Mekanisme penguatan dan sifat mekanik sambungan tikso keluli perkakas d2 menggunakan kaedah peleburan-semula separa langsung

Abstract

Keluli perkakas digunakan secara meluas sebagai acuan tempa, acuan penuangan, blok acuan dan acuan pembetukan dalam pelbagai industri termasuk industri automotif, pembinaan kapal, perkilangan dan jentera kerana sifat kekerasan yang tinggi, kerintangan lelasan dan ubah bentuk. Keluli perkakas sukar dicantumkan atau disambungkan menggunakan kaedah pelakuran lazim kerana suhu kimpalan yang tinggi menghasilkan mikrostruktur dendritik serta pembetukan kecatatan retak kimpalan yang memudaratkan kekuatan sambungan. Oleh itu, matlamat kajian ini ialah menghasilkan sambungan serupa keluli perkakas AISI D2 yang kuat menggunakan kaedah peleburan-semula separa langsung (KPSL) sebagai penyelesaian kepada kesukaran sambungan logam keluli perkakas ini. Dalam kajian ini, julat suhu pemanasan dan pecahan cecair yang sesuai bagi proses sambungan KPSL dikenal pasti. Selain itu, kesan kuasa pemanasan, beban unipaksi, serta rawatan haba pasca sambungan terhadap mikrostruktur dan sifat mekanik sambungan KPSL bagi keluli perkakas D2 telah dikaji. Kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC) dan perisian JMatPro® digunakan untuk mensimulasikan julat suhu dan pecahan cecair serta evolusi fasa terlibat semasa proses sambungan dilakukan. Pemanas aruhan berfrekuensi tinggi digunakan semasa sambungan KPSL dengan kuasa pemanasan yang tinggi serta masa yang singkat iaitu pada kuasa pemanasan 13, 15 dan 17 kW dan suhu pemanasan 1280, 1300 dan 1320 °C. Bagi mendapatkan sambungan yang sempurna, kesan beban unipaksi terhadap sambungan KPSL pada 0, 0.5, 2.5 dan 5 N dikenalpasti. Pencirian sifat mekanik ditentukan dengan menggunakan ujian kerasan dan tegasan-terikan. Perubahan mikrostruktur dan fasa pada sambungan KPSL dikaji menggunakan mikroskop optik, mikroskop imbasan elektron (SEM) yang dilengkapi dengan penganalisis serakan tenaga sinar-X (EDX), dan pembelauan sinar-X (XRD). Keputusan menunjukkan julat suhu yang sesuai bagi pecahan cecair 40, 50 dan 70% adalah masing-masing pada suhu 1280 °C, 1300 °C dan 1320 °C. Sambungan keluli D2 yang dihasilkan adalah bebas retak atau kecacatan. Kekuatan tegangan maksimum tertinggi dicapai adalah pada kuasa pemanasan 17 kW kerana pada kuasa pemanasan yang tinggi dan masa pemanasan yang singkat akan menyebabkan saiz ira menjadi lebih kecil serta kawasan separa pepejal yang lebih tertumpu. Sambungan pada suhu pemanasan 1300 °C serta beban unipaksi 5N menghasilkan mikrostruktur lebih globular berbanding suhu pemanasan yang lain serta menjana kekuatan tegangan maksimum tertinggi melebihi kekuatan bahan logam asas. Mikrostruktur pada kawasan sambungan menunjukkan berlakunya resapan sempadan ira yang ketara apabila beban unipaksi dikenakan semasa proses sambungan yang menyebabkan peningkatan sifat mekanik. Sebaliknya, pada sambungan tanpa kenaan beban unipaksi, lebih banyak karbida eutektik tidak larut di antara ira. Kekuatan tegangan maksimum dan kekerasan selepas rawatan haba pasca kimpalan meningkat kepada 985 MPa dan 860 HV. Ini kerana karbida halus terserak dengan lebih seragam pada matriks dan sempadan ira yang membantu meningkatkan sifat mekanik sambungan. Daripada kajian ini, kekuatan tegangan tertinggi yang dicapai adalah pada KPSL-HT17, dengan nilai 985 MPa berserta kecekapan sambungan 155%. Selain itu, purata nilai kekerasan zon sambungan pada sampel KPSL-HT17 meningkat kepada 890 HV berbanding nilai kekerasan bahan asal adalah 226 HV.