بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به کاربرد عمده فولادها در زندگی روزمره و تمدن بشري، به جهت پاسخگویی به نیاز صنایع متعدد، محققان بسیاري درصدد توسعه آلیاژهاي فولادي با خواص ارتقاء یافته هستند. در چندین سال اخیر، درخصوص روشهاي دستیابی به آلیاژهاي داراي استحکام همراه با انعطافپذیري بالا، مطالعات بسیاري انجام شده است. از جمله این روشها، ایجاد ساختاري با توزیع اندازه دانه دوگانه است. با توجه به کاربرد گسترده فولاد زنگنزن آستنیتی در صنایع مختلف، در این پژوهش، به بررسی امکان ایجاد چنین ریزساختاري پرداخته شده است. بدین منظور بر روي قطعاتی از جنس فولاد مذکور، پس از اعمال نورد سرد و آنیل بعدي، و مطالعه تصاویر میکروسکوپ نوري و الکترونی روبشی، ریزساختاري ناهمگن با حالت اندازه دانه دوگانه مشاهده گشت. همچنین حضور احتمالی ذرات کاربید پیشنهاد داده شد و براي اثبات وجود مارتنزیت ثانویه که خود نتیجه اثر ذرات کاربیدي و اندازهدانه آستنیت است، آزمایش با پراش اشعه پرتو ایکس - XRD - انجام گرفت.
کلمات کلیدي: فولادهاي پیشرفته، فولادهاي زنگنزن آستنیتی، مارتنزیت ناشی از کارسرد و کوئنچ، بازگشت، تبلورمجدد، نوردسرد و آنیل، ساختار دوگانه.
مقدمه
فولادهاي پراستحکام پیشرفته، بهترین گزینه براي کاربردهایی هستند که استحکام بالا در عین داشتن جرم کم جزء ملزومات بهکارگیري یک ماده در طراحی و ساخت آنهاست. به طور کلی عملکرد محصولات فولادي به اجزاء و مورفولوژي ریزساختار بستگی دارد .[1] در سالهاي اخیر، در راستاي توسعه نسل سوم فولادهاي پراستحکام پیشرفته، به فولادهاي زنگنزن توجه بیشتري شده است. لازم به ذکر است نیاز به طراحی سازههاي پیچیده اي وجود دارد که علاوه بر استحکام و انعطافپذیري بالا، محیطهاي طبیعی - مثل هواي مرطوب و محیط خورنده - را تحمل کرده، و وزن کمی داشته باشد. با توجه به این موضوع، فولادهاي زنگنزن آستنیتی، به علت مقاومت به خوردگی فوقالعادهشان گزینه مناسبی هستند اما فاقد ویژگی استحکام نهایی بالا توام با انعطافپذیري هستند. نقص بزرگ دیگر فولادهاي ضدزنگ آستنیتی تنش تسلیم بسیارکم آنها ا ست که موجب محدود شدن به کارگیري در سازهها و دیگر کاربردهاي ساختمانی شده است. یک دیدگاه براي دستیابی به پاسخ این سوال که اساساً آیا ممکن
است فولاد ضدزنگ تجاري با استحکام و انعطافپذیري بالا ایجاد کرد، بررسی تولید فولاد ضدزنگ با ساختار فوق ریز دانه است 2] و .[3 براي کاربردهاي سازهاي که اصولاً ماده بایستی ابعاد بزرگ و مقادیر بالایی داشته و با کمترین هزینه تولید شود عملیات ترمومکانیکی بهینهترین روش براي تولید آلیاژهاي ریزدانه است .[4] اخیراً روش ترمومکانیکی پیشرفته براي تولید ساختاري با اندازه دانه زیر میکرون و حتی نانو در فولادهاي آستنیتی شبه پایدار شامل فرآیند نورد سرد و آنیل بکار رفته است. محققان بسیاري بهبود همزمان استحکام و انعطافپذیري فولاد شبه پایدار آستنیتی را بدین روش بررسی کردهاند. تاکید مطالعات بر حیاتی بودن تشکیل مارتنزیت در کرنش در فولاد آستنیتی فوق ریزدانه است. فولاد کارسرد شده، آنیل شده تا بازگشت مارتنزیت ناشی از تغییرشکل به آستنیت صورت گردد و بدین ترتیب ساختار آستنیتی فوق ریزدانه و یا حتی در مقیاس نانو به دست آید 5] و .[6 پیشتر بیان شده است که کاهش اندازه دانه موجب افت کارسختی یا ازدیاد طول یکنواخت گشته و انعطافپذیري پایین و ناپایداري مومسان براي مواد فوق ریزدانه را در پی دارد. علت چنین پیشامدي به قابلیت ضعیف کارسختی ناشی از عدم توانایی تجمع نابجاییها به خاطر اندازه کوچک دانه و اشباع شدن - از نابجاییها - نسبت داده شده است .[7] یک دیدگاه عملی براي کنترل ناپایداري ایجاد ساختار دانهاي با توزیع اندازهدانه دوگانه است که دانههاي درشت موجب اصلاح کرنش و دانههاي کوچک استحکام بالا را ایجاد میکند. بدین ترتیب ترکیبی از استحکام بالا و انعطافپذیري مناسب حاصل میگردد. همچنین کارسختی قابلتوجهی ایجاد شده و از تغییر شکل موضعی جلوگیري میشود .[8] در این پژوهش به تحلیل بیشتر در ارتباط با مشاهدات ریزساختار دوگانه نهایی پرداخته شده است.
روش تحقیق
نتایج آزمون کوانتومتري بر روي یک نمونه فولادي زنگنزن آستنیتی از نوع AISI 304، انجام شده و ترکیب شیمیایی به صورت جدول 1 به دست آمد. نمونهاي با ابعاد اولیه به صورت طول 100 mm، عرض 20 mm و ضخامت ° 4 mmاز ورقی که با عملیات پایانی نورد گرم تولید شده بود، تهیه شد و سپس به مدت یک ساعت در دماي 1100 C تحت ع ملیات حرارتی آنیل انحلالی قرار گرفت. آنگاه نورد سرد، بهصورتی انجام شد که قطعات مذکور داراي کاهش ضخامت 40 درصد شوند. در بین هر پاس به منظور جلوگیري° از اثرگذاري گرماي آدیاباتیک ناشی از اصطکاك به وجود آمده، نمونهها در آب با دماي محیط 20 C - الی - 22 به مدت حدوداً 30 ثانیه سرد شدند. سپس این قطعه حاصل شده از عملیات مذکور، به اندازههاي کوچکتر با طول 10mm و عرض 5 mm برش یافتبا. توجه به نتایجی که° قبلاً توسط میرزاده به دست آمد، بازگشت کامل° دردورههاي زمانی قابل قبول، در دماهاي بالاتر از 750 C، رخ میدهد .[9] لذا دماي آنیل، 750 و 800 C انتخاب شدند. با بررسی کلی مراجع و توجه به میزان کرنش اعمال شده، جهت اطمینان از وقوع بازگشت، مدت زمانهاي 35 و 45 دقیقه براي آنیل، در نظر گرفته شد. پیش از انجام عملیات متالوگرافی نمونههاي آماده شده از مرحله قبل، در محلولی با ترکیب 15 درصد HNO3 - 65% - و 5 درصد HF - 50% - در 80 درصد آب مقطر، به منظور زدوده شدن اکسیدهاي سطحی و دیگر آلودگیها و نیز حذف اثرات تغییرشکل ناشی از سنبادهزنی بر ریزساختار، غوطهور شدند. قابل ذکر است که بسته به هدف مطالعه، نمونه در محلولهایی به صورت آنچه که در جدول 2 بیان شده است و با توجه به شرایط مطرح شده در استاندارد ASTM E407-07 ، حکاکی شدند. تصاویر حاصل با کمک میکروسکوپ نوري و روبشی بررسی شدند.
براي شناسایی فاز مارتنزیت° پسθ از بازگشت، از آنالیز °پراش پرتوθ ایکس استفاده شد. شرایط انجام این آزمایش، زاویه شروع 2 = 40 و زاویه پایان آنالیز 2 =100 قرار داده شد تا تمامی صفحات آستنیت و مارتنزیت در معرض اشعه در حال تابش قرار گیرد. باکمک نرمافزار X" PERT HIGH SCORE PLUS، الگوهاي بهدست آمده مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه طبق استاندارد ASTM E 975-03 محاسبه میزان فاز آستنیت در ساختار، به صورت نیمه کمی انجام گرفت. پیش از محاسبه کسر حجمی براي انطباق منحنی1 الگو، تابع لورنتز2 انتخاب شد.
