بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به بررسی تأثیر مورفولوژي مارتنزیت ناشی از کرنش بر تغییرات ریزساختاري حین آنیل بازگشتی فولاد زنگنزن آستنیتی 201 پرداخته شده است. بدین منظور نمونه با کرنشهاي مختلف %50 نورد - مارتنزیت لایهاي - و %90 نورد - سلول نابجایی - تحت آنیل در دماهاي 800-900 C و مدت زمان 30-1800 ثانیه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بازگشت آستنیت از ساختار سلول نابجایی در تمامی دماها از نرخ بالاتري برخوردار است. مشخص گردید با افزایش زمان و دماي آنیل، کسر آستنیت بازگشتیمرتباً افزایش مییابد و مکانیزم بازگشت از نوع جوانهزنی و رشد است. مشاهدات ریزساختاري نشان داد که جوانههاي آستنیت ناشی از ساختار سلول نابجایی بسیار کوچ کتر از نوع لایهاي بوده، اما رشد دانهها در مارتنزیت لایهاي به دلیل نیرومحرکه کمتر - دانههاي بزرگتر - و همچنین حضور مارتنزیت باقیمانده در ساختار و جلوگیري از رشد دانهها، نرخ کمتري دارد. تحت این شرایط کوچکترین اندازه دانه آستنیت بازگشتی حاصل از ساختار سلول نابجایی 120 nm و براي نوع لایهاي 500nm میباشد.
مقدمه
فرآیند ترمومکانیکی مارتنزیت - شامل نورد سرد براي تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش - SIM - 1 و در ادامه آنیل بازگشتی براي دستیابی به آستنیت نانو/فوق ریزدانه - یکی از مهمترین روشهایی است که براي تولید فولاد زنگنزن آستنیتی شبهپایدار نانو/فوق ریزدانه مورد استفاده قرار میگیرد 1]و.[2
مارتنزیت در کرنشهاي کم بهصورت لایهاي2 و با افزایش کرنش و خرد شدن تیغههاي مارتنزیت، مورفولوژي آن به ساختار سلول نابجایی3 تغییر مییابد که در آنیل بازگشتی مراکز بالاي جوانهزایی ایجاد کرده و امکان رسیدن به ساختار نانو/فوق ریزدانه را فراهم میکند .[2-4] مارتنزیت حین آنیل توسط دو مکانیزم نفوذي - جوانهزنی و رشد - و برشی به آستنیت بازگشت مییابد که مکانیزم غالب به ترکیب شیمیایی فولاد - نسبت - Nieq/Creq و شرایط آنیل اعمالی بستگی دارد. مورفولوژي مارتنزیت و مکانیزم بازگشت، تأثیر زیادي بر نحوه تغییرات ریزساختاري و در نتیجه خواص مکانیکی حاصل شده دارد .[5]
از آنجاکه کاهش مراحل فرآیندهاي ترمومکانیکی و سادهسازي آنها ازنظر صنعتی همواره مورد توجه محققین بوده، با توجه به امکان ایجاد مورفولوژيهاي متفاوت و نیز تأثیر آن بر رفتار آنیل بازگشتی و تشکیل ساختار نانو/فوقریز دانه، در این پژوهش سعی بر آن است تا از طریق تغییر شرایط آنیل به بررسی تأثیر مورفولوژي مارتنزیت پرداخته و شرایط بهینه آنیل براي فولاد زنگنزن آستنیتی 201 مشخص شود.
روش تحقیق
فولاد زنگنزن آستنیتی 201 مورد استفاده در این پژوهش - جدول - 1 در دماي محیط تا کاهش ضخامت 50 و %90 نورد شد. براي مشاهده ریزساختار حاصل از نورد از محلول 100 ml اتانول، 7-8 ml اسید هیدروکلریک و 2-2/5 گرم اسید پیکریک و مدت زمان 30-60 ثانیه و براي نمونههاي آنیل بازگشتی از روش الکترواچ با محلول اسید نیتریک %65 با ولتاژ اعمالی 0/9-1 و مدت زمان 10-30 ثانیه استفاده گردید. آنیل بازگشتی در محدوده دمایی 800-900 C و مدت زمان 30-1800 ثانیه انجام گرفت. به منظور اندازهگیري میزان آستنیت بازگشتی، از دستگاه فریتسکوپ استفاده شد . از میکروسکوپ الکترونی روبشی4 مدل PHILIPS XL30 و میکروسکوپ الکترونی روبشی با تفنگ نشر میدانی5 مدل Tescan Mira براي مشاهدات ریزساختاري استفاده گردید.
نتایج و بحث
شکل -1 الف تصویر میکروسکوپ SEM ریزساختار فولاد 201 پس از %50 نورد را نشان میدهد که بیانگرساختار کاملاً مارتنزیتی است و ساختار بلوكهاي1 مارتنزیت قابل رویت هستند. بخشهاي ب و ج با استفاده از میکروسکوپ FE-SEM و تصویر با بزرگنمایی بیشتر حاصل شده است که بیانگر ریزساختار موجود در تیغههاي سالم و خرد شده مارتنزیت میباشد. شکل 2 تصویر FE-SEM ریزساختار فولاد را پس از %90 نورد نشان میدهد که به دلیل افزایش کرنش و افزایش خردایش مارتنزیت، کسر حجمی ساختار سلول نابجایی افزایش و اندازه کریستالها به حدود 20- 25 nm کاهش یافته است.
اثرات دما و زمان آنیل بر روي رفتار بازگشت مارتنزیت در نمونه 90 و %50 نورد سرد شده در شکل 3 براي دماهاي 800 و 900 œC به ترتیب ارائهشده است . همانطور که مشاهده میگردد، نرخ بازگشت ساختار سلول نابجایی بهخصوص در زمانهاي اولیه آنیل در مقایسه با مارتنزیت لایهاي بیشتر است. با انجام آنیل در دماي 800 œC، مقدار بازگشت براي مارتنزیت لایهاي درنهایت پس از 1 ساعت، به یک حالت ثابت %91 بازگشت، میرسد؛ درحالیکه براي ساختار سلول نابجایی استحاله کامل میشود.
با افزایش دماي آنیل تا 900 œC، نرخ بازگشت براي هر دو نوع مارتنزیت افزایش مییابد، بهطوريکه براي نمونه%50 و% 90 نورد، به ترتیب پس از گذشت 30 و 2 دقیقه، استحاله کامل میشود. مشابه با دماي 800 œC ، بازهم نرخ بازگشت ساختار سلول- نابجایی بسیار بالاتر بوده که میتوان آن را به انرژي ذخیرهشده بیشتر و چگالی بالاي مراکز جوانهزنی این ساختار نسبت داد
شکل 4 تصویر SEM ریزساختار آنیل دماي 800 œC پس از زمان 1 دقیقه را نشان میدهد. مطابق با شکل -4 الف، اندازه دانههاي آستنیت ناشی از سختار لایهاي حدود %69 - 250 nm آستنیت بازگشتی - و در بخش ب - براي ساختار سلول - نابجایی - میانگین اندازه دانهها %88 - 350 nm آستنیت بازگشتی - است. می توان گفت که نمونه %90 نورد شده، در ابتداي کار از چگالی جوانهزنی بالاتري در مقایسه با نمونه %50 نورد برخوردار است، اما به دلیل رشد بیشتر دانهها در این دما و حضور فاز مارتنزیت باقیمانده فراوان در نمونه %50 نورد، پس از 1 دقیقه، اندازه دانههاي آستنیت نمونه با مورفولوژي لایهاي کمی از مارتنزیت با ساختار سلول نابجایی کوچکتر است 6] و .[7
شکل 5 تصویر SEM ریزساختار آنیل پس از زمان 10 دقیقه را نشان میدهد. مطابق با شکل -5 الف، مارتنزیت باقیمانده قبلی هم جوانهزده و باعث ایجاد دانههاي با ابعاد کوچک در بین دانههاي میکرونی از قبل موجود میشود. بنابراین ریزساختار حالت توزیع اندازه دانه دوگانه2 خواهد داشت 1/5 -0/2 P -
