كور هي دو فازي در دماي 750oC و به مدت 100، 130 و 160 دقيقه، انتقال به حمام نمك 350oCو نگهداري به مدت 1 ساعت و در نهايت سرد كردن تا دماي اتاق در هوا)، ساختارهاي فريتي- بينايتي با درصدهاي حجمي 37%،46% و 51% فريت و بقيه بينايت ساخته شد. سپس آزمو نهاي كشش و خستگي به صورت چرخشي- پيچشي به روي نمونه هاي تهيه شده مطابق استاندارد، در دماي اتاق انجام شد. نتايج اين آزمو نها نشان داد كه حد خستگي اين فولاد با افزايش درصد حجمي فريت، كاهش مي يابد. با افزايش تنش اعمالي و افزايش درصد حجمي بينايت، نواحي شكست ترد در سطح شكست افزايش يابد. شكست نگاري بر روي نمونه هاي خستگي انجام شد و تاثير ريزساختار بر نوع شكست مشخص گرديد. سطوح شكسته شده نمونه ها داراي دو منطقه ي صاف و ناهموار بوده و جوانه زني ترك اغلب از سطح نمونه ها شروع مي شود.

In the previous researches, fatigue properties of dual-phase steels containing 0%- 34% ferrite and the rest bainite was studied. It was shown that the fatigue limit of the steels decrease from 0%-11% ferrite and then increase from 11%-34% ferrite. The present research has been done in follow of the previous research for the observation of the fatigue behavior of the steels for the amount of more than 34% ferrite. AISI 4340 steel is a kind of heat treatable steel which is used in shafts, axles and automobile spare parts. The effect of microstructure on fatigue properties of the steel was studied in the research. The AISI 4340 steel bars were heat treated in various temperatures and times to obtain dual-phase structures containing 37% - 51% ferrite and the rest bainite. Tensile and fatigue specimens were prepared according to ASTM standard and the tests carried out at room temperature. The result of rotate- bending tests were ploted as stress- cycles to failure curves. The results showed that yield strength, ultimate tensile strength and fatigue limit of the steel decreases with the increase of ferrite volume fraction. Fractography of fatigue surfaces were done by SEM to study the effect of microstructure on fatigue morphology. Microstructure examinations showed that the fatigue surfaces of all specimens consist of two distinguished regions. Crack often nucleates from the surface of specimens. Sometimes inclusions on the surface of the specimen or near the surface, are the cause of crack nucleation.