بررسي و مشخصه‌يابي اثر اضافه شدن عناصر آلياژي Si و Ge بر آلياژ آنتروپي‌بالا بر پايه FeCrMnNiCo

آلياژهاي آنتروپي بالا دسته نسبتاً جديدي از فلزات هستند كه برخلاف ساير سيستم‌هاي آلياژي متداول و مرسوم، پايه فلزي مشخصي نداشته و تمام عناصر آلياژي با كسر مولي يكسان يا تقريباً برابر به يكديگر اضافه مي‌شوند. يكي از مهمترين آلياژهاي طراحي شده و توسعه يافته در اين زمينه FeCrMnNiCo است. هدف از پژوهش حاضر بررسي تاثيرات اضافه كردن عناصر شبه فلزي سيليسيوم و ژرمانيوم به آلياژ آنتروپي بالاي غيراستوكيومتري FeCrMnNiCo مي‌باشد. در اين راستا عنصر كبالت با سيليسيوم و ژرمانيوم به مقادير 3، 6 و 9 درصد اتمي جايگزين شده و آلياژهاي طراحي شده با تركيب كلي Fe28Cr18Mn18Ni18Co18-xMx (M= Ge o‎r Si و x=3 o‎r 6 o‎r 9) انتخاب شدند. براي ساخت نمونه‌هاي آلياژي از ذوب كردن عناصر خالص درون يك كوره ذوب قوسي تحت اتمسفر محافظ (كه براي اجراي پژوهش حاضر طراحي و ساخته شد) استفاده گرديد. هر نمونه حداقل پنج بار ذوب مجدد شد تا از يكنواختي تركيب شيميايي آن اطمينان حاصل شود. بررسي‌هاي متالورژيكي شامل بررسي ساختار ماكروسكوپي نمونه‌ها، متالوگرافي با ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي و بررسي تركيب شيميايي فازهاي مختلف به كمك EDS، آزمون XRD و بررسي خواص مكانيكي شامل سختي سنجي، آزمون كشش و شكست نگاري بر روي نمونه‌هاي آلياژها انجام گرفت. شبيه‌سازي به كمك نرم افزار Thermo-Calc، بررسي رفتار حرارتي به كمك آناليز حرارتي و بررسي خواص مغناطيسي از جمله‌ي بررسي‌هاي تكميلي انجام شده بر روي آلياژها بودند. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد هر دو عنصر سيليسيوم و ژرمانيوم در مقادير بالا (نه درصد) در حين انجماد تمايل به جدايش داشته‌اند. به نظر مي‌رسد هر دو دسته آلياژي تكفاز FCC بوده و تنها نمونه حاوي نه درصد سيليسيوم حاوي تركيبات بين فلزي باشد. همچنين به طور كلي هر دو عنصر باعث افزايش استحكام و سختي و كاهش انعطاف‌پذيري مي‌شوند. سيليسيوم بر افزايش سختي (224 HV30)، استحكام تسليم (284 MPa) و مدول يانگ (187.8 GPa) تاثير بيشتري داشته و در مقابل ژرمانيوم انعطاف‌پذيري آلياژ پايه را كمتر كاهش داده است. بررسي‌ها نشان داد جايگزيني كبالت با دو عنصر سيليسيوم و ژرمانيوم به مقدار نه درصد اتمي باعث كاهش چشمگير انعطاف‌پذيري خواهد شد (به ترتييب 5/1 و 19 درصد). آناليز حرارتي (DSC) نمونه‌هاي آلياژي نشانگر هيچگونه واكنش يا استحاله فازي نيست. همچنين ظرفيت حرارتي نمونه‌ها به كمك نمودارهاي آناليز حرارتي و نيز اطلاعات حاصل از شبيه‌سازي با نرم افزار محاسبه گرديد. در مطالعه خواص مغناطيسي آلياژها، تاثير ژرمانيوم بر خواص مغناطيسي بيشتر از تاثير سيليسيوم بر آلياژ پايه بود. هرچند به طور كلي مي‌توان تمام آلياژهاي اين پژوهش را پارامغناطيس دانست. در مجموع به نظر مي‌رسد بهبود خواص مختلف آلياژ پايه در اثر اضافه كردن ژرمانيوم بهتر از نمونه‌هاي حاوي سيليسيوم باشد.

237137

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان