بخشی از مقاله
چکیده
در دو دهه اخیر، ریز کردن اندازه دانه تا حد زیرمیکرون در فولادهاي ﻣﯿﮑﺮوآﻟﯿﺎژي، زمینه جدیدي را براي توسعه انواع فولادهاي نسل جدید با استحکام فوقالعاده و داکتیلیتی مناسب ایجاد کردهاست. هدف این تحقیق فرآوري فولاد میکروآلیاژي Nb-Ti فوق ریزدانه با خصوصیات مکانیکی مطلوب با استفاده از دو فرآیند نورد سر د و نورد تجمعی است.
در فرآیند نورد سرد بعد از اعمال 90% کاهش ضخامت به نمونه با ابعاد 80×27/5×14 mm و تهیه نمونههایی از تسمه فرآوري شده، آنیل در دماها و زمانهاي مختلف انجام شد. به منظور دستیابی به چسبندگی مطلوب در فصل مشتركها، فرآیند نورد تجمعی در دماي 600 œC انجام شد. بعد از 4 سیکل نورد تجمعی و رسیدن میانگین اندازه دانه زیر یک میکرون، استحکام کششی 1008 MPa - حدود سه برابر نمونه اولیه - محاسبه شد. در حالی که ازدیاد طول از 14% به 2/9% کاهش یافتهاست.
مقدمه
در دهههاي اخیر تقاضا براي افزایش ایمنی خودروها و کاهش وزن آنها به یک مسئله مهم تبدیل شدهاست. از طرفی مسائل محیط زیست و تقاضا براي کاهش سوخت به یک چالش مهم جهانی تبدیل شدهاست، لذا کاهش وزن بدنه خودروها همراه با افزایش استحکام آنها، یک امر ضروري میباشد.
از آنجایی که مشخصههاي اصلی مواد پلیکریستال به اندازه دانه آنها بستگی دارد، استفاده از مواد فوق ریز دانه و نانو ساختار به ویژه فولادهاي میکروآلیاژي فوق ریزدانه/نانوساختار، در چنین مواردي از اهمیت ویژهاي برخوردار است. ریز کردن اندازه دانه تنها روش افزایش استحکام همزمان با افزایش چقرمگی است .[1] بهطور کلی ریز دانه کردن فولاد با دو استراتژي فرآیند ترمومکانیکی TMP و فرآیند تغییر شکل پلاستیک SPD صورت میگیرد
در طی دو دهه اخیر پژوهشهاي زیادي در سطح جهانی براي دستیابی به دانههاي بسیار ریز در فولادهاي میکروآلیاژي انجام شده است
فرآوري فلزات به کمک تغییر شکل پلاستیک شدید در طی بیست سال اخیر به یک موضوع مهم تبدیل شدهاست. دلایل اصلی این تلاشها عبارتاند از، تولید فولاد استحکام بالا با کمترین عناصر آلیاژي، اجتناب از مراحلی همچون آنیل، کوئنچ و تمپرکردن و نیز افزایش قابلیت جوشکاري به کمک کاهش کربن معادل است .[3] انواع روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید تا به حال معرفی شدهاست [ 18-23 ]، که مهمترین آنها عبارتاند از: ECAP، HPT و .ARB هدف این تحقیق فرآوري فولاد میکروآلیاژي Nb-Ti استحکام بالا با استفاده از ریزکردن اندازه دانه به روش نورد سرد و نورد تجمعی - ARB - و همچنین مقایسه نتایج حاصل از این دو روش میباشد.
روش تحقیق
در تحقیق حاضر از فولاد میکروآلیاژي Nb-Ti که ترکیب شیمیایی آن در جدول - 1 - ارائه شده، استفاده شدهاست. در شکل - 1 - تصویر ریز ساختار نوري نمونه خام فولاد میکروآلیاژي فوقالذکر نشان داده شدهاست. در این تحقیق از دو فرآیند نوردکاري و نورد تجمعی 4 پاس براي فرآوري فولاد میکروآلیاژي Nb-Ti استحکام بالا، استفاده شدهاست. هر دو فرآیند با استفاده از دستگاه نورد، که مشخصات آن در جدول - 2 - آورده شده، انجام شد. به دلیل عدم محدودیت اندازه نمونه فرآوري شده با روش نورد تجمعی، این فرآیند یکی از مهمترین روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید است که قابلیت صنعتی شدن را دارد.
فرآیند اول - نورد سرد - به نمونه به ابعاد 14 mm×27/5 mm×80 mm اعمال شد و بعد از 95 درصد کاهش ضخامت، نمونههایی از تسمه بهدست آمده تهیه شده و پس از آنیل در دماها و زمانهاي مختلف، فرآیند دوم - نورد تجمعی - به نمونه با ابعاد 19/5 mm×33/5 mm×220 mm اعمال گردید.
به دلیل محدودیت دستگاه نورد مورد استفاده - کمترین ضخامت قابل فرآوري 0/7 میلیمتر - نمونه پاس اول متشکل از سه ورق با ابعاد 0/65mm×33/5mm×220mm میباشد که پس از عملیات سطح جهت حذف لایههاي اکسید توسط سنبادهزنی و چربیزدایی به کمک محلول استون، نمونه تحت کاهش ضخامت 50 درصد قرار گرفت و سپس طبق آنچه در شکل - 2 - نشان داده شدهاست، سیکلهاي بعدي نورد تجمعی به نمونه مورد آزمایش، اعمال شد.
جهت چسبندگی هرچه بهتر لایهها به هم، نمونهها قبل از اعمال پاس نورد تجمعی در دماي 600 درجه سانتیگراد به مدت 5 دقیقه پیشگرم شدند، براي جلوگیري از اتلاف انرژي و اطمینان از دماي نمونه ورودي به نورد، کوره در نزدیکترین فاصله ممکن با دستگاه نورد قرار دادهشد. لازم به ذکر است که جهت اجتناب از ورود هرگونه مواد ناخواسته به نمونه، سطح غلتکها بین هرپاس تمیز شد. کرنش معادل ونمیزز بعد از هر پاس طبق رابطه - 1 - محاسبه شد
براي مشخصهیابی ریزساختاري نمونههاي فرآوري شده در جهت عمود بر محور نورد کاري - RD - و جهت عمود بر محور عرضی - TD - ، از میکروسکوپ نوري - OM - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - استفاده شد. بعد از سنباده زنی و پولیش کردن نمونههاي فولاد میکروآلیاژي Nb-Ti، براي بررسیهاي ریزساختاري از محلول نایتال - % 2 با ترکیب %98OH5H2C و - %2HNO3 و همچنین از متابی سولفید با ترکیب - Na2S2O5 - استفاده شد. آزمون کشش با استفاده از دستگاه Zwick/Roell Z010 صورت گرفت. نمونههاي کشش موازي جهت کشش بوده و از استاندارد JIS 2201 استفاده شد.
نتایج و بحث
به منظور بررسی تاثیر دما و زمان آنیل بر روي نمونههاي نورد سرد شده، تصاویر ریزساختار نوري این نمونهها در دو جهت RD و TD مورد بررسی قرار گرفتند. در شکل - 1 - تصویر ریز ساختار نوري نمونه خام فولاد میکروآلیاژ ي Nb-Ti نشان داده شدهاست.
میانگین اندازه فریت حدود 20 میکرون است. تصاویر ریزساختار نوري نمونههاي نورد سرد و آنیل شده در دو جهت RD و TD نشان داده شدهاست، مشاهده میشود که دانهها کاملاً در جهت نورد کشیده شدهاند. با افزایش زمان و دماي آنیل پس از نورد، دانههاي تبلور مجدد یافته مشاهده شدهاند
پدیده تبلور مجدد که موجب بهوجورد آمدن مرزهاي بزرگ زاویه می شود، با سه مکانیزم اصلی، ادغام شدن دانههاي فرعی با یکدیگر، تجمع موضعی نابجاییها و برآمده شدن مرزهاي اولیه وارد عمل میشود.
