بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مقاله، بررسی تأثیر مراحل مختلف فراوری فولاد زنگنزن آستنیتی بر تغییرات فازی و مقایسه روشهای مختلف اندازهگیری مقدار فازها در این فولادها است. در فرایند تولید این نوع فولادها، فازهایی مانند فریت دلتا و مارتنزیت در کنار آستنیت ایجاد میشوند که میتوانند بر خواص مختلف مکانیکی، خوردگی، جوشکاری آنها تأثیر قابل توجه بگذارند. به همین دلیل اندازهگیری مقدار دقیق این فازها مهم است. مقدار فاز فریت دلتای ایجاد شده در ریختهگری فولاد زنگ نزن آستنیتی 301 و همچنین مارتنزیت ایجاد شده در اثر اعمال کرنش در دمای اتاق به وسیله سه روش پراش پرتوی ایکس، القای مغناطیسی و متالوگرافیکمّی مورد بررسی قرار گرفت.
روشهای متالوگرافی و القای مغناطیسی روشهای مناسب و با دقت بالایی برای اندازهگیری فریت باقیمانده تشخیص داده شدند. دلیل آن، قابلیت تفکیک مناسب فازها از یکدیگر و توزیع یکنواخت فاز در حجم ماده بود. برای تعیین مقدار مارتنزیت ناشی از کرنش، به دلیل غیریکنواختی کرنش در سطح و عمق ماده و مورفولوژی مارتنزیت، روش متالوگرافی دقت خوبی نشان نداد. برای اندازهگیری مقدار این فاز، روشهای القای مغناطیسی و پراش پرتوی ایکس تطابق خوبی با هم نشان دادند.
مقدمه
فولادهای زنگ نزن آستنیتی، یکی از گروههای مهم و پرکاربرد فولادها در صنعت هستند. این گروه جزء فولادهایی هستند که ممکن است در ساختار آنها یک فاز مغناطیسی در کنار فاز غیرمغناطیسی آستنیت قرار گیرد. با اینکه به دلیل وجود عناصر پایدارکننده آستنیت - - در دمای اتاق، در فرایند ریختهگری آنها یک ساختار آستنیتی ایجاد میشود ولی همیشه کمی فریت دلتا - - در ساختار باقی میماند که روی خواص مکانیکی، خوردگی، جوشکاری تأثیرگذار است
هرچند فاز فریت دلتا نیز تا حد زیادی در همگنسازی و تغییر شکل داغ از بین میرود، امکان ایجاد فاز مغناطیسی مارتنزیت نیز در این فولادها بسیار است. تبدیل فازی آستنیت به مارتنزیت در اثر تغییر شکل پلاستیکی فولادهای زنگنزن آستنیتی نیمهپایدار1 اتفاق میافتد 3] و .[4 مارتنزیت تشکیل شده را مارتنزیت ناشی از کرنش2 مینامند. هر چه دمای تغییر شکل کمتر باشد، مقدار مارتنزیت تشکیل شده افزایش مییابد. دو نوع مارتنزیت - با شبکه BCC و مغناطیسی - و مارتنزیت - با شبکه HCP و غیرمغناطیسی - ممکن است در مدت تغییر شکل پلاستیکی فولادهای زنگنزن آستنیتی نیمهپایدار تشکیل شوند
گزارش شده است که با افزایش کرنش، مقدار مارتنزیت بهطور پیوسته افزایش مییابد درحالیکه مقدار مارتنزیت در مقادیر کرنش کوچک پدیدار شده و سپس با افزایش مقدار کرنش از ساختار فلز کار سرد شده محو میشود 5] و .[6 از طرف دیگر مارتنزیت ایجاد شده در تغییر شکل پلاستیکی در فرایند آنیل به آستنیت بازگشت مییابد. فاز مارتنزیت نیز میتواند شدیداً روی خواص مکانیکی، خوردگی و غیره این گروه از فولادها تأثیرگذار باشد. ازآنجاکه بسیاری از فرایندهای تولید قطعات از این فولادها، شامل تغییر شکل پلاستیکی و تشکیل مارتنزیت است، اندازهگیری مقدار این فاز مهم میباشد.
روشهای مختلفی برای تعیین کسر حجمی فازهای فریت و مارتنزیت ایجاد شده در کنار آستنیت در فولادهای زنگنزن آستنیتی مورد استفاده قرار میگیرد. القای مغناطیسی3، بالانس مغناطیسی4 و پراش پرتوی ایکس5 از مرسومترین روشها هستند. در صنعت، یک روش ساده، سریع، ارزان و قابلاعتماد برای تعیین کسر حجمی فازها در این فولادها مطلوب است، درحالیکه در کار تحقیقاتی، دقت روش در اولویت قرار دارد. هدف از این تحقیق، بررسی تبدیلهای فازی در فولادهای زنگنزن آستنیتی و مقایسه روشهای مختلف XRD، القای مغناطیسی و متالوگرافیکمّی در تعیین کسر فازها است.
روش تحقیق
فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 301 ریختهگری شده با ترکیب شیمیایی آورده شده در جدول 1 برای تحقیق استفاده شد. همگنسازی به مدت 12 ساعت و سپس فورج فولاد ریختهگری شده انجام شد. برای بررسی تبدیل فازی آستنیت به مارتنزیت، تسمههای فورج شده به ضخامت 8 میلی متر، تا ضخامت های مختلف تحت نورد سرد در دمای اتاق قرار گرفتند. بازگشت مارتنزیت به آستنیت برای نمونه های %90 نورد سرد شده به وسیله آنیل همدما در دمای850œC و زمانهای مختلف از 1 تا 100 دقیقه انجام شد.
مقدار فریت دلتا و مارتنزیت ناشی از کرنش بهوسیله روشهای مختلف القای مغناطیسی با یک دستگاه فریتسکوپ - Fischer, MP30E - ، پراش پرتوی ایکس - 3KLOLSV ;ʼ 3HUW - و آنالیز متالوگرافی محاسبه شدند. فریتسکوپ به طور خاص برای اندازهگیری فریت باقیمانده در چنین فولادهایی طراحی شده است. برای اندازهگیری مقدار فاز مارتنزیت که نفوذپذیری مغناطیسی متفاوتی نسبت به فریت دارد، باید از ضرایب و روابط تصحیحی استفاده نمود. در این مقاله، از روابط ارائه شده توسط پترسون [8] برای تبدیل عدد خوانده شده از فریتسکوپ - F - به کسر حجمی مارتنزیت - - M برای فولاد AISI 301 استفاده شد:
کسر حجمی فازهای آستنیت و مارتنزیت براساس روش ارائه شده توسط دیکسون [9] از الگوی XRD محاسبه شد. برای یک نمونه با جهت گیری اتفاقی دانهها، کسر حجمی هر فاز را میتوان از شدت تجمعی - مساحت زیر پیک - پیک پراش hkl از فاز "i" و با استفاده از روابط زیر محاسبه کرد:
آماده سازی سطحی برای همه نمونه های آنالیز ساختاری به وسیله الکتروپالیش با محلول 100 ml HCl-20 ml Ethanol انجام شد.
