بررسي ريزساختار و مقاومت سايشي پوششهاي كامپوزيتي ايجاد شده به‌ صورت درجا بر روي سطح فولاد زنگ‌نزن 304 توسط فرايند GTAW

Investigation on microstructure and wear resistance of in-situ composites coating product by gas tungsten arc welding on 304 stainless steel

در پژوهش حاضر، ريزساختار و مقاومت به سايش پوشش‌هاي كامپوزيتي TiC-Al2O3 و TiB2-TiC-Al2O3ايجاد شده به‌صورت درجا بر روي سطح فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304 از طريق فرايند جوشكاري قوس تنگستن با گاز محافظ مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور، خميري پيش‌نشست از مخلوط‌هاي پودري 3TiO2-4Al-3C و 3TiO2-4Al-B4C آماده شد و بر روي سطح زيرلايه فولاد زنگ‌نزن آستنيتي AISI 304 اعمال شد، سپس با استفاده از فرايند جوشكاري قوس تنگستن با گاز محافظ ذوب گرديد. ويژگي‌هاي ريزساختاري و مشخصات فازي نمونه‌هاي روكش‌كاري شده با استفاده از ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني و آناليز پراش پرتوايكس بررسي شد. خواص مكانيكي لايه‌هاي‌ روكش از طريق آزمون‌هاي ميكرو سختي ويكرز و سايش پين بر روي ديسك مورد مطالعه قرار گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري از لايه‌هاي روكش‌كاري شده نشان داد كه حرارت ورودي بالاي جوشكاري، منجر به سنتز دما بالا و تشكيل ذرات تقويت كننده‌ي قابل توجهي در سطح فولاد شد. همچنين ذرات مكعبي شكل TiC به صورت مجزا و يا ناهمگن بر روي ذرات Al2O3 در زمينه آستنيتي فولاد زنگ‌نزن304 جوانه زده است. همچنين تشكيل ذرات TiB2 توسط آناليز پراش پرتوايكس به اثبات رسيد. تشكيل ذرات تقويت‌كننده در هر دو لايه‌ روكش، موجب افزايش سختي و مقاومت به سايش سطح تا حدود 2.5 برابر نسبت به زير لايه شده است.

In the present study, microstructure and wear resistance of in-situ composite coatings TiC-Al2O3 and TiB2-TiC-Al2O3 product by gas tungsten arc welding process on AISI 304 austenite stainless steel were investigated. For this, a paste of the mixed powders of 3TiO2-4Al-3C and 3TiO2-4Al-B4C was provided and applied on the surface of AISI 304 austenite stainless steel substrate, then fused using gas tungsten arc welding process. The microstructural features and phase characterization of the cladded samples were investigated using optical and electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The mechanical properties of clad layers were studied by Vickers microhardness and pin-on-disk wear tests. The microstructural investigations of cladded layers indicated that high heat input during welding led to high temperature synthesis and formation of significant reinforcing particles on the surface of steel. Also, the cubic TiC particles formed separately or inhomogeneously nucleated on Al2O3 particles in the austenitic matrix of 304 stainless steel. Likewise, the formation of TiB2 particles was approved with X-ray diffraction analysis. The reinforcing particles formation in both clad layers, led to increase of surface hardness and wear resistance up to 2.5 in comparison with that of the substrate.