بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر فوم فولاد زنگ نزن 316L، با استفادهی همزمان از دو عامل فضاساز اوره و کرههای توخالی فولادی و به روش پودر-فضاساز تولید شد. در این راستا از درصدهای مختلف اوره 0 - تا 50 درصد حجمی - به منظور بررسی تغییرات دانسیته و از کرههای توخالی فولادی 0 - تا 50 درصد حجمی - جهت بهبود استحکام استفاده شد. عملیات حذف اوره با حرارت دهی نمونهها در محدوده دمایی 120 تا 180 درجه سانتیگراد و در اتمسفر محیط به انجام رسید.
در ادامه عملیات تف جوشی نمونهها در دمای 1150 درجه سانتیگراد و در مدت زمان 3 ساعت، در اتمسفر خنثی، انجام شد. پس از بهینهسازی شرایط تولید نمونهها و کنترل میزان تخلخل باقیمانده، از آزمونهای فشار و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - به ترتیب به منظور تعیین قابلیت جذب انرژی و مطالعات ریزساختاری نمونهها استفاده شد. نتایج حاصل از آزمون فشار نشان داد که در یک میزان تخلخل - کل - یکسان، افزایش درصد اوره باعث کاهش دانسیته میگردد و افزایش درصد کرههای توخالی فولادی باعث افزایش استحکام و میزان جذب انرژی میشود. علاوه بر این نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - نشان داد که با حذف اوره و جایگزینی آنها با کرههای توخالی فولادی، تخلخلهای سلول باز به تخلخلهای سلول بسته تبدیل میشوند.
مقدمه
فومها نوعی از مواد مهندسی هستند که در آنها وجود حفرات مهندسی شده، منجر به ایجاد قابلیت جذب انرژی در آنها میشود .[1] فومهای فلزی دستهی نسبتا جدیدی از فومها میباشندکه به دلیل خواص منحصر به فردشان از جمله دانسیته پایین، نسبت استحکام به وزن بالا، سطح ویژه زیاد، هدایت حرارتی مناسب و جذب انرژی عالی توسعهی فراوانی یافتهاند و امروزه درصنایع مختلف از همچون هوافضا، خودروسازی، پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند.[3 ,2] تاکنون فلزات مختلفی برای ساخت فومهای فلزی مورد استفاده قرار گرفته است که از آن جمله میتوان به تیتانیم و آلیاژهای آن، آلومینیوم و فولادهای زنگ نزن اشاره نمود.
[4] از میان فلزات مذکور فولادهای زنگنزن به دلیل خواص ذاتی بیشتر از سایر فلزات مورد توجه قرار گرفتهاند اما به دلیل نقطهی ذوب بالای فولاد، این فومها با محدودیت روش ساخت روبهرو هستند.[5] برای تولید فومهای فولادی روشهای مختلفی توسعه پیدا کرده است که از طریق آنها میتوان فومهای با خواص همسانگرد، چگالی و نظم خاص تولید نمود. از جمله این روشها میتوان به مواردی چون متالورژی پودر، لوتوس، استفاده از کرههای توخالی1 و عامل فضاساز2 اشاره نمود.
[1] در روش متالورژی پودرمعمولا پودرهای فلزی با عامل ایجاد کننده فوم مثل MgCO3 مخلوط شده و فومهای سلول باز با دانسیته بالا تولید میشود.[6] با روش لوتوس میتوان فومهای فلزی با خواص ناهمسانگرد و ساختار سلولی بسته تولید نمود که از مزایای آن میتوان به تولید فوم به حالت پیوسته اشاره نمود.[7] در روش کرههای توخالی نیز میتوان فومهایی با خواص مکانیکی قابل پیشبینی و با نیاز به حداقل عملیات حرارتی تولید نمود.
[8] روش دیگر برای تولید فومهای فلزی استفاده از عاملفضاساز میباشد در این روش از مواد فضاساز مختلف مثل سدیم کلراید و اوره3 همراه با سایر ترکیبات آلی استفاده میشود در این این تکنیک پس از مخلوط نمودن عوامل فضاساز با پودر فلز و انجام عملیات پرس با حرارت دادن عامل فضاساز از ساختار خارج میگردد و ساختار متخلخل - فوم - ایجاد میشود. این روش به دلیل سادگی، کنترل مناسب اندازه حفرات و توزیع یکنواخت آنها بسیار مورد توجه قرارگرفته است.[9] در سال 2012 نوری بکوز4 و انور اکتای1 تاثیر شکل و درصد اوره بر خواص ریزساختاری و مکانیکی فومهای فولادی تولید شده با استفاده از عامل فضاساز اوره را مورد بررسی قرار دادند.[10] تحقیقات آنها نشان داد که استفاده از دانه های نا متقارن اوره و افزایش درصد آن، زمان استخراج را کمتر می کند.
بعد از استخراج اوره حجم نمونه افزایش پیدا می کند که میزان آن به درصد اوره و شکل اوره بستگی دارد. در این تحقیق همچنین نشان داده شد که شکل این تخلخل ها یا حفره ها یا سلول ها نیز به شکل اولیه ی اوره بستگی دارد به گونهای که فومهای تولید شده با حفرههای کروی استحکام و مدول یانگ بیشتری نسبت به فومها با حفرههای نامتقارن داشتند. در سال 2017 میرزایی و همکاران یک روش جدید برای توزیع یکنواخت عامل فضاساز در ساخت فومهای فلزی فولاد زنگ نزن 316L ارائه نمودند.
[11] در این روش، از اوره به عنوان عامل فضاساز استفاده شد. و سعی شده است توزیع یکنواختی از حفرهها مطابق با نحوه چیدمان اتمها در ساختار کریستالی FCC ایجاد شود. میزان تخلخل نمونهها در این روش بعد از انجام عملیات تف جوشی در دمای 1200 درجه سانتیگراد و به مدت زمان 60 دقیقه در اتمسفر نیتروژن حدود 71/5% گزارش شد. در تحقیق حاضر هدف تولید فوم های فولاد زنگ نزن به روش متالورژی پودر با استفاده ی همزمان از دو عامل فضاساز اوره و کره های توخالی فولادی و بررسی خصوصیات و تعیین مخلوط مناسبی از اوره و کره های تو خالی برای ساخت فوم است.
مواد و روش تحقیق
پودر فولاد مورد استفاده در این پژوهش از نوع 316L میباشد. دانسیته این پودر 8 g/cm3 و اندازهی ذرات آن 37 میکرومتر است ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول 1 آورده شده است.
