بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر خواص مکانیکی و مغناطیسی آلیاژهای پایه آهن کبالت، استحاله منظم شدن است که حدوداً در دمای 730°C به وقوع میپیوندد. علاوه بر استحاله منظم شدن، استحاله آلوتروپیک نیز تأثیر قابل ملاحظهای بر خواص مذکور دارد. در این پژوهش با انجام کار گرم در محدودههای دمایی مختلف اعم از منطقه تکفازی فریت، منطقه دوفازی آستنیت فریت و منطقه تکفازی آستنیت، تأثیر دمای کار گرم بر تبلور مجدد دینامیکی و به تبع آن خواص مکانیکی و مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفت. بررسیهای ریزساختاری و سختیسنجی نشان داد که با افزایش دمای کار گرم، دانههای تبلور مجدد یافته درشتتر شده و از سختی نمونهها کاسته میشود. نتایج بررسیهای مغناطیسی نیز حاکی از این مطلب بود که علاوه بر سختی مکانیکی، سختی مغناطیسی نمونهها نیز تحت تأثیر دمای کار گرم قرار گرفته و با افزایش دمای کار گرم، به علت کاهش دانسیته مرز دانهها، از سختی مغناطیسی نمونهها کاسته میشود. بررسیهای فازشناسی صورت گرفته نیز نشان داد که برای نمونههای نورد شده در دمای پایینتر از دمای منظم شدن، آستنیت باقیمانده در ساختار مشاهده میشود، حال آنکه برای نمونههای نورد شده در دماهای
بالاتر از استحاله منظم شدن، آستنیت باقیمانده در ساختار حضور ندارد.
کلمات کلیدی: آلیاژ Fe-Co-V، نورد گرم، تبلور مجدد دینامیکی، نیروی پسماندزدای مغناطیسی، مغناطش اشباع.
مقدمه
آلیاژهای آهن کبالت در دامنه ترکیبی 35-50 wt.% Co، دارای بیشترین مغناطش اشباع در میان تمام آلیاژهای فرومغناطیس هستند. این آلیاژها به عنوان آلیاژهایی با نیروی پسماندزدای مغناطیسی پایین، نفوذپذیری مغناطیسی بالا، استحکام کششی مطلوب و دمای کوری بالا شناخته شده هستند، اما به دلیل ماهیت ترد و شکننده در حالت دوتایی، قابلیت کاربرد صنعتی ندارند.[1] علت پایین بودن انعطافپذیری آلیاژهای Fe-Co، وقوع استحاله منظم شدن است که در دمای حدود 730°C به وقوع میپیوندد3]،.[2 به منظور کند کردن سینتیک این استحاله، عنصر وانادیم به سیستم دوتایی افزوده میشود و این عنصر قادر است با جلوگیری از وقوع پدیده منظم شدن، داکتیلیتی و فرمپذیری این آلیاژها را بهبود بخشد. وانادیم علاوه بر خواص مکانیکی، خواص مغناطیسی آلیاژ را نیز تحت تأثیر قرار داده و با افزایش سختی مغناطیسی، دامنهای از خواص از نرم به نیمهسخت و سخت را برای این آلیاژها به وجود میآورد. بر این اساس آلیاژهای پایه Fe-Co در سه دسته توسعه یافتهاند. آلیاژهای مغناطیسی نرم با میزان وانادیم کمتر از 3 درصد وزنی، آلیاژهای مغناطیسی نیمهسخت با میزان وانادیم بین 5 تا 13 درصد وزنی و آلیاژهای مغناطیسی سخت با میزان وانادیم بیش از 13 درصد وزنی 5]،.[4 میزان وانادیم، دمای استحاله منظم شدن را تغییر نمیدهد اما دمای استحاله آلوتروپیک با افزایش وانادیم به طور چشمگیری کاهش مییابد. بنابراین امکان حضور فاز آستنیت که فازی پارامغناطیس است در ساختار افزایش مییابد6]،.[3 از جمله عوامل مؤثر بر خواص مکانیکی و مغناطیسی، ریزساختار و خصوصاً مرز دانهها هستند. زیرا این مرزها به عنوان مکانهای قفل کننده حوزههای مغناطیسی عمل میکنند. بنابراین افزایش دانسیته مرز دانهها، افزایش نیروی پسماندزدای مغناطیسی را در پی داشته و سختی مغناطیسی را افزایش میدهد.[7] بهواسطه انجام کار گرم و وقوع تبلور مجدد دینامیکی در حین آن، میتوان دانسیته مرز دانهها را تغییر داده و به تبع
آن خواص مکانیکی و مغناطیسی یک آلیاژ را دگرگون کرد. مطالعات بسیاری در ارتباط با آلیاژهای نرم مغناطیسی بر پایه آهن کبالت صورت گرفته است [13–8]، اما اطلاعات در مورد آلیاژهای نیمهسخت و سخت با درصدهای بالای وانادیم بسیار محدود است. حسنی و همکارانش 15]،14،6،[4، مطالعات متعددی در زمینه سینتیک استحالههای واقع شونده، خواص مکانیکی و مغناطیسی آلیاژ Fe-Co-7V انجام دادند. ایشان همچنین در رابطه با کار سرد و عملیات حرارتی متعاقب آن بر روی این آلیاژ بررسیهایی را صورت دادند و ارتباط عملیات ترمومکانیکی با خواص مکانیکی و مغناطیسی را مشخص نمودند. اما در زمینه تأثیر کار گرم بر خواص مکانیکی و مغناطیسی این سیستم آلیاژی، به ویژه آلیاژهایی با درصدهای وانادیم بالا، تحقیق چندانی صورت نگرفته است. بنابراین در این تحقیق، سعی شد تا با استفاده از نرمافزار ترموکلک 1، محدودههای دمایی تقریبی برای استحالههای آلوتروپیک و منظم شدن تعیین شده و بهواسطه نورد گرم در دماهای متفاوت و در محدودههای مختلف، تأثیر کار گرم در این دماها بر ریزساختار، فازهای تشکیل شده، خواص مکانیکی و خواص مغناطیسی آلیاژ Fe-Co-8V مشخص گردد.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق، آلیاژ 50Fe-42Co-8V با استفاده از مواد اولیه با درجه خلوص بالا و فرایند ذوب و ریخته گری در کوره قوس الکتریکی تحت خلاء تولید شد. به منظور جلوگیری از وقوع استحاله منظم شدن، قالب مسی با قدرت خنککنندگی بالا مورد استفاده قرار گرفت. جدول 1 نتیجه آنالیز طیفسنجی پلاسمای جفت شده القایی - ICP - جهت تعیین ترکیب شیمیایی نمونه ریخته شده را نشان میدهد. پس از ریختهگری، به منظور اصلاح ساختار ریختگی، عملیات هموژنسازی به مدت 10 ساعت در دمای 1200°C بر روی نمونهها صورت گرفت. پس از انجام بررسیهای ریزساختاری، فازشناسی و خواص مغناطیسی، نمونهها تحت عملیات نورد گرم قرار گرفتند. بدین منظور با استفاده از نرمافزار ترموکلک، سه دمای 650، 850 و 950°C جهت بررسی تأثیر دمای کار گرم بر ریزساختار و خواص آلیاژ انتخاب شد. قطر غلتک 150mm بوده و سرعت چرخش آن 3rpm منظور گردید و درصد کاهش ضخامت نمونهها به میزان 85% صورت گرفت. پس از انجام نورد گرم، بررسیهای ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی انجام شد. در ادامه به منظور تعیین فازهای موجود در هر یک از نمونههای نورد شده، بررسیهای فازشناسی بهوسیله پراش پرتو X صورت گرفت. در ادامه جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمایش سختیسنجی ویکرز در مورد نمونها انجام شد و در نهایت خواص مغناطیسی نمونههای نورد شده در دماهای مختلف، از طریق آزمایش مغناطشسنجی نمونه ارتعاشی - VSM2 - مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث
بررسی خواص مکانیکی
شکل 1، نمونههای نورد گرم شده در دماهای مذکور را نشان میدهد. همان طور که ملاحظه میشود، برای نمونههای نورد شده در دماهای 950 و 850°C، سطحی صاف و عاری از آثار شکست را شاهد هستیم، اما برای نمونه نورد شده در دمای 650°C ترکهای زیادی در نمونه مشاهده میشود. با توجه به بررسیهای نرمافزار ترموکلک در مورد آلیاژ [16] Fe-Co-8V، در دمای 950°C این آلیاژ در منطقه
