تأثير فرآيند نورد سرد و آنيل بر تغيير فاز آلياژ آنتروپي بالاي Fe-Cu-Cr-Ni-Mn و بررسي خواص مكانيكي و ريزساختاري آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

كارشناسي ارشد

آلياژهاي آنتروپي بالا به علت خواص منحصر به فردي كه دارند در چند سال اخير مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. هدف از اين پژوهش تك‌فازسازي آلياژ آنتروپي بالاي FeCrCuMnNi با استفاده از فرايند‌هاي كار سرد و عمليات حرارتي است. در حين تك‌فاز شدن تغييرات خواص مكانيكي و ريزساختاري مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش از آلياژ انتروپي بالاي FeCrCuMnNi ريخته‌گري شده استفاده شده است. اين آلياژ با استفاده از كوره القايي تحت اتمسفر خنثي و مواد اوليه خلوص بالا توليد شده است. ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ ريخته‌گري شده با آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آزمون‌هاي سختي و كشش مورد مطالعه قرار گرفت. استحكام كششي بالاي Mpa900 به همراه ازدياد طول به ميزان 14% و همچنين سختي HV300 نشانگر خواص مكانيكي ايده‌آل اين آلياژ هستند. اين آلياژ داراي ساختار فازي مخلوط FCC و BCC مي‌باشد كه فاز FCC آن متشكل از دو فاز FCC1 و FCC2 است. در مرحله اول براي رسيدن به ساختار تك‌فازي، با استفاده از عمليات حرارتي اوليه نمونه‌هاي ريختگي تحت دماي ℃1100 و به مدت زمان‌هاي 1، 2، 4، 8، 16 و 24 ساعت عمليات حرارتي شدند. در نمونه عمليات حرارتي شده تحت دماي ℃1100 و به مدت 24 ساعت ساختار فازي آلياژ به سمت تك فاز شدن ميل مي‌كند اما هنوز درصد كمي از دو فاز ديگر قابل رؤيت مي‌باشد. براي بررسي اثر دما با ثابت نگه داشتن زمان به مدت 1 ساعت، نمونه‌هاي ريختگي تحت دماي عمليات حرارتي 1100، 1150، 1200، 1250 و ℃1300 عمليات حرارتي شدند و سپس به بررسي ساختار فازي پرداخته شد. در اين حالت با انجام عمليات حرارتي و افزايش دماي آن، كاهش درصد فازهاي BCC و FCC1 و همچنين افزايش سهم فاز FCC2 تا نزديك به 95% مشاهده شد كه نتيجه آن افت استحكام آلياژ و افزايش انعطاف‌پذيري مي‌باشد. مشاهده شد كه پارامتر دما، پارامتر بسيار مهمي در تبلورمجدد آلياژ است. به نحوي كه تفاوت دمايي ℃50 اثر بسيار بيشتري از زمان‌هاي طولاني دارد؛ اما به دليل ذوب موضعي صورت گرفته در دماهاي 1200 تا ℃1300 درصد فازهاي FCC1 و BCC افزايش يافت. مرحله دوم عمليات تك‌فاز سازي فرايند كار سرد است كه در اين مرحله نمونه‌هاي ريختگي آلياژ در كاهش ضخامت‌هاي 25%، 50%، 75%، 90% و 97% نورد شدند و ريزساختار آن‌ها با استفاده از ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي بررسي شد. سپس نمونه‌هاي نورد شده در دماي ثابت ℃1100 و زمان ثابت 1 ساعت تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفتند. ساختار و خواص مكانيكي آلياژ كار سرد و سپس عمليات حرارتي شده با استفاده از آزمون‌هاي ذكرشده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد در نمونه نورد سرد شده با كاهش ضخامت 90% و تحت عمليات حرارتي آنيل در دماي ℃1100 به مدت زمان 1ساعت جدايش عنصري به حداقل رسيد و ساختار نمونه تك فاز شده است. بررسي خواص مكانيكي و تغييرات ساختاري آلياژ در طي فرايند تكفاز شدن با استفاده از آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، سختي و سمبه برشي مورد بررسي قرار گرفته است. با افزايش نورد سرد اوليه و در ادامه كاهش ضخامت، استحكام كششي تا 90%كاهش و در 97% افزايش مي‌يابد كه اين موضوع به‌دليل ازدياد انرژي اكتيواسيون و تبلور مجدد در 97% كاهش ضخامت اوليه است. در نهايت با انجام آناليز شكست بر روي نمونه‌هاي سمبه برشي، در حين آنيل نمونه فاز FCC رفتار نرم از خود نشان داد و با افزايش درصد نورد اوليه رفته رفته شكست از حالت ترد به شكست نرم مشاهده شد.

213597

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

فخرالدين اشرفي زاده، احمد رضائيان

محمدرضا طرقي نژاد، مهدي علي زاده