توصيفگر ها :
فولاد 34CrMo4 , دماي بازپخت , مخازن تحت فشار , خواص مكانيكي , گاز CNG
چكيده فارسي :
فولاد 34CrMo4 در دسته فولادهاي آلياژي قرار مي گيرد كه با توجه به مقدار متوسط عنصر كربن در تركيب شيميايي مي توان با عمليات حرارتي كوئنچ و تمپر به آن استحكام بخشيد. اين فولاد براي ساخت قطعاتي كه تحت بارهاي ثابت و سيكلي هستند، همچون ميل لنگ، اكسل، محور پينيون ماشين آلات، رينگ تاير خودرو، غلتك هاي صنايع فولاد و همچنين ساير قطعات فورج و زنجيرها استفاده مي‌شود. يكي از كاربردهاي اصلي فولاد مذكور با توجه به خواص مكانيكي مطلوب، استفاده در ساخت بدنه ي مخازن تحت فشار از قبيل مخازن گاز طبيعي است. يكي از چالش هاي اساسي در ساخت مخازن تحت فشار، ارتقاي همزمان استحكام، سختي و چقرمگي است. در اين راستا، پژوهش حاضر به بررسي تاثير دماي تمپر بر روي خواص مكانيكي و ريزساختاري فولاد 34CrMo4 مورد استفاده در ساخت مخازن گاز طبيعي فشرده مي پردازد. بدين منظور مخازن ساخته شده پس از عمليات آستنيته در دماي 830 درجه سانتيگراد به مدت 75 دقيقه و كوئنچ در روغن مخصوص به مدت 80 ثانيه تا كمتر از دماي 100 درجه سانتيگراد، در پنج دماي 505، 525، 545، 565 و 585 درجه سانتيگراد به مدت زمان يكسان 75 دقيقه تحت عمليات بازپخت قرار گرفتند. سپس مطالعات ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني انجام شد. همچنين خواص مكانيكي با استفاده از آزمون هاي سختي سنجي، آزمون تركيدن، آزمون كشش و آزمون ضربه بر روي نمونه هاي تهيه شده در دماهاي مختلف بازپخت بررسي شد. علاوه بر اين سطوح شكست نمونه‌هاي حاصل از آزمون كشش توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي شكست‌‌نگاري شدند. مشاهده شد با افزايش دماي بازپخت مارتنزيت خشن رفته رفته ظريف تر شده و با خروج كربن از ساختار bct مارتنزيت، صفحات فريتي جايگزين صفحات مارتنزيتي مي‌گردند. همچنين با افزايش دماي بازپخت آستنيت باقيمانده كاهش و سرعت تشكيل پرليت افزايش ميابد و ساختار به سمت تركيبي از فريت و پرليت متمايل مي‌شود كه موجب كاهش استحكام و افزايش چقرمگي مي‌گردد. با افزايش دماي بازپخت سختي از حدود 417 برينل تا حدود 301 برينل كاهش پيدا كرده است، استحكام از حدود 1300 مگاپاسكال تا حدود 1000 مگاپاسكال كاهش‌يافته و انعطاف¬پذيري و چقرمگي افزايش‌يافته است. همچنين درصد ازدياد طول از حدود 12 درصد تا حدود 16 درصد و انرژي ضربه از حدود 30 ژول بر سانتي‌متر مربع تا حدود 85 ژول بر سانتي‌متر مربع افزايش‌يافته است. تصاوير شكست نگاري نيز نشان داد كه با افزايش دماي بازپخت، صفحه هاي رخ برگي كاهش ميابند و جاي خود را به فرورفتگي ها و برآمدگي ها مي‌دهند. اين تغيير رفتار شكست نشان مي‌دهد با افزايش دماي تمپر، استحكام كاهش و چقرمگي افزايش ميابد. تغيير رفتار شكست در ماده با افزايش دماي تمپر را مي‌توان به دليل يكنواخت تر شدن مارتنزيت تمپر شده، همگن تر شدن ساختار و افزايش كسر مارتنزيت تمپر شده دانست. مقايسه نتايج ريزساختاري و خواص مكانيكي با استاندارد ملي 7598 كه مربوط به الزامات و روش انجام آزمون مخازن گاز طبيعي فشرده است، نشان داد كه دماهاي 505، 525 و 545 درجه سانتيگراد نمي‌توانند معيار هاي استاندارد را برآورده سازند و بهينه ترين دما به منظور بازپخت مخازن گاز طبيعي فشرده، محدوده ي دماي 565 تا 585 درجه سانتيگراد مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
34CrMo4 steel is placed in the category of alloy steels, which due to the average amount of carbon element in the chemical composition can be strengthened by quenching and tempering heat treatment. This steel is used to make parts that are under constant and cyclical loads, such as crankshafts, axles, pinion shafts of machines, car tires, steel industry rollers, as well as other forged parts and chains. One of the main applications of the mentioned steel, due to its favorable mechanical properties, is to use it in the construction of the body of pressure tanks such as natural gas tanks. One of the basic challenges in the construction of pressure vessels is the simultaneous improvement of strength, hardness and toughness. In this regard, the current research examines the effect of tempering temperature on the mechanical and microstructural properties of 34CrMo4 steel used in the construction of compressed natural gas tanks. For this purpose, the tanks made after austenitizing at 830°C for 75 minutes and quenching in special oil for 80 seconds to less than 100°C, at five temperatures of 505, 525, 545, 565 and 585°C, They were subjected to annealing operation for the same duration of 75 minutes. Then, microstructural studies were carried out using light microscope and field emission scanning electron microscope. Also, the mechanical properties were checked using hardness tests, bursting tests, tensile tests, and impact tests on the samples prepared at different annealing temperatures. In addition, the fracture surfaces of the samples obtained from the tensile test were fractured by a scanning electron microscope. It was observed that by increasing the annealing temperature, the rough martensite gradually becomes finer, and with the removal of carbon from the martensite bct structure, the ferrite plates replace the martensite plates. Also, with the increase of annealing temperature, the remaining austenite decreases and the speed of pearlite formation increases, and the structure tends to a combination of ferrite and pearlite, which causes a decrease in strength and an increase in toughness. By increasing the annealing temperature, the hardness has decreased from about 417 Brinell to about 301 Brinell, the strength has decreased from about 1300 MPa to about 1000 MPa, and the flexibility and toughness have increased. Also, the percentage of length increase has increased from about 12% to about 16% and the impact energy has increased from about 30 J/cm2 to about 85 J/cm2. Fracture images also showed that with increasing annealing temperature, the cleavage planes decrease and give way to dimples. This change in fracture behavior shows that the strength decreases and the toughness increases with the increase of tempering temperature. The change in the fracture behavior of the material with the increase in tempering temperature can be seen as the reason for the more uniform tempered martensite, the more homogenous structure and the increase in the fraction of tempered martensite. Comparing the results of microstructure and mechanical properties with the national standard 7598, which is related to the requirements and test methods of compressed natural gas tanks, showed that the temperatures of 505, 525 and 545 degrees Celsius cannot meet the standard criteria and the most optimal temperature for annealing tanks Compressed natural gas has a temperature range of 565 to 585 degrees Celsius.
