بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به بررسی ساخت فولاد عاری از عناصر بیننشین - IF - با ساختار نانو پرداخته شده است. بدین منظور از فرایند نورد تجمعی - ARB - چهارلایه در دمای محیط استفاده گردید. ارزیابی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی - STEM - انجام شد. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی از آزمونهای کشش و سختیسنجی استفاده گردید . نتایج نشان داد که ریزساختار نمونهی نهایی شامل دانههای اصلی و هممحور با میانگین اندازهی دانهی 100 nm است.
چنین اندازه دانهای تابحال برای فولاد IF به دست نیامده بود. نورد تجمعی چهار لایه در دمای محیط میتواند مانع از وقوع بازیابی گسترده در فولاد IF - که بسیار مستعد به بازیابی است - شود و انرژی زیادی را در ماده ذخیره کند تا مکانیزم تبلورمجدد پیوسته رخ دهد و منجر به نانوساختار شدن این فولاد گردد. با افزایش تعداد سیکل، مقدار استحکام کششی به طور پیدرپی افزایش یافت به طوری که پس از سیکل نهایی، استحکام کششی حدود 4/5 برابر - 980 MPa - مقدار اولیه بود.
پس از سیکل اول مقدار ازدیاد طول از %50/9 برای نمونهی اولیه به %8/1 کاهش یافت در حالی که اعمال سیکلهای بیشتر موجب افزایش مقدار ازدیاد طول به %12 گردید. همچنین پس از سیکل اول، افزایش شدیدی در مقدار سختی مشاهده شد که تقریبا 2/6 برابر سختی اولیه بود. مقدار سختی در دو سیکل اول به طور قابل ملاحظهای افزایش یافت و سپس اثر تعداد سیکل روی مقدار سختی کم و کمتر شد به طوری که در سیکلهای بالا، مقدار سختی به حالت اشباع رسید.
مقدمه
امروزه مواد نانوساختار به دلیل ویژگیهای منحصر به فردشان توجه بسیار زیادی را به خود جلب کردهاند. مواد نانوساختار دارای کسر حجمی بالایی از مرزدانهها میباشند که همین امر منجر به تغییر چشمگیر خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آنها نسبت به مواد پلیکریستال درشتدانه میشود. مواد نانوساختار در مقایسه با مواد پلیکریستال معمولی دارای استحکام و سختی بالا، چقرمگی زیاد، نفوذپذیری بالا، گرمای ویژهی زیاد، ضریب انبساط حرارتی بالا و خواص مغناطیسی نرم عالی میباشند - گلیتر، 2000؛ ولیف، اسلامگالیف، الکساندرف، 2000؛ ولیف و لانگدن، . - 2006 تاکنون روشهای مختلفی برای ساخت این مواد ابداع شده است. یکی از مهمترین روشها به منظور ساخت مواد نانوساختار، تغییرشکل پلاستیک شدید میباشد.
تغییر شکل پلاستیک شدید به فرایندهایی گفته میشود که با اعمال کرنش پلاستیک شدید به ماده، منجر به ساخت مواد نانوساختار/فوقریزدانه میگردد. ویژگی برجستهی فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید، ثابت ماندن ابعاد نمونه حین فرایند است که در نتیجهی آن اعمال کرنشهای بسیار زیاد بر ماده امکانپذیر میشود. تاکنون فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید عموما روی فلزات و آلیاژهای غیرآهنی اعمال شده است و تعداد مطالعات تغییرشکل پلاستیک شدید روی فلزات آهنی، محدود میباشد - ولیف؛ ولیف و لانگدن - . در میان روشهای مختلف تغییرشکل پلاستیک شدید، فرایند نورد تجمعی توانایی بالایی برای تولید پیوستهی مواد دارد.
این روش تنها فرایند تغییرشکل پلاستیک شدید است که در آن از تغییرشکل توسط نورد به تنهایی استفاده میشود و نورد مفیدترین فرایند فلزکاری برای تولید پیوستهی صفحات، ورقها و شمشها میباشد - سایتو، اتسونومیا، سوجی، ساکایی، 1999؛ سوجی، سایتو، اتسونومیا، تانیگاوا، 1999؛ ولیف و همکاران، . - 2000 فولادهای عاری از عناصر بیننشین - IF - فولادهایی هستند که دارای مقدار کربن و نیتروژن بسیار کمی میباشند.
فولادهای IF در شرایط درشتدانه دارای انعطافپذیری بالایی هستند اما استحکام تسلیم آنها به علت کاهش یافتن اثر استحکامدهی محلول جامد و اثر اندازه دانه، پایین است. تاکنون تلاشهای بسیاری به منظور دستیابی به ساختار نانو در فولاد IF انجام شده است اما تا به حال هیچ یک از پژوهشگران موفق نشدهاند تا ساختار نانو را در فولاد IF به وجود آورند - سوجی و همکاران، 1999؛ سوجی، یوییجی، مینامینو، 2002؛ کرالیکز و لنارد، 2004؛ کاستا، ریس، کزتنس، آندراده، 2005؛ کامیکاوا، ساکایی، سوجی، 2007؛ تعمیمی، کتابچی، پروین، 2009؛ سارای، پورسک، کارامن، نیندورف، مایر . - 2011
در سال 1999 برای اولین بار، سوجی و همکارانش روی فولاد IF فرایند نورد تجمعی در دمای بالا - 773 K - را انجام دادند. این محققان توانستند اندازه دانهی فولاد IF را تا حدود 420 nm کاهش دهند. بررسی این محققان روی مقطع جهت نورد -جهت عرضی - RD-TD - ورقها متمرکز بود. بار دیگر سوجی و همکارانش در سال 2002 روی فولاد IF فرایند نورد تجمعی در دمای 773 K را انجام دادند. اما این بار این محققان روی مقطع جهت نورد-عمود بر جهت نورد - RD-ND - ورقها بررسی خود را انجام دادند و موفق شدند اندازه دانهی فولاد IF را در عرض و طول به ترتیب تا حدود 350 nm کاهش دهند. تعمیمی و همکارانش در سال 2009 روی فولاد IF فرایند نورد تجمعی را در دمای 823 K انجام دادند.
این پژوهشگران توانستند اندازه دانهی فولاد IF را تا حدود 300 nm کاهش دهند. بررسی این محققان روی هر دو مقطع RD-TD و RD-ND ورقها انجام گرفت. در نهایت در سال 2011 ، سارای و همکارانش فرایند فشار تحت کانال زاویهای با مقطع یکسان را روی فولاد IF اعمال نمودند که نهایتا به اندازه دانهی 300 nm دست پیدا کردند.همان طور که بیان گردید، تغییرشکل پلاستیک شدید فولادهای IF تا به حال توسط دو روش فشار تحت کانال زاویهای با مقطع یکسان و نورد تجمعی به منظور ساخت فولاد IF نانوساختار انجام شده است. اما حداقل اندازه دانهای که محققان مختلف با اعمال روشهای تغییرشکل پلاستیک شدید روی فولاد IF به دست آوردهاند در حدود 300 nm بوده است و هیچ گونه توفیقی در دستیابی به ساختار نانو در این فولاد وجود نداشته است.
