بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش، توسعه رسم نقشههاي فرایند جهت شناسایی دامنه ایمن - دما و نرخ کرنش مناسب - براي وقوع مکانیزم کروي شدن دینامیکی جهت تبدیل لایههاي سمنتیت نانومتري به ذرات سمنتیت فوق ریز/نانومتري براي فولاد یوتکتوئیدي با ساختار کاملاً پرلیتی در محدوده دمایی 620-770 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش حقیقی 0/01-10 برثانیه بودهاست. براي این منظور از آزمون فشار گرم و دستگاه شبیه ساز ترمومکانیکی Gleeble 1500 بهره گرفته شدهاست. نتایج بدست آمده نشان میدهد که بوسیله کارگرم در محدوده دمایی 640-720 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش 0/01-0/1 بر ثانیه، مکانیزم کروي شدن دینامیکی با بازدهی اتلاف انرژي 21-30 درصد فعال شدهاست.
همچنین کارگرم در دماي 720 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش سریع 1 برثانیه منجر به وقوع مکانیزم کروي شدن دینامیکی و تشکیل نانو ذرات سمنتیت گردیده است. این روش میتواند یک روش تبدیل ریزساختاري نوین براي تغییرشکل گرم سریع فولاد یوتکتوئیدي بدون ایجاد هرگونه عیب ریزساختاري باشد که براي اولین بار توسعه یافتهاست. از طرف دیگر، در نواحی ناپایداري، طبق پیش بینی نقشههاي فرایند، انواع عیوب ریزساختاري تشکیل میگردد.
مقدمه
فولاد یوتکتوییدي با ساختار کاملاً لایهاي پرلیتی به دلیل عدم حضور فازهاي پرویوتکتوئیدي، قابلیت کارسختی بالا، توانایی تحمل تغییرشکل سرد و گرم و همچنین دارا بودن لایههاي سمنتیت نانومتري و امکان تبدیل آنها به ذرات نانوسایز سمنتیت اخیرا به عنوان فولاد پیشرفته در نظر گرفته میشود 1]و.[2 در این میان رفتار تغییرشکل ماده را میتوان از دیدگاه نقشههاي فرایند که براساس مدل مواد متحرك بوجود آمدهاند، پیشبینی کرد 3] و.[4 در این مدل قطعه تحت تغییرشکل گرم به عنوان یک اتلافکننده غیرخطی توان در نظر گرفته میشود.
مقدار G مربوط به سطح زیر منحنی تنش نرخ کرنش حقیقی است. در این مدل J مقدار انرژي است که صرف تغییرات ریزساختاري در حین تغییرشکل گرم میشود؛ درحالی که G صرف افزایش دماي سیستم میگردد. معمولاً مقدار کمی ازε̇|انرژي=kصرفσ تغییرات ریزساختاري میشود و غالب آن عامل افزایش دما است. بر اساس معادله - m T,ε,M - در یک کرنش اعمالی، دما و ریزساختار اولیه معین، توزیع انرژي بین G و J بوسیله متغیر حساسیت به نرخ کرنش تعیین میشود.
در اینجا نیز متغیر بدون بعد ξ بر حسب دما و نرخ کرنش رسم شده و نقشه ناپایداريξ بدست میآید. ناپایداريهاي متالورژیکی در حین تغییرشکل گرم در مناطقی رخ میدهند که مقدار منفی گردد. در نهایت نقشه فرایند بوسیله روي هم قرار دادن دو نقشه بازدهی اتلاف انرژي و نقشه ناپایداري بدست میآید. لازم به ذکر است که نقشههاي فرایند تنها یک پیشبینی از چگونگی تحولات ریزساختاري در حین تغییرشکل گرم فراهم میکند؛ در حالی که مشخصهیابی ریزساختاري بوسیله بررسیهاي متالوگرافی جهت شناسایی و تائید دقیق مکانیزمهاي تغییرشکل ضروري است. به هرحال، هدف اصلی پژوهش حاضر، پیشبینی مناطق ایمن و ناایمن از طریق رسم نقشههاي فرایند و بررسیهاي ریزساختاري بودهاست.
مواد و روش تحقیق
میلگرد فولاد یوتکتوئیدي نورد گرم شده با قطر 12 میلیمتر با ترکیب شیمیایی حاوي 0/82 کربن، 0/18 سیلیسیم، 0/62 منگنز، 0/01 فسفر و 0/005 گوگرد - درصدوزنی - ، تولید شده توسط شرکت Nippon steel cooperation طبق استاندارد SWRH82B grade –JIS G3506با ریزساختار اولیه کاملاً پرلیتی بعنوان ماده اولیه استفاده شدهاست. آزمونهاي فشار گرم بر روي میلگردهاي یوتکتوئیدي انجام گرفتهاست. براي این منظور نمونههایی استوانهاي با قطر 8 میلیمتر و ارتفاع 10 میلیمتر - نسبت ابعادي - 1/25 از میلگردها ماشین کاري شد. آزمونهاي فشار گرم بوسیله دستگاه شبیهساز ترمومکانیکی Gleeble 1500 واقع در مرکز تخقیقات فولادهاي پیشرفته دانشگاه Oulu فنلاند انجام شدهاست.
نمونهها با سرعت 20 درجه سانتیگراد بر ثانیه تا دماي تغییرشکل گرم حرارت دهی شدند. دماي تغییرشکل گرم در محدوده 620 الی 770 درجه سانتیگراد با فواصل 50 درجه سانتیگراد انتخاب گردیدهاست. تغییرشکل گرم پس از 15 ثانیه نگهداري در دماي تغییرشکل و با نرخ کرنش 10، 1، 0/1 و 0/01 بر ثانیه بر روي نمونههاي استوانهاي اعمال گردید. لازم به ذکر است که تغییرات دما و نرخ کرنش با دقت تحت کنترل بوده و ثابت نگه داشته شدهاست.
نمونهها پس از آزمون فشار گرم در هوا سرد شدند. ترموکوپل سیمی تماسی به منظور کنترل دما به سطح نمونهها جوش داده شد. فویل گرافیت در سطح نمونهها به عنوان روانکار با هدف به حداقل رساندن اصطکاك و اثر بشکهاي شدن در حین فشار استفاده شدهاست. همچنین براي جلوگیري از نفوذ کربن از فویل تانتالم بهره گرفته شدهاست. به منظور ارزیابی تغییرات ریزساختاري از میکروسکوپ الکترونی روبشی PHILIPS XL30 استفاده شد. آمادهسازي نمونهها بوسیله روش سنبادهزنی و پولیش مکانیکی انجام شدهاست. محلول پیکرال - مخلوط 4 درصد اسید پیکریک و 100 میلی لیتر اتانول - به عنوان اچ کننده استفاده شدهاست.
