توصيفگر ها :
قوس پلاسما انتقالي , استلايت 21 , رقت , استحاله القاشده با كرنش , سايش , خوردگي موضعي
چكيده فارسي :
در اين پايان¬نامه آلياژ استلايت 21 به¬روش قوس پلاسما انتقالي (PTA) بر روي فولاد زنگنزن 304 پوشش داده شد، و تأثير متغيرهاي فرايند بر رقت و خواص سايشي و خوردگي بررسي شد. در ابتدا طراحي آزمايش به روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد و سه متغير اصلي؛ جريان، نرخ تغذيه پودر و سرعت روبش در پنج سطح انتخاب شد. تحليل آماري مبتني بر روش سطح پاسخ نشان داد كه مدل درجه دوم با ضريب تعيين 98/0 توان بالايي در پيشبيني رقت دارد. نتايج ضرايب مدل مشخص كرد كه افزايش جريان (ضريب 38/2+) رقت را افزايش داده، در حاليكه افزايش نرخ تغذيه پودر (ضريب 5/3-) و سرعت حركت مشعل (ضريب 92/5-) موجب كاهش آن ميشوند. طبق ضرايب، سرعت بيشترين اثر را روي رقت دارد؛ بهطوريكه افزايش آن از 60 به 156 ميلي¬متر بر دقيقه، رقت را از 62/2 به 84/24 درصد رساند. بررسيها نشان داد كه افزايش رقت ناشي از حرارت ورودي بالا، نفوذ آهن از زيرلايه را تشديد كرده و با كاهش نسبت Cr:C موجب افت كسر حجمي رسوبات و سختي ميشود. بهمنظور بررسي دقيقتر، سه نمونه با رقت كم، متوسط و زياد انتخاب شد و ارزيابيهاي ريزساختاري، مكانيكي و خوردگي روي آنها انجام گرفت. نتايج ريزساختاري نشان داد در نمونه با رقت بالا، ناحيه مخلوط نشده (UMZ) وسيعتر با ساختار مشابه فولاد 304 و حضور δ- فريت اسكلتي شكل گرفت، در حاليكه در رقت پايين اين ناحيه حذف شد. تمامي پوششها ساختار دندريتي γ-Co داشتند و نواحي بيندندريتي غني از Cr و Mo بودند؛ با اين حال، افزايش رقت موجب كاهش تشكيل كاربيدها گرديد، در حاليكه در رقت پايين بهدليل حفظ تركيب آلياژ، كاربيدهاي بيشتري ايجاد و ريزساختار ظريفتر حاصل شد. آزمونهاي سايش نشان دادند كه پوششها در هر دو دماي محيط و C°500 عملكرد بهتري از فولاد 304 دارند. كاهش ضريب اصطكاك در دماي محيط ناشي از استحاله مارتنزيتي القاشده با كرنش (SIMT) بود كه در الگوهاي XRD سطح ساييده شده با ظهور پيكهاي فاز ε و كاهش شدت پيك (200) فاز γ آشكار گرديد. در دماي بالا، استحاله القاشده توسط كرنش تضعيف شد و مكانيزم غالب نرمشدن و اكسيداسيون سطحي بود. كاهش وزن در هر دو دما تفاوت اندكي داشت كه بيانگر پايداري مناسب استلايت 21 در شرايط دماي بالا است. نتايج آزمون پلاريزاسيون چرخهاي در محيط HCl نشان داد كه پوششها مقاومت بسيار بالاتري نسبت به فولاد 304 در برابر خوردگي موضعي دارند. نمونه با رقت پايين داراي لايه روئين پهن¬تر، چگالي جريان كمتر و حلقه هيسترزيس منفي بود، و توانايي بالايي در بازسازي لايه محافظ نشان داد، در حاليكه لايه روئين در نمونه با رقت زياد، بهعلت كاهش كروم موثر، ناپايدار بود و روي سطح آن حفرات زيادي تشكيل شد. در مجموع، رقت پايين با حرارت ورودي كمتر موجب حفظ تركيب شيميايي استلايت 21، تشكيل ريزساختار ظريفتر، افزايش سختي و كارايي بهتر در برابر سايش و خوردگي شد و بهعنوان پوشش بهينه انتخاب شد.
چكيده انگليسي :
In this study, Stellite 21 coatings were deposited on 304 stainless steel, and the influence of process parameters on dilution and the resulting properties was investigated. Experimental design was performed using the response surface methodology (RSM) with three major factors: current, powder feed rate, and scanning speed at five levels. Statistical analysis indicated that a quadratic model with a determination coefficient (R²) of 0.98 provided excellent predictive accuracy for dilution. The regression coefficients revealed that increasing current (+2.38) raised dilution, whereas higher powder feed rate (–3.5) and scanning speed (–5.92) reduced it, with the strongest effect attributed to scanning speed. For example, increasing the scanning speed from 60 to 156 mm/min raised dilution from 2.62% to 24.84%. Elevated dilution, associated with higher heat input, promoted iron penetration from the substrate, lowered the Cr:C ratio, and consequently reduced carbide fraction and hardness. To further investigate the effect of dilution, three representative coatings with low, medium, and high dilution were selected for detailed structural, mechanical, and Corrosion analyses. microstructural results showed that high-dilution coatings developed a wider unmixed zone (UMZ) with skeletal δ-ferrite inherited from the substrate, while in low-dilution coatings the UMZ disappeared. All coatings exhibited γ-Co dendritic structures with Cr and Mo enriched interdendritic regions; however, carbide formation was significantly suppressed in the high-dilution case, whereas the low-dilution coating retained finer dendrites and a higher carbide fraction due to preservation of the original alloy composition. Wear tests revealed superior performance of all coatings compared to 304 stainless steel at both room temperature and 500 °C. The slight reduction in friction coefficient at room temperature was attributed to strain-induced martensitic transformation (SIMT), confirmed by the appearance of ε-phase peaks and reduced γ(200) intensity in XRD patterns, while at elevated temperature SIMT was suppressed and oxidation dominated. Weight loss showed only minor differences between the two test temperatures, highlighting the high thermal stability of Stellite 21. Cyclic polarization tests in 0.1 M HCl solution demonstrated markedly higher pitting resistance for the coatings than for 304 stainless steel. The low-dilution coating exhibited the lowest corrosion current density, the widest passive range, and a negative hysteresis loop indicative of superior repassivation capability. Conversely, the high-dilution coating, due to reduced effective chromium content, formed an unstable oxide film and suffered from large, deep pits. In summary, low dilution achieved through reduced heat input preserved the chemical composition of Stellite 21, resulting in a finer microstructure, higher carbide fraction, improved hardness, and superior wear and corrosion resistance. Therefore, the low-dilution condition (140 A current, 24 gr/min powder feed, 132 mm/min scanning speed) is chosen as the optimum process window.