فولادهای آستنیتی منگنز دار كه به فولادهای منگنزی ها دفیلد Had field نیز موسوم هستند. بسیار چقرمه tough بوده و غیر مغناطیسی می باشند. معمولا" درجه حرارت تغییر حالت و سختی پذیری فولادهای كم آلیاژی توسط مقدار بالای منگنز پایین آورده می شوند و آوستینت تا درجه حرارت محیط نیز پایدار می ماند. این فولادها با استحكام بالا، انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی مشهور هستند و بصور مختلف ریختگی، ورق، سیم، میله و غیره عرضه می شوند. قطعات ریخته شده یا نورد شده این گروه فولادها غالبا" بصورت كوینچ شده بكار می روند.

نكته جالب توجه اینكه برعكس اغلب فولادها این گروه از فولاد بعد از كوینچ یا سریع سرد شدن در آب چقرمه تر یا سمج تر می شوند اما تحت عملیات حرارت دادن مجدد یا تمپركردن ترد می شوند. عملیات حرارتی معمول در فولادهای آستنیتی حرارت دادن و آوستینیته كردن حدود (1800 -1950°F) 980 – 1060°C برای مدت حدود 30 -20 دقیقه و سریع سرد كردن در آب است تا خواص مكانیكی مطلوب بدست آید. بالای این دما ساختار كاملا" آستنیتی می باشد . اگر قطعه در زمان كافی و درجه حرارت مناسب قرار گرفته و در آب سریع سرد شود ساختار بوجود آمده زمینه روشن و با مرزدانه ها و ذرات ریز سرباره یا اكسیدها دیده می شود. (زمینه روشن آوستینت است).

در حین عملیات حرارتی بویژه در درجات حرارت بالا ، لایه نازكی از سطح دكربوره و احتمالا" مقداری از منگنز هم می سوزد كه در حین سریع سرد شدن بصورت مارتنزیتی همراه با " ترك" های ریز در می آید كه از نظر خواص مكانیكی ضعیف بوده ولی خاصیت مغناطیسی دارد. این موضوع بویژه در قطعات نازك و آنهایی كه تحت نیروهای خستگی زا قرار می گیرند ممكن است قابل توجه باشد و در بعضی موارد ضرورت ایجاب می كند تا این لایه تراشكاری شود. این پدیده در حین برشكاری یا جوشكاری نیز ممكن است اتفاق بیفتد.

تبدیل و تغییر فاز ممكن است در درجه حرارت ثابت در اثنای حرارت دادن مجدد در درجه حرارت بالای Alupper ایجاد شده و ساختاری شامل ورقه هایكاربید و پرلیت بوجود آورد. (كاربید در درجه حرارت °C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرلیت °C 760- 538 (F 1400 -1000) ظاهر می شوند). تغییر فاز از مرزدانه ها شروع شده و تركیب شیمیایی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی ساختار بوجود آمده دارد. بهر حال نتیجه این تغییرات كاهش استحكام و انعطاف پذیری است.

با توضیحات بالا می توان گفت كه تبدیل و تغییرات از درجه حرارت محیط تا °C 482 (F 900 ) اتفاق نمی افتد بنابراین باید توجه كرد كه قطعات جوش داده شده را نباید بهیچوجه تحت عملیات حرارتی پس گرم یا تنش زدایی قرار داد. بطور كلی این فولاد نباید بالا °C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گیرد، مگر در شرایط خاص و زمان بسیار كوتاه . از طرف دیگر این فولادها شدیدا" تحت كار سرد سخت می شوند. اگر قطعه ای كه تحت كار سرد قرار گرفته است مواجه با حرارت دادن مجدد شود ترد شدن آن خیلی سریع تر اتفاق می افتد چون نطفه های بیشتری برای تغییر فاز وجود دارد . این لایه نازك است و در ضمن حرارت دادن زیر قوس الكتریكی ذوب می شود، اما در شرایطی كه كیفیت ویژه برای اتصال تقاضا شود باید حتی المقدور این قشر كار سختی شده را با دقت سنگ زده یا تراشید.

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستنیتی منگنز دار شبیه فولادهای آستنیتی كرم – نیكل دار بوده و تقریبا" یك ونیم برابر فولادهای فریتی است كه خود مشكلاتی را از نظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن بوجود می آورد. خواص مكانیكی این گروه فولادها بین °C 204 تا 45- (F 400 تا 50- ) عالی است و بطور كلی برای موارد سایش بیشتر بكار می رود.
 
فقط روش های جوشكاری با قوس الكتریكی برای فولادهای منگنزی توصیه می شود، زیرا با توجه به توضیحات در مقدمه، حرارت دادن مجدد این فولادها كه قبلا" سمج یا چقرمه شده باعث از دست دادن شدید استحكام كششی و انعطاف پذیری آنها می شود ، بنابراین هر فرآیند جوشكاری كه تناوب طولانی حرارت داشته باشد مناسب نیست (جوشكاری با گاز یا شعله) جوشكاری مقاومتی نیز بر روی فولادهای منگنز دار متداول می باشد.

از پیش گرم كردن قطعه فولاد آستنیتی منگنز دار قبل از جوشكاری اكیدا" باید پرهیز كرد. علاوه بر فلز اصلی قطعه كار فلز جوش رسوب داده شده نیز تحت حرارت دادن مجدد نباید قرار گیرد هر چند این تاثیر ناشی از حرارت مجدد با بهسازی هایی كه در تولید فلز پر كننده یا الكترود پیش بینی شده تا حدودی محدود است و فقط باعث ضخیم شدن مرزدانه ها می شود. بهسازی در الكترود یا مفتول جوشكاری شامل كاهش هر چه بیشتر كربن و افزودن بعضی عناصر كند كننده تبدیل فاز می باشد.

جوشكاری فولاد آستنیتی منگنزی به فولادهای دیگر ( كربنی و كم آلیاژی ) فقط با استفاده از فلز پركننده فولاد منگنزی امكان پذیر است و در صورتی كه با تفكیك صحیح جوشكاری كار شود بهترین نتیجه وقتی حاصل می شود كه میزان فسفر در مفتول یا الكترود كمتر از 025/0% و منگنز بیش از 14 درصد و " میزان امتزاج " در لبه فولاد غیر منگنزی كمتر از 25 درصد باشد . در غیر اینصورت ممكن است ترك برداشتن در جوش یا مجاور آن اتفاق افتد . هرگز نباید از مفتول یا الكترود فولاد كربنی یا كم آلیاژی در این موارد استفاده شود . بعضی جوشكارها مفتول فولاد زنگ نزن 308 را ترجیح می دهند. البته باید عمق نفوذ و میزان امتزاج پایین نگهداشته شود .

انواع گوناگونی از الكترود جوشكاری با تركیبات متفاوت برای جوشكاری این گروه فولادها تولید و عرضه می شود كه بعضی از آنها صرفا" برای عملیات سطحی رسوب دادن لایه سخت در مواضع تحت سایش زیاد مناسب است .
آنالیز تقریبی فلز جوش عبارتنداز:
C 0.75% , Mn 14.5% , P 0.021% , Si 0.65% , Ni 3.5% , Cr 0.4%

علیرغم بهبود در كیفیت الكترود جوشكاری برای این گروه فولادها ، توجه و مهارت در فرآیند جوشكاری و رسوب دادن فلز جوش و بعضی تاثیرات در منطقه مجاور جوش حائز اهمیت است .

الكترود با منگنز بالا صرفا" بمنظور پركردن مواضع سائیده شده بكار می رود و در مقابل الكترود منگنز مولیبدن دارای سمجی و چقرمگی كمتری است. معمولا" سازنده ها با توجه به سوختن و از دست رفتن بعضی عناصر آلیاژی در حین جوشكاری، مقدار اضافی در تركیب الكترود یا مفتول پیش بینی می كنند اما طبیعی است كه اگر جوشكاری با طول قوس زیاد از حد یا بهم زدن غیر معمول ( Pudding ) حوضچه جوش و یا عدم رعایت نكات دیگر انجام شود مقدار اضافی سوختن موثر موجب تقلیل خواص و كیفیت فلز جوش رسوب داده شده می شود.
الكترودهای دستی فولاد منگنزی بصورت های گوناگون سیم آلیاژی پوشش دار، سیم با عناصر آلیاژی در پوشش آن و لوله ای با عناصر آلیاژی در مغز آن تولید و عرضه می شود.

با توجه به مقدمه و توضیحات بالا می توان خلاصه روش جوشكاری و نكات مهم مربوطه برای حفظ كیفیت خوب در فلز جوش (استحكام و سمجی بالا ) را با الكترود دستی بصورت زیر خلاصه كرد :

1) جوشهایی كه یك یا هر دو جزء مورد اتصال ار فولاد آستنیتی هستند باید از الكترودهای منگنزی یا زنگ نزن ( كرم – نیكل دار ) استفاده كرد.

2) از فرآیند جوشكاری با شعله یا اكسی استیلن استفاده نشود ، احتمال ایجاد تردی در فلز قطعه كار و جوش وجود دارد.

3) الكترود را باید در جای خشك نگهداری كرده و یا قبل از استفاده آنرا پخت یا خشك كرد .

4) رعایت نكات و دستورات سازنده الكترود در مورد قطب و نوع جریان الكتریكی مصرفی الزامیست.

5) تمیز كردن كامل رنگ ، چربی و آلودگی های دیگر از سطح و لبه مورد جوش

6) تا آنجا كه ممكن است قشر سطحی سخت شده در اثر كار سرد در مسیر جوشكاری برطرف شود چون لایه مذكور دارای ساختار مارتنزیتی بوده و حساسیت زیادی در برابر تركیدگی دارد .

7) هر نوع عیب سطحی نظیر ذرات ماسه سوخته شده یا محبوس شده ، خلل و فرجهای انقباضی shrinkage porosity و تركیدگی ها باید قبل از جوشكاری برداشته شوند.

8) در تعمیرات مربوط به " تركیدگی " ، فلز اطراف " ترك " تا عمق آن برداشته شده و ابتدا و انتهای مسیر پیشرفت ترك را نیز با سوراخ كردن با جوش عرضی بست . البته این موضوع خیلی ساده هم نیست چون انتهای عمق تركیدگی در قطعه براحتی نمی توان تشخیص داد.

9) كوبیدن peening بدون توقف بر روی فلز جوش در حالت گداختگی كمكی در كاهش تنش های داخلی انقباض در اثنای سرد شدن و تقلیل پیچیدگی می كند.

10) هرگز فولاد آستنیتی منگنز دار را با الكترود فولاد كربن یا كم آلیاژی نباید جوش داد.

11) حرارت داده شده بازای هر اینچ باید در حد می نیمم (با توجه به ایجاد جوش سالم) نگهداشته شود حرارت داده شده در واحد طول را می توان با فرمول ساده زیر محاسبه كرد:

H = E.I.60 / S

S = سرعت پیشرفت جوشكاری (سانتیمتر در دقیقه)

I = شدت جریان (آمپر)

E = اختلاف پتانسیل قوس (ولت)

H = حرارت داده شده در هر سانتیمتر (ژول بر سانتیمتر)

درجه حرارت قسمت مجاور جوش پس از یكدقیقه رسوب فلز جوش °C 316 (F 600) تجاوز نكند كاربرد سیستم اندازه گیری درجه حرارت كار در حین جوشكاری مفید است.)

باید این امكان وجود داشته باشد تا با دست فاصله 15 سانتیمتری (6 اینچی ) مسیر جوشكاری را در تمام لحظات لمس كرد . بخاطر داشته باشیم كه نفوذ حرارتی فولاد منگنزی 4/1 فولادهای كربنی است . در جوشكاری قطعات نازك و سبك دقت بیشتر در این امر لازم است . عواملی كه به كاهش حرارت داده شده در واحد طول كمك می كند عبارتند از :

الف - نگهداشتن طول قوسی كوتاه ( طول قوس زیاد ولتلژ را افزایش داده و حرارت را در سطح وسیع تر توزیع می كند).

ب - بهم زدن هر چه كمتر حوضچه جوش (بهم زدن جوش و یا حركت زیگزاگی موجب بازیابی كمتر منگنز و كاهش سرعت پیشرفت جوشكاری می شود) .

ج - پیش گرم كردن فولاد منگنزی مفید نیست (انواع كم آلیاژی ممكن است در شرایط خاص كمی پیش گرم كرد).

د - استفاده از جوشهایی با طول كوتاه در قسمتهای مختلف بطور تناوب برای بهتر پخش شدن حرارت و عدم بالا رفتن درجه حرارت در یك نقطه .

ه - تامین زمان كافی برای سرد شدن هر قسمت از جوش رسوب داده شده. گاهی می توان از آب نیز برای سرد كردن استفاده كرد در صورتیكه دقت شود رطوبت به نقطه مورد جوش در پاس بعدی نرسد.

و - استفاده از مفتول یا میله هایی از فولاد منگنزی در مواردیكه نیاز به مقدار رسوب بالا است. این مفتول ها قبلا" در موضع جوش قرار داده می شوند و ذوب شدن و ادغام آنها در حوضچه جوش موجب سریع تر سرد شدن فلز جوش می شود.
استفاده از فرآیندهای نیمه خودكار و خودكار جوشكاری برای این گروه فولادها نیز متداول است، در این فرآیند به الكترودهای مداوم نیاز است كه بصورت سیم های آلیاژی توپر یا لوله ها با محتوای مواد فلاكسی یا سرباره ساز و احیانا" عناصر تولید و عرضه می شوند. سیم های توپر در فرآیند های خودكار و نیمه خودكار معمولا" باریك است بعضی از الكترودهای لوله ای با قوس باز به كمك محافظت گاز CO 2 و یا مخلوط CO 2 و آرگون بكار برده شده و برخی دیگر در فرآیند قوس زیر پودری و به كمك پوشش سرباره استفاده می شوند. یكی از بیشترین كاربرد جوشكاری بر روی فولادهای منگنزی پركردن مواضع سائیده شده به كمك رسوب فلز جوش است.

معمولا" فلز جوش دارای همان تركیب شیمیایی فلز قطعه كار است، هر چند در بعضی موارد لایه رسوب داده شده از مقاومت سایشی بیشتری برخوردار است . همانطور كه در اتصالات فولادهای سنگنزی گفته شد اینگونه كارهای سطحی و تعمیراتی نیز با روش قوس الكتریكی و تمركز حرارت هر چه بیشتر انجام گیرد تا پدیده "حرارت مجدد" و رسوب كاربید و بالاخره كاهش خواص مكانیكی اتفاق نیفتد.

در این موارد باید فرض كرد كه سطح سائیده شده در اثر كار سختی سخت شده و اگر در منطقه حرارتی ناشی از جوشكاری قرار گیرد احتمال ترك برداشتن آن بسیار زیاد است . برای اجتناب از این مشكل در زیر مجاور جوش باید قبل از جوشكاری این لایه سخت شده را بكمك سنگ زدن یا برشكاری با قوس برداشت . همانطور كه قبلا" گفته شد باید سعی شود از فلز پركننده ای استفاده شود كه تطابق تركیب شیمیایی با فلز قطعه كار داشته باشد و جوش ها كوتاه و منقطع باشد ( پایین نگهداشتن حرارت داده شده در واحد طول). تصور اینكه فقط پایین نگهداشتن آمپر كافی است اشتباه است . چه بسا با آمپر بالا و سرعت جوشكاری سریع می توان از پخش حرارت به اطراف و بالا رفتن درجه حرارت این مناطق جلوگیری كرد . نكات گفته شده دیگر در مورد كوبیدن جوش یا استفاده از میله های فولاد منگنزی و یا عدم پیش گرم كردن در جوشكاری تعمیراتی نیز صادق است و از تكرار آنها خودداری می شود.

پیچیدگی قطعه پس از جوشكاری هم اغلب یكی از مشكلات می باشد . استفاده از گیره ها و نگهدارنده ها و یا بستن پشت به پشت دو فك خرد كننده و یا كوبیدن فلز رسوب داده شده گداخته و تدابیر دیگر می تواند موجب كاهش پیچیدگی و تغییر شكل شود.

بطور كلی رفع عیوب ریختگی قطعات فولاد منگنزی را باید پس از عملیات كوینچ كردن آنها انجام داد. زیرا در حالت ریخته شده as – cast بسیار ترد و شكننده بوده ممكن است در حین جوشكاری شكسته شوند . دیواره های كناری حفره های انقباضی باید چنان سائیده شود كه دارای شیبی برابر 15 درجه (حداقل) باشد.


www.smsm.ir

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در سه شنبه ۲۶ بهمن ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |