ارزيابي تاثير مهندسي مرزدانه بر ريزساختار، مقاومت به خوردگي و خواص كششي يك فولاد زنگ ‌نزن آستنيتي ساخته شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

ساخت افزودني يكي از روش‌هاي توليد ديجيتال است كه به‌عنوان يكي از عناصر انقلاب صنعتي چهارم نيز شناخته مي‌شود. در اين روش نوين، قطعه از يك فايل سه‌بعدي و معمولاً به‌صورت لايه به لايه ايجاد و شكل نهايي قطعه ساخته مي‌شود. مهندسي مرزدانه شامل افزايش درصد مرزهاي ويژه در ريزساختار قطعات مي‌باشد و يكي از موضوعات جذاب براي تحقيق در طي چند دهه گذشته بوده است. هدف آن بهبود خواص مواد از طريق تغيير در ساختار مرزدانه آن¬ها است. مهندسي مرزدانه حين و پس از فرايند ساخت افزودني، امكان توليد قطعات پيچيده با خواص عالي را فراهم مي‌كند. افزايش درصد مرزهاي ويژه در ريزساختار قطعات ساخت افزودني شده، مي¬تواند با تغيير متغيرهاي فرايند ساخت به‌صورت درجا و نيز انجام عمليات بعدي نظير كرنش و عمليات حرارتي به‌صورت غيردرجا صورت پذيرد. هدف اصلي پژوهش حاضر، بررسي امكان اعمال مهندسي مرزدانه هم به‌صورت درجا و هم غير درجا روي يك فولاد زنگ نزن 316L ساخته‌شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر است. امكان اعمال مهندسي مرزدانه و اثر آن روي ريزساختار، مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي و خواص مكانيكي قطعات توسط بررسي‌هاي ميكروسكوپي و آزمون‌هاي فعال‌سازي مجدد پتانسيوديناميكي الكتروشيميايي دو حلقه‌اي و كشش دماي محيط بررسي شدند. مهندسي مرزدانه درجا با تغيير پارامتر استراتژي روبش، از ميندر (دوطرفه) به جزيره‌اي اعمال شد. درصد مرزهاي ويژه از 6/19% در نمونه ميندر در حالت پس از ساخت به 8/42% در نمونه جزيره‌اي در حالت پس از ساخت رسيد. نمونه جزيره‌اي به دليل داشتن درصد بالايي از مرزهاي ويژه در ريزساختار خود، به‌عنوان نمونه مهندسي مرزدانه شده شناخته شد. مطابق آزمون خوردگي مرزدانه‌اي، عدد درجه حساسيت نمونه جزيره‌اي، به علت دانه‌هاي ريزتر و حضور درصد بالايي از مرزهاي ويژه در ريزساختار خود، نسبت به نمونه ميندر به مقدار 5/43% كاهش يافت. در نتيجه، نمونه جزيره‌اي مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي بسيار بالاتري نسبت به نمونه ميندر از خود نشان داد. مهندسي مرزدانه غيردرجا نيز به‌صورت مستقيم، بدون اعمال كرنش و با انجام يك مرحله عمليات حرارتي در دماي 1200 درجه سانتي¬گراد روي نمونه با استراتژي روبش ميندر اعمال شد. در طي اين عمليات، دانه‌هاي ريزساختار در اثر تبلور مجدد كامل از ستوني به هم‌محور تبديل شدند. نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، داراي درصد بالايي از مرزهاي ويژه به مقدار 9/76% به‌خصوص مرزدوقلويي به مقدار 9/47% در ريزساختار خود بود. همچنين در اين نمونه، ارتباط بين مرزهاي بزرگ زاويه تصادفي توسط اين مرزهاي ويژه قطع شده بود. به دليل اين مشخصه‌ها، نمونه ميندر عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي گراد به عنوان نمونه مهندسي مرزدانه شده در نظر گرفته شد. مطابق آزمون خوردگي مرزدانه‌اي، به علت وجود درصد بسيار بالايي از مرزهاي ويژه در نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، عدد درجه حساسيت اين نمونه بسيار پايين به دست آمد. درجه حساسيت اين نمونه نسبت به نمونه ميندر در حالت پس از ساخت به مقدار 5/7% كاهش يافت. در نتيجه مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي اين نمونه نيز نسبت به نمونه ميندر در حالت پس از ساخت بالاتر بود. همچنين مطابق آزمون كشش در دماي محيط در اثر اعمال مهندسي مرزدانه غيردرجا، استحكام كششي در نمونه ميندر عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد به دليل كاهش مرزهاي كم زاويه در ريزساختار آن نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت، به مقدار ناچيزي كاهش‌يافت. استحكام كششي از 602 مگاپاسكال در حالت پس از ساخت به 542 مگاپاسكال در حالت عمليات حرارتي شده رسيد. با اين‌حال درصد انعطاف¬پذيري نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، به علت وجود درصد بالايي از مرزهاي ويژه به‌خصوص مرزدوقلويي در ريزساختار آن، به مقدار 33% نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت افزايش داشت. همچنين، درصد انعطاف-پذيري نمونه ميندر عمليات حرارتي شده به مقدار بسيار بالاي 7/80% رسيد. بررسي سطوح شكست نمونه‌هاي ميندر در حالت پس از ساخت و در حالت عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد، حاكي از وقوع شكست نرم در هر دو نمونه بود.

232298

شناسائي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان