فولاد ساده کربنی CK45 با توجه به خواص خوب مکانیکی و متالوژی آن قیمت نسبتا مناسبی دارد. هر ابزار خاک ورز باید هم مقاوم به سایش و هم مقاوم به ضربه باشد و نیز از مواد گران قیمت تهیه نشده باشد. در این پژوهش خصوصیات این فولاد در سایش خراشان و ضربه بررسی شد تا عملکرد آن در قطعاتی نظیر گاو آهن و سایر ابزار خاک ورز پیش بینی شود. این فولاد تحت یک سری عملیات حرارتی مختلف قرار گرفت. خصوصیات سایش با یک دستگاه آزمایش سایش خراشان استاندارد (ASTM-G105-89)، به نام آزمایش سایندگی با شن مرطوب و چرخ لاستیکی که ساخته شده بررسی گردید. خصوصیات مقاومت به ضربه نیز با دستگاه آزمایش چارپی مطالعه شد. نتایج نشان داد که با عملیات حرارتی نسبتا ساده می توان مقاومت به سایش و مقاومت به ضربه این فولاد را افزایش داد و برای کاربردهای خاک ورزی از آن استفاده کرد.

در این پژوهش، با استفاده از جوشکاری قوسی تنگستن-گاز، فرایند روکش کاری با افزودن محصولات واکنش حاصل از آسیاب کاری پودرهای Cr-Alو Cr2O3-Alروی سطح فولاد CK45انجام شد. پس از تولید روکش های سطحی AlCr2 و Al2O3-AlCr2 ارزیابی های ریزساختاری و ریزسختی روکش ها توسط میکروسکوپ های نوری، الکترونی روبشی و دستگاه ریزسختی سنج انجام گرفت. به منظور بررسی مقاومت سایشی روکش ها از دستگاه سایش پین روی دیسک استفاده شد. نتایج نشان داد محصول واکنش حاصل از 20 ساعت آسیاب کاری مخلوط پودری Cr-Al، محلول جامد Cr(Al) بود. بررسی آزمون تفرق اشعه ایکس از نمونه روکش کاری شده با پودر Cr-Al، حاکی از تشکیل ترکیب بین فلزی AlCr2 در ساختار روکش ایجاد شده نیز بود. همچنین روکش کاری مخلوط پودری Cr2O3-Alمنجر به ایجاد فازهای AlCr2 و Al2O3 گردید. ریزسختی هر دو روکش ایجاد شده نسبت به فلز پایه افزایش نشان داد. ریزسختی در نمونه روکش کاری شده ی Al2O3-AlCr2 به حدود 780 ویکرز رسید. مکانیزم غالب سایش در آزمون سایش کلیه نمونه ها، مکانیزم سایش خراشان برش ریز تشخیص داده شد. آزمون سایش برای نمونه جوشکاری شده با پودر AlCr2 کاهش وزنی در حدود 2/0 میلی گرم را نشان داد، درحالیکه در روکش Al2O3-AlCr2 کاهش وزنی مشاهده نشد. ضریب اصطکاک نمونه روکش Al2O3-AlCr2 تا حدود مسافت 200 متر، تقریبا 15/0 بود و از این مسافت به بعد به عدد 35/0 رسید. این افزایش در ضریب اصطکاک با توجه به ثابت بودن دیگر پارامترها نسبت به نمونه AlCr2، می تواند به درگیر شدن بیشتر ذرات Al2O3 با نزدیک شدن به لایه های پایین تر روکش ربط داده شود.

امروزه استفاده از قطعات مستحکم و مقاوم در برابر ضربه و سایش جهت افزایش کارایی و طول عمرقطعات کشاورزی مورد استفاده در مزارع جهت افزایش طول عمر و بازده قطعات و دستگاه ها امری ضروری است. استفاده از روش های سخت کاری سطحی همانند نیتروژن دهی، کربن دهی، سخت کردن القایی و غیره، رفتار سایشی و خوردگی قطعات را بهبود می بخشد. در فرآیند نیتروژن دهی، نیتروژن اتمی توسط منابع مایع، نیتروژن دهی در حمام نمک و یا گازی، نیتروژن دهی پلاسمایی تأمین شده و سپس با استفاده از شرایط مناسب همانند حرارت به داخل ساختار زمینه نفوذ می کند. در این میان نیتروژن دهی پلاسمایی به دلیل پایین بودن دمای انجام عملیات، کمتر بودن زمان آزمایش نسبت به دیگر فرآیندها و همچنین پایین تر بودن میزان آلودگی محیط زیست که به ترتیب منجر به کاهش تغییرات ابعادی و اعوجاج در نمونه، کاهش هزینه عملیات و همچنین کاهش ناخالصی های موجود در پوشش می گردد، مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در این مقاله جهت بهبود طول عمر قطعات کشاورزی، سطح فولاد ساده کربنی CK45 تحت فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی با مشخصات دمای 450 درجه سانتی گراد، ولتاژ 480 ولت، شدت جریان 11 آمپر و فشار 1-8 تور با نسبت گاز نیتروژن 33/0 درصد قرار گرفته و سپس خواص فازی و ترکیب پوشش نفوذی، ساختاری و سایشی آن، به ترتیب به وسیله XRD، AFM، FESEM و پین بر روی دیسک ارزیابی گردیده، منحنی انتقال سختی نیز از نمونه سطح مقطع زده شده تا عمق نمونه تحت بار 50 گرم صورت پذیرفته و آزمایش سایش مطابق استاندارد ASTM G99-90 به وسیله پین های ساینده تنگستن-کبالت با راس کروی به شعاع 5 میلی متر و تحت بار 10 نیوتن انجام شده است. نتایج نشان دهنده تشکیل فازهای ترکیبی ỳ +ε و ε در سطح نمونه است و ساختار سطحی کاملاً هموار، یکنواخت و دارای اندازه ذرات در محدوده 40 تا 70 نانومتر، همراه با سختی 810 ویکرز، ضریب اصطکاک 0/38 و انرژی شکست 57/3 ژول بر سانتی متر مربع است. مکانیزم اصلی رفتار سایشی فولاد نیتروژن دهی شده می تواند مکانیزم تحمل بار توسط لایه ترکیبی ỳ +ε و لایه نفوذی همراه با تشکیل ترکیبات اکسیدی ناشی از پین بر روی سطح باشد.

در این پژوهش به بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال انفجاری ورق های فولاد زنگ نزن 304 به فولاد کربنی CK45 که با بار انفجار ثابت و فاصله توقف متفاوت اتصال یافته پرداخته شده است. برای بررسی تاثیر دما و زمان بر روی نمونه های جوشکاری شده، نمونه ها در دماهای 350°C ،250 °C و  زمان های دو و چهار ساعت در کوره، عملیات حرارتی شدند. بررسی های آزمایشگاهی با استفاده از آزمون های میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون های ریزسختی سنجی و استحکام کششی برشی انجام شد. میزان نفوذ عناصر، آهن، نیکل، منگنز، کروم و ترکیب مناطق مذاب موضعی با استفاده از آنالیز EDS در نمونه ها مشخص شدند. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله توقف از 4 به 5 میلی متر، انرژی جنبشی برخوردی افزایش یافته و تغییر شکل پلاستیکی شدیدتری در فصل مشترک اتصال ایجاد شده است. نتایج متالوگرافی، نمایانگر موجی- گردابه ای شدن فصل مشترک با افزایش میزان فاصله توقف بوده است. همچنین انجام عملیات حرارتی دردمای 350°C و زمان 2 ساعت باعث افزایش ضخامت ترکیبات بین فلزی فصل مشترک شده است. سختی نیز با انجام عملیات حرارتی دردمای 350°C و زمان 2 ساعت در نمونه های با فاصله توقف 4 و 5 میلی متر، نسبت به قبل از عملیات حرارتی به ترتیب از 270.91 به 171.00 ویکرز و از 279.00 به 195.00 ویکرز کاهش یافته است. همچنین استحکام نمونه ها به ترتیب از 449.21 به 370.80 مگاپاسکال و از 510.57 به 432.83 مگاپاسکال کاهش یافته است. تغییرات سختی و استحکام به دلیل تغییرات ضخامت منطقه بین فلزی و همچنین افزایش اندازه دانه ها بوده است.

در این پژوهش به بررسی تاثیر شرایط نورد پوسته ای بر میانگین ضریب کار سختی (n̅) و نسبت ناهمسانگردی قائم (r̅) که منجر به کشش عمیق پذیری محصولات مورد استفاده در صنایع اتومبیل سازی می گردد، پرداخته شده است. این دو پارامتر از شاخص های ارزیابی شکل پذیری می باشند. بر همین اساس سه سری نمونه فولاد ساده کربنی متفاوت، انتخاب شد. سری اول نمونه های قبل و بعد از نورد پوسته ای می باشند. سری دوم نمونه هایی هستند که با درصد متفاوت نورد آزمایشگاهی آماده شده اند. سری سوم نمونه هایی با شرایط یکسان تولیدی و با مقدار متفاوت درصد کشیدگی نورد پوسته ای می باشند. سپس تاثیر شرایط متفاوت تولیدی هریک از این سه سری بر خواص شکل پذیری نمونه ها بررسی شده است. نتایج نشان داد نورد سرد زیر 4.8% و درصدکشیدگی در نورد پوسته ای بر r̅ بی تاثیر می باشد. با افزایش کارسرد، درصدکشیدگی در نورد پوسته ای به شدت کاهش می یابد. میزان این کاهش مستقل از درصدکشیدگی در نورد پوسته ای و به ریزساختار و شرایط قبل از نورد پوسته ای بر می گردد.

عمده ترین مشکل مربوط به استفاده از فولادهای ساده کربنی در دماهای نسبتا بالا مربوط به پدیده اکسیداسیون و خوردگی این گروه از مواد است. از سویی آلومینیم و آلیاژهای آن بدلیل دارا بودن مقاومت به اکسیداسیون مطلوب، قابلیت افزایش کارائی فولادهای ساده کربنی در دماهای بالا را دارا می باشد. بنابراین در این پژوهش، ایجاد روکش غنی از آلومینیم بر سطح فولاد ساده کربنی 1006-AISI توسط فرآیند جوشکاری قوس تنگستن (GTAW) به منظور غلبه بر مشکل مذکور مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری انجام شده توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM) حاکی از تشکیل یک روکش یکدست حاوی توزیع نسبتا یکنواختی از رسوبات سوزنی شکل بر سطح زیرلایه بود. مطالعات فازی انجام شده توسط آزمون XRD همراه با مطالعه ترکیب شیمیایی با استفاده از آنالیز EDS نشان داد، لایه روکش ایجاد شده متشکل از زمینه بین فلزی FeAl به همراه رسوبات بین فلزی سوزنی شکل Fe3Al و FeAl3 توزیع شده در کل ساختار لایه روکشی می باشد. آزمون ریزسختی سنجی انجام شده بر روی نمونه ها دلالت بر افزایش دوبرابری سختی سطحی فولاد روکش کاری شده داشت. نتایج حاصل از آزمون اکسیداسیون نمونه ها در دمای 500oC به مدت 100-10 ساعت نشان داد روکش مذکور موجب بهبود قابل ملاحظه مقاومت به اکسیداسیون نمونه ها می گردد.

پودرپلی پروپیلن (EPD60R) با روش الکترواستاتیک پاششی در دمای اتاق به سطح فولاد نشانده بود. حرارت دهی پودر پوشش داده شده در یک آون خلا در دماها و زمانهای مختلف برای کسب پوششی یکنواخت با ضخامت با ضخامت متوسط 470 میکرون انجام شد. در نهایت براساس نتایج حاصل، دمای 250 درجه سانتیگراد، زمان 45 دقیقه و فشار درون آون 200 میلی بار برای حرارت دهی به دست آمد. برای اصلاح ساختار شیمیایی این پلیمر، پودر حاوی نسبت وزنی مختلفی از مالئیک انیدرید به یک پراکسید (دی کیومیل پراکسید و یا ترشری بوتیل هیدروپراکسید) نیز بر سطح فولاد نشانده و پوشش یکنواختی حاصل شد. استحکام چسبندگی، مقاومت سایشی و انعطاف پذیری پوشش پلیمری با روش استاندارد ASTM برای نمونه ها اندازه گیری شد. با توجه به نتایج حاصل، نمونه پوشش پلیمری تهیه شده با 5 درصد وزنی مالئیک انیدرید و 0.1 درصد وزنی ترشری بوتیل هیدروپراکسید بالاترین خواص مکانیکی را نشان داد. استحکام چسبندگی و مقاومت سایشی برای بهترین نمونه پوششی پلیمری به ترتیب 14.3 کیلوگرم و 250.3 سانتیمتر در نیروی 6 کیلوگرمی بود. شواهد حاصل از ترموگرامهای DSC و IR هم پیوند شیمیایی مالئیک انیدرید به پلیمر را اثبات کرد. چنین پیوندی موجب افزایش خواص مکانیکی پوشش پلیمر بر سطح فولاد می شود.