بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش اثر رسوبات نیوبیم بر روند تغییرات اندازه دانه تبلور مجدد دینامیکی - DRX - در یک فولاد میکروآلیاژی حاوی تیتانیم و نیوبیم بررسی شده است. برای این منظور آزمون فشار داغ در دماها و نرخ کرنشهای مختلف انجام شده و ریزساختار حاصل از طریق میکروسکوپهای نوری و الکترونی مطالعه شده است.
بررسیهای میکروسکوپ الکترونی حاکی از رسوب ترجیحی ذرات غنی از Nb بر ذرات TiN در دماهای کمتر از 1100œC میباشد. این پدیده منجر به تفکیک روند تغییرات اندازه دانه در دو محدوده دمایی بیشتر و کمتر از 1100œC میشود.
در هر محدوده دمایی، رابطه توانی میتواند بیانگر تغییرات اندازه دانه با پارامتر زنر هولومان - Z - باشد. رابطه مشابهی برای تغییرات اندازه دانه با تنش پایا نیز به دست آمده است. در همه این موارد، با تفکیک نتایج به دو محدوده دماهای کمتر و بیشتر از 1100œC نهتنها پراکندگی نتایج بسیار کمتر میشود، بلکه توانی مشابه نیز در روابط به دست میآید. این نتایج نشان میدهند که روابط شناخته شده جامع که پیشتر توسط محققین ارائه شده است، نمیتواند برای کل محدوده دمای کار داغ یک فولاد میکروآلیاژی حاوی Ti و Ni مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
فولادهای کم آلیاژ پراستحکام به دلیل خواص مکانیکی، جوشپذیری و در عینحال قیمت مناسب، کاربردهای وسیع و روزافزونی در صنایع مختلف پیدا کردهاند . عناصر میکروآلیاژی، به ویژه Ti و Nb نقشی ویژه در فرآیند ترمومکانیکی مناسب در این فولادها دارند.
این عناصر با ایجاد رسوبات مختلف کاربیدی، نیتریدی و کاربونیتریدی علاوه بر افزایش استحکام با مکانیزم رسوبسختی، از رشد دانههای آستنیت حین فرآیند ترمومکانیکی جلوگیری میکنند .[2] رسوبات غنی از Ti، به طور خاص TiN، مانع اصلی رشد دانههای آستنیت در دماهای بسیار بالا هستند .[3] از سوی دیگر عنصر Nb به ویژه در شکل رسوب NbC و اثرات آن بر جلوگیری از تبلور مجدد دینامیکی - DRX1 - و استاتیکی نقش مهمی در رسیدن به اندازه دانه بسیار کوچک دارد .
بدین ترتیب میتوان گفت اندازه دانه آستنیت پیش از استحاله و تقابل آن با رسوبات میکروآلیاژی، نقشی مهم در ریزساختار نهایی فولاد دارد. بنابراین لازم است که اندازه دانه DRX در حضور و عدم حضور رسوبات NbC مقایسه شود. از اینرو در پژوهش حاضر اندازه دانه DRX در یک فولاد میکروآلیاژی حاوی Ti و Nb با تمرکز بر نقش رسوبات Nb مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق
نمونههای فشار داغ با قطر و ارتفاع به ترتیب 8 و 12 mm از فولادی کمکربن حاوی 0.02 درصد وزنی از هر یک از عناصر Ti و Nb تهیه شده و در دماهای 850-1200 œC و نرخ کرنشهای 0.001-1 s-1 مورد آزمون فشار قرار گرفته و کوئنچ شدند. بررسیهای متالوگرافی از طریق میکروسکوپ نوری روی مقطع نمونهها انجام و اندازه دانه DRX در هر حالت تعیین شد. همچنین جهت مطالعه رسوبات میکروآلیاژی، دو نمونه از طریق میکروسکوپهای الکترونی روبشی - SEM2 - و عبوری - TEM3 - مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج و بحث
میانگین اندازه دانه DRX در هر دما و نرخ کرنش اندازهگیری و در شکل - a - 1 ترسیم شده است. مطابق با آنچه انتظار میرفت، اندازه دانه با افزایش دما و کاهش نرخ کرنش افزایش مییابد. روند تغییرات حاکی از یک تغییر شدید از دمای 1000œC به 1100œC است. در شکل - b - 1 تغییرات اندازه دانه نرماله شده با بردار برگرز - b - برحسب پارامتر زنر هولومان - Z - - رابطه زیر - در مختصات لگاریتمی ترسیم شده است.
شکل - b - 1 نشان دهنده پراکندگی زیاد نتایج از این رابطه توانی - رابطه خطی در مختصات لگاریتمی - است. بااینحال شکل - c - 1 نشان میدهد که اگر نتایج مربوط به دماهای بیشتر و کمتر از 1100 œC از یکدیگر تفکیک شوند، تابعیت بسیار خوبی از رابطه - 2 - حاصل شده دو خط با شیب تقریباً مشابه بر نتایج برازش میشود. مقادیر مربوط به ثوابت رابطه - 2 - در جدول 1 ارائه شده است.
تمایز نتایج در دو محدودهدمایی مذکور تلویحاً بر وقوع پدیدهای متالورژیکی در دمای 1100œC دلالت دارد. با مروری بر مراجع میتوان دریافت که این دما به عنوان حد دمای پایداری رسوبات Nb به ویژه NbC مطرح است. اتمهای Nb در دمای 1100œC و بیشتر از آن به صورت محلول بوده و در دماهای کمتر رسوبات پایداری را ایجاد میکنند
نتایج بررسیهای میکروسکوپ الکترونی نیز این موضوع را تأیید میکند. در شکل 2 تصاویر SEM از ذراتی مکعبی شکل در نمونههایی که در دماهای 1000 و 1200œC مورد آزمون فشار قرار گرفتهاند، دیده میشود. نتایج آنالیز EDS1 و همچنین مورفولوژی منظم مکعبی این ذرات [3] بر رسوبات TiN دلالت دارند. برخلاف نمونه فشرده شده در دمای 1200 œC، آنالیز EDS مربوط به نمونه فشرده شده در دمای 1000œC بیانگر تراکم عنصر Nb روی TiN است.
TiN در فولادهای میکروآلیاژی Nb-Ti میتواند به عنوان بستری برای رسوب مرجح Nb مطرح باشد .[6] در تصویر TEM شکل - c - 2 یک رسوب TiN نانومتری با پیکان مشخص شده است. همچنین رسوبات بسیار ریز نانومتری با مورفولوژی کروی در دانه پایین تصویر در فولادهای مشابه به عنوان رسوبات NbC شناخته میشوند .[7] تصویر TEM با زمینه سیاه منطبق بر تفرق NbC در شکل - d - 2 نیز تجمع رسوبات NbC روی ذره TiN را نشان میدهد.
با توجه به آنچه گفته شد، میتوان رسوبات NbC را عامل کاهش قابل توجه اندازه دانه DRX در دماهای کمتر از 1100œC دانست. با اینحال برابر بودن شیب دو خط برازش شده در شکل - c - 1 نشان دهنده آن است که اثر این رسوبات بر کاهش اندازه دانه مستقل از شرایط تغییر شکل - Z - است.
