بررسي اثر مهندسي مرزدانه بر خواص فولاد زنگ نزن آستنيتي با ساختار دوگانه با هدف توسعه محصولات فولادي پيشرفته

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي متالورژي و مواد

دكتري

در اين پژوهش به بررسي اثر توسعه مرزدانه¬هاي ويژه در فولاد زنگ نزن آستنيتي گروه 316L با ساختار دوگانه به كمك فرايند مهندسي مرزدانه پرداخته شده است. با استفاده از روش نورد- آنيل و با اعمال كرنش معادل با 83% كاهش در ضخامت در دماي C10- و آنيل پس از آن به مدت 30 دقيقه در دماي C800، ساختار دوگانه با متوسط اندازه دانه μm 9/1 به عنوان ورودي فرايند مهندسي مرزدانه حاصل شده است. سپس فرايند مهندسي مرزدانه به روش نورد- آنيل و در پارامترهاي كرنش اعمالي به ميزان 5% و 15% كاهش در ضخامت (به ترتيب كرنش كم و متوسط)، مدت زمان كوتاه آنيل پس از نورد به ميزان 5 و 15 دقيقه در دماي C 1000 و تعداد دفعات تكرار 1، 3 و 4 مرتبه از هر سيكل فرايند بر روي نمونه¬هاي حاصل از فرايند بازگشت مارتنزيت انجام شده است. آناليز پراش پرتو ايكس به جهت بررسي¬ تغييرات فازي انجام شد. آزمون خوردگي بين دانه¬اي و بررسي ريزساختار سطوح خوردگي با ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي به منظور تعيين شرايط بهينه و انتخاب نمونه¬ها جهت بررسي با ميكروسكوپ روبشي گسيل ميدان (مجهز به آشكارساز پراش الكترون¬هاي برگشتي) انجام شد. همچنين خواص مكانيكي مورد ارزيابي قرار گرفت. با توجه به نتايج آزمون پراش پرتو ايكس در ساختار نورد شده در دماي كم، 78% مارتنزيت ناشي از كرنش و آستنيت باقيمانده با كرنش زياد شناسايي شد. بررسي¬هاي ريزساختاري نشان داد كه با انجام آنيل پس از نورد و بازگشت فاز مارتنزيت به آستنيت و تبلور مجدد آستنتيت باقيمانده ساختار دوگانه از اندازه دانه¬ها ايجاد شده است. با انجام فرايند مهندسي مرزدانه با اعمال كرنش به ميزان 5% كاهش در ضخامت، آنيل به مدت 5 دقيقه در دماي C1000 و تكرار مسير فرايند به ميزان 4 مرتبه درجه حساس شدن در آزمون خوردگي از ميزان 5/07/17% به 2/01/6% براي نمونه مهندسي مرزدانه شده كاهش يافت. نتايج بررسي¬هاي ريزساختاري از سطوح در تماس با محلول خورنده، حاكي از كاهش ميزان خوردگي اطراف مرزدانه¬ها با اعمال سيكل مذكور بود. نتايج آزمون پراش الكترون برگشتي نشان داد كه درصد شبكه مكان انطباق و مرزدانه¬هاي 3 به ترتيب از ميزان 42% و 16% در نمونه اوليه به ميزان 72% و 53% در نمونه مهندسي مرزدانه شده افزايش يافته است. در مسير با كرنش اعمالي 15% و آنيل به مدت 15 دقيقه در دماي C1000 و مرتبه تكرار 4 (مسير با كرنش زيادتر)، با وجود دستيابي به 66% شبكه مكان انطباق و 44% مرز¬هاي 3، كاهش محسوسي در ميزان درجه حساس شدن حاصل نشد. در اين نمونه اندازه كم در مكان¬هاي مرتبط دوقلويي، مورفولوژي ساده زنجيره¬هاي دوقلويي و طول كم آن¬ها نسبت به نمونه با كرنش اعمالي كم مشاهده شد. تشكيل مكان¬هاي مرتبط دوقلويي بزرگ منجر به قطع بيشتر ارتباط مرزدانه-هاي تصادفي در ريزساختار شد. مقادير متوسط 3/10 و 5/4 براي نسبت اندازه مكان¬هاي مرتبط دوقلويي به اندازه دانه به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده در مسير با كرنش كم و كرنش متوسط محاسبه شد. تعداد كمتر مكان¬هاي مستعد براي جوانه¬زني تبلورمجدد در نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم نسبت به نمونه با كرنش زيادتر، رشد بيشتر مكان¬هاي مرتبط دوقلويي در اين نمونه را نشان مي¬دهد. با بررسي تغييرات نسبت 9+27 به3 وقوع مكانيزم تشكيل مجدد مرزدانه¬ها ناشي از برهمكنش مرز¬هاي 9 و 27 در سيكل اول نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و مكانيزم دوقلويي شدن چندگانه در ادامه فرايند مشخصه¬يابي شد. تعداد زياد جوانه¬هاي اوليه دوقلويي در دانه¬هاي ميكرومتري با تعداد دانه همسايه زياد و تك جوانه¬هايي با شبكه¬اي پيوسته از مرزدانه¬هاي 3 در دانه¬هاي ريزتر در سيكل اول نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم علت ايجاد درصد زيادي مرز¬هاي 3 در مدت زمان كوتاه آنيل شناخته شد. ارزيابي خواص كششي نمونه¬ها نشان داد درصد افزايش طول از 268% در نمونه اوليه به 488% و 295% به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و متوسط افزايش يافته است. عدم كاهش استحكام و افزايش نسبي آن از 8609 مگاپاسكال در نمونه اوليه به 7641 و 6623 مگاپاسكال به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و متوسط حاصل شد. درصد زياد مرز¬هاي ويژه 3 و افزايش درصد نقاط سه¬گانه متشكل از مرز¬هاي كم انرژي از عوامل موثر در كاهش جوانه¬زني و رشد ترك مرزدانه¬اي و افزايش انعطاف¬پذيري شناخته شدند. با بررسي¬هاي شكست¬نگاري، تركيب شكست نرم و ترد در نمونه اوليه و شكست كاملا نرم همراه با ايجاد گودي و برآمدگي در نوك نمونه آزمون كشش براي نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده همراه با اندازه ديمپل¬هاي متفاوت شناسايي شد. در نهايت در اين پژوهش به طور موفقيت آميز نمونه مهندسي مرزدانه شده از فولاد زنگ نزن آستنيتي گروه 316L ايجاد شده است.

228378

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان