تاثیر پیش کرنش بر مقاومت سایشی فولاد کربنی ساده
چکیده
رفتار سایشیِ لغزشِ خشک فولاد کربنی ساده در شرایط پیش کرنش متفاوت در روش سایش شدید با استفاد از ماشین آزمایش سایش پین روی دیسک بررسی شد. روش سایش شدید با تغییر نرخ سایش ماده بدون کرنش در بارهای متفاوت، امکان پذیر شد. آزمایشات اولیه با تشخیص میکروساختار، ارزیابی سختی نمونه قبل و بعد از آزمونهای سایش، تعیین ویژگی های کششی نمونه های پیش کرنش و بررسی SEM سطوح و سطوح فرعی ساییده شده، انجام شدند. نتایج نشان میدهند که نرخ سایش نمونه ها ابتدا تا پیش کرنش 15 درصد افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد، در حالی که سختی و استحکام کششی نمونه با افزایش پیش کرنش به صورت یکنواخت افزایش می یابد. مکانیزم سایش مشاهده شده، ترک خوردگی سطحی و لایه لایه شدن به کمک سایش اکسیداتیو است. پیش کرنش اِعمال شده بر نمونه، تشکیل هسته حفره ها و ریزترک ها را تشدید می کند و باعث کاهش مقاومت سایشی نمونه ها با پیش کرنش می‌شود. نتایج نشان می دهند که نرخ سایش مواد با پیش کرنش به وسیله شکل پذیری یا سفتی و جدا از سختی و استحکام، تعیین می شود.
1. مقدمه
اجزای ساختاری اغلب به صورت مستقیم در شرایط تغییرشکل سرد به کار می روند. تغییرشکل سرد اساساً یک فرایند پیش کرنش است که زیرساختار جابه جایی مواد فلزی و در نتیجه رفتار تغییرشکل آنها را تغییر می دهد. تلاش‌های پراکنده ای برای درک روابط ساختار-ویژگی مواد تغییرشکل یافته سرد با تاکید بر ویژگی هایی مانند کرنش، سختی، خستگی و ترک وجود دارد. اما تا به امروز، تلاش سازماندهی شده برای درک رفتار سایش مواد در شرایط پیش کرنش یا تغییرشکل سرد انجام نشده است. مشخص است که سایش لغزشی به وسیله سایش، چسبندگی و لایه لایه شدن کنترل می شود. فرایند لایه لایه شدن به وسیله تشکیل هسته حفره ها یا ریزترک ها در مواد با کرنش شدید و انتشار ترک ها در جهت موازی با سطح ایجاد می شود. ترهکی [9]، حضور دو مکانیزم را برای شروع حفره طی لایه لایه شدن گزارش کردند. این مکانیزم ها عبارتند از: 1) مکانیزم جابه جایی دوتایی و 2) تشکیل حفره اطراف آخال های سخت. چون این دو مکانیزم به وسیله زیرساختارهای جابه جایی هدایت می شوند، انتظار می رود که پیش کرنش ماده تاثیر قابل توجهی بر رفتار سایش لغزشی ماده داشته باشد. هدف این مقاله، مشخص کردن ماهیت این تاثیر بر مقاومت سایشی فولاد کربنی 0.15 درصد است.
4. نتیجه گیری
نتیجه گیری های اصلی به دست آمده از نتایج این بررسی عبارتند از:
1. نرخ های سایش فولاد کربنی 0.15 درصد با افزایش پیش کرنش اولیه به 15 درصد، افزایش می یابد.
2. سختی و استحکام کششی فولاد با افزایش پیش کرنش به صورت یکنواخت افزایش می یابد. بهبود این ویژگی ها در کل باعث دستیابی به مقاومت سایشی بهتر از نمونه ها با پیش کرنش می شود. نتایج به دست آمده بر خلاف این انتظار هستند.
3. پدیده راحتی تشکیل هسته حفره ها و ریزترک ها، و انتشار سریع آنها به عوامل اصلی حاکم بر کاهش مقاومت سایشی با پیش کرنش فلزات (برای پیش کرنش ≤15%) نسبت داده می شوند.
4. فرایند کلی سایش در نمونه ها با پیش کرنش، تحت تاثیر این موارد است: 1) راحتی تشکیل حفره ها یا ریزترک ها که باعث لایه لایه شدن می شود و 2) سایش اکسیداتیو. کاهش نرخ سایش برای نمونه ها با پیش کرنش 20 درصد به برتری رقابتی این فرایندهای سایشی نسبت داده می شود.
Abstract
Dry sliding wear behaviour of a plain carbon steel in different pre-strained conditions was examined in the severe wear regime using a pin-on-disk wear testing machine. The severe wear regime was ascertained by determining wear rates of the unstrained material at different loads. The primary experiments were supplemented by microstructural characterization, hardness assessment of specimens before and after wear tests, determination of tensile properties of the pre-strained specimens and SEM examination of the worn-out surfaces and subsurfaces. The results indicate that the wear rate of the specimens first increases up to 15% pre-strain and then decreases, while the hardness and tensile strength of the specimens monotonically increases with increased pre-strain. The mechanism of wear is observed to be subsurface cracking and delamination aided by oxidative wear. The imposed pre-strain on a specimen is considered to aggravate the nucleation of voids and microcracks resulting in degradation of wear resistance of the pre-strained specimens. The results infer that wear rates of pre-strained materials are governed by ductility or toughness apart from hardness and strength.
1. Introduction
Structural components are often directly put into service in cold deformed condition. Cold deformation is essentially a pre-straining process, which alters dislocation substructure of metallic materials, and in turn, their deformation behaviour. There exist scattered attempts to understand structure–property relationships of cold deformed materials with emphasis on properties like strength [1,2], hardness [3], fatigue [4] and fracture [5,6]. However, till date, no organized attempt has been made to understand wear behaviour of materials in the pre-strained or cold deformed condition. It is well known that sliding wear is controlled by abrasion, adhesion and delamination [7]. The process of delamination is caused by the nucleation of voids or microcracks in a severely strained material with subsequent propagation of the cracks parallel to the surface [8]. Terheci [9] reported the existence of two mechanisms for void initiation during delamination. These are: (i) twin dislocation mechanism and (ii) void formation around hard inclusions [9]. Since both these mechanisms are governed by dislocation substructures, it is expected that pre-straining of a material will have a considerable influence on sliding wear behaviour of materials. The content of this paper is aimed to reveal the nature of such influence on the wear resistance of 0.15% carbon steel.
4. Conclusions
The major conclusions derived from the results of this investigation are:
1. The wear rates of the 0.15%C steel increase with increased initial pre-strain up to 15%.
2. Hardness and tensile strength of the steel increase monotonically with increasing pre-strain as per expectation. An improvement in these properties generally leads to achieving improved wear resistance of the pre-strained specimens. The results obtained are contrary to this expectation.
3. The phenomena of the ease of nucleation of voids and microcracks, and their subsequent rapid propagation are attributed to be the dominant governing factors for the deterioration of wear resistance of pre-strained (for pre-strain ≤ 15%) materials.
4. The overall process of wear in pre-strained specimens is governed by: (i) the ease of nucleation of voids or microcracks, which causes delamination, and (ii) oxidative wear. The drop in wear rate for specimens possessing higher pre-strain of 20% is attributed to the competitive pre-dominance of these wear processes.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. روندهای آزمایشی
2.1 مواد و میکروساختار
2.2 ساخت نمونه ها
2.3 آزمون کشش
2.4 آزمون سایش
2.5 سنجش سختی
2.6 آزمایش SEM
3. نتایج و بحث
3.1 ماده و میکروساختار
3.2 اثرات پیش کرنش بر ویژگی های کششی
3.3 برآورد بار انتقال
3.4 تاثیر پیش کرنش بر رفتار سایش
3.5 سایر ویژگی های مکانیکی سایش نمونه ها با پیش کرنش
4. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Experimental procedures
2.1. Material and microstructure
2.2. Fabrication of specimens
2.3. Tensile test
2.4. Wear test
2.5. Hardness measurement
2.6. SEM examination
3. Results and discussions
3.1. Material and microstructure
3.2. Effect of pre-strain on tensile properties
3.3. Estimation of transition load
3.4. Influence of pre-strain on wear behavior
3.5. Wear vis-a-vis other mechanical properties of the pre-strained specimens
4. Conclusions
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه