ميكرومكانيزم‌هاي تغيير شكل و تكامل بافت كريستالوگرافيك در آلياژ انتروپي بالاي Fe3MnNiCr و تأثير آنها بر خواص مكانيكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

در تحقيق پيش رو، با هدف ارائه‌ي تركيبي جديد جهت توسعه‌ي آلياژهاي چند جزيي و مقرون به صرفه،‌ آلياژ انتروپي بالا و پايه آهن Fe3MnNiCr معرفي و ميكرومكانيزم‌هاي ريزساختاري آن تحت فرايند نورد ارزيابي و بررسي شدند. پس از ساخت آلياژ با درصد اتمي متفاوت با استفاده از كوره‌ي ذوب القايي تحت خلاء، فرايند بهينه‌سازي اين آلياژ در چندين سطح انجام شد. در اولين اقدام آلياژ در دماهاي °C1000 و °C800 در دو مرحله‌ي مجزا، همگن و همگن-پيرسازي شد. در اقدامي ديگر براي ايجاد آلياژي همگن، ابتدا نورد سرد و سپس در دماهاي °C1000 و °C1200 براي زمان‌هاي 1 و 3 ساعت، عمليات حرارتي شدند. نتايج آناليز پراش پرتو ايكس نشان داد كه در اثر اين فرايندها ساختارهاي كريستالي از جمله مكعبي سطوح مركزدار و مكعبي مركزدار، همچنين ساختارهاي فشرده مانند فاز سيگما تشكيل مي‌شوند. در ادامه، با استفاده از روش‌هاي ميكروسكوپي به ارزيابي و بررسي ريزساختارهاي ريخته‌گي، حرارتي و مكانيكي-حرارتي پرداخته شد تا يك آلياژ با تركيب يكنواخت از عناصر به عنوان نمونه‌ي بهينه، معرفي شود. پس از ارزيابي‌هاي مختلف، نمونه‌ي نورد سرد و سپس عمليات حرارتي شده در دماي °C1000 به مدت يك ساعت با ساختار تك فاز مكعبي وجوه مركزدار و اندازه دانه‌ي حدوداً 50µm معرفي شد. در ادامه، نمونه‌ي بهينه‌سازي تحت نورد در كاهش ضخامت‌هاي 12/5%، 25%، 50%، 62% و 75% قرار گرفت. جهت ارزيابي بافت ماكرو، از روش پراش پرتو ايكس به كمك تصاوير قطبي براي آناليزهاي كريستالوگرافيك استفاده گرديد. در اين آلياژ با انجام فرايند نورد، بافت تركيبي حاصل از مولفه‌هاي تبلور مجدد، نوردي و دوقلويي بدست آمدند. قوي‌ترين رشته‌ي بافتي مشاهده شده در آلياژهاي نورد شده نيز، رشته‌ي آلفا با تاكيد بر مولفه‌ها‌ي Goss و Brass مي‌باشد. همچنين ارزيابي‌هاي قطبي معكوس اين آلياژ نشان داد دانه‌ها جهات [001] و [111] در نمونه‌هاي نوردي توسعه مي‌دهند. ارزيابي‌هاي ريزساختاري همچنين نشان داد كه در اثر فرايند نورد، تركيبي از تحرك نابجايي‌ها، ايجاد دوقلويي‌ها، باندهاي برشي ناشي از تغيير شكل و ساختار R9 در اين آلياژ بيشترين سهم را در تحولات ريزساختاري داشتند. همچنين انرژي نقص چيدن اين آلياژ برابر با 2-35mJ.m محاسبه شد كه قابل قياس با بسياري ازآلياژهاي انتروپي بالا مي‌باشد. در اين آلياژ چندين ميكرومكانيزم حين تغيير شكل ناشي از اندركنش اين اجزاء ساختاري نيز ملاحظه شد كه با داده‌هاي بافتي همخواني كامل دارند. مضاف بر اين، جهت تحليل تنش‌ها در سطح كريستالي و براي توجيه فعال شدن صفحات غير اكتاهدرال مانند (110)، مدلي ارائه شد كه تنش برشي بحراني براي فعال شدن هر دو لغزش اكتاهدرال و غير اكتاهدرال و ايجاد دوقلويي‌ها روي صفحات غير فشرده حين تغيير شكل را محتمل مي‌داند. در ادامه‌ي مشخصه‌يابي‌ها، خواص مكانيكي اين آلياژ تحت آزمون‌هاي كششي و سختي‌سنجي مورد ارزيابي واقع شدند. بيشينه‌ي استحكام كششي اين آلياژ براي نمونه‌ي نورد شده در كاهش ضخامت 75% حدوداً برابر با 1/2GPa بود و ريزسختي روند افزايشي با انجام نورد را نمايش داد. در ارتباط با خواص كششي همچنين به ارائه‌ي مدلي خطي با تجميع تنش پيرلز-نابارو، تنش ناشي از چگالي نابجايي‌ها، استحكام‌دهي در اثر دوقلويي‌ها، استحكام‌دهي ناشي از كاهش اندازه‌ي دانه و افزايش استحكام ناشي از محلول جامد پرداخته شدكه نتايج اختلاف كمي با مقادير واقعي نشان دادند. در نهايت ارزيابي سطح شكست آلياژ مشخص كرد كه ميكرومكانيزم غالب، حفره-صفحه با معيار سه محوري است كه با ايجاد ديمپل‌ها با اندازه و شكل‌هاي مختلف ناشي از شكست نرم و سطوح صاف ناشي از شكست ترد، بسته به ميزان تغيير شكل، متغير مي‌باشد. به طور كلي، اين آلياژ از لحاظ خواص متالورژيكي-مكانيكي و هزينه توليد جايگزين مناسبي براي آلياژهاي قديمي‌تر همچنين با حذف كبالت ارزان‌تر از بسياري از آلياژهاي چند جزيي انتروپي بالا مي‌باشد.

237804

مهندسي مواد و متالورژي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان