رفتن به محتوای اصلی
x
مطالعات ریزساختاری و خواص كششی آلیاژ آنتروپی بالا CuCrFeNi2Mn0.5 حین فرآیند نورد سرد و آنیل
تاریخ دفاع
استاد

احمد رضائيان

دانشکده
مهندسی مواد

در سال‌های اخیر، آلیاژ‌های آنتروپی بالا به عنوان یک ماده نوظهور و به سبب ترکیب شیمیایی و ریزساختار‌های بی‌همتا و قابلیت طراحی و ایجاد خواص مورد نیاز، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. بنا به تعریف، آلیاژهای آنتروپی بالا به صورت محلول جامد تک فاز با پنج یا چند عنصر اصلی با نسبت‌های اتمی برابر هستند. با این وجود، اخیراً این تعریف به آلیاژهای چند جزئی با نسبت‌های اتمی غیر برابر با چند فاز نیز تعمیم داده شده است. آلیاژهای چند جزئی با نسبت اتمی غیر برابر و چند فازی به سبب سازوکارهای استحکام دهی زیاد، خواص مکانیکی مطلوبی از خود به نمایش گذاشته‌اند. با توجه به ساختار چند فازی و محتوای بالای کروم یا آلومینیوم، اکثر آلیاژهای آنتروپی بالا مقاومت به خوردگی و خواص دما بالا خوبی از خود نشان داده‌اند. از این ‌رو، آلیاژهای آنتروپی بالا در صورت برخورداری از خواص مکانیکی مطلوب می توانند جایگزین مناسبی برای سوپر آلیاژهای پایه نیکل و فولادهای زنگ نزن ‌باشند.

یکی از بحرانی‌ترین مسائلی که کاربردهای صنعتی آلیاژهای آنتروپی بالا را محدود می‌سازد، قیمت تمام‌شده این نوع آلیاژها به سبب استفاده از فلزات گران قیمت مانند کبالت در ساخت آن‌ها است. در سال‌های اخیر به‌منظور کاهش هزینه‌ها و ستفاده از فلزات ارزان قیمت‌تر و درعین‌حال تولید آلیاژها با خواص بهینه، تلاش‌های تحقیقاتی قابل‌توجهی به کنترل ریزساختار اختصاص داده شده است. این کار با ایجاد یک یا چند سازوکار استحکام دهی مانند ایجاد مناطق بانظم کوتاه دامنه، ریزدانه کردن، ایجاد نانو رسوبات با توزیع یکنواخت، نابجایی‌ها با چگالی بالا، نانو دوقلویی‌ها با چگالی بالا و فازهای ناپایدار، انجام می‌شود. با این‌حال، در بیشتر موارد، افزایش استحکام با کاهش شکل‌پذیری همراه است.

در تحقیق حاضر به‌منظور تولید یک آلیاژ آنتروپی بالا با صرفه اقتصادی و خواص مکانیکی بهینه، برکنترل و بررسی سازوکار تغییر شکل و تبلور مجدد آلیاژ CuCrFeNi2Mn0.5 تمرکز شده است. بدین منظور آلیاژ مربوطه به کمک ذوب سازی در کوره القایی تولید و پس از آن به‌منظور یکنواختی ترکیب شیمیایی و حذف ساختار ریختگی، نمونه مربوطه طبق طراحی آزمایش انجام شده به روش سطح پاسخ، در دماهای مختلف همگن‌سازی شد تا دمای بهینه همگن‌سازی به دست آید. سازوکار تغییر شکل حین نورد سرد و تبلور مجدد استاتیکی حین آنیل مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. آلیاژ حاصل در حالت ریختگی به سبب جدایش عناصر حین انجماد، شامل دو فاز FCC بود که این امر سبب انعطاف‌پذیری خوب آلیاژ در این حالت شد. همگن‌سازی در دمای C° 1200 به مدت 10 ساعت باعث از بین رفتن ساختار ریختگی و یکنواخت شدن توزیع عناصر شد. پس از همگن‌سازی، نمونه‌ها تا 80 درصد کاهش ضخامت، نورد سرد شده و ریزساختار و خواص مکانیکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری نشان داد که آلیاژ مربوطه حین تغییر شکل، پایداری فازی خود را حفظ نموده است. علاوه بر این، مشاهده شد که سازوکار تغییر شکل آلیاژ مربوطه لغزش نابجایی‌ها، تشکیل دوقلویی‌های مکانیکی و باندهای برشی است. مطالعات ریزساختاری (مشاهده باندهای برشی) و تشکیل مؤلفه‌های بافت برنج و گوس چرخیده، نشان داد که آلیاژ مربوطه انرژی نقص چیدن کمی دارد. مدل سازی آماری کسر تبلور مجدد با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ انجام گرفت و نتایج نشان داد که دمای بهینه تبلور مجدد نمونه 80 درصد نورد سرد شده حدود C° 968 است. علاوه براین با توجه به مشاهده دانه‌ها جدید بر روی باندهای برشی و همچنین مشاهده تغییرات سختی نمونه‌های نورد سرد شده، این‌گونه نتیجه گرفته شد که کسر زیادی از دانه‌ها، حین تغییر شکل و در اثر چرخش دانه‌های فرعی در باندهای برشی ایجاد شده‌اند.

به‌منظور افزایش استحکام و در عین حال حفظ شکل پذیری، سعی بر ایجاد نوعی ریزساختار غیریکنواخت شد. بدین منظور و با توجه به نتایج طراحی آزمایش، آلیاژ مربوطه پس از 80 درصد کاهش ضخامت حین نورد سرد، در دمای C° 800 به مدت 1 ساعت آنیل شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که در این نمونه، تبلور مجدد به‌صورت جزئی انجام شده است.   تشکیل رسوبات بر روی برخی نواحی از باندهای برشی به‌عنوان مکان‌های پرانرژی و ترجیحی و اثر قفل کنندگی آن‌ها، مانع از تبلور مجدد و تشکیل دانه‌های جدید در این مناطق شده و این مناطق به استحکام دهی آلیاژ کمک کرده و تشکیل دانه‌های جدید تبلور مجدد یافته در دیگر مناطق، منجر به شکل‌پذیری خوب آلیاژ در این شرایط شده است.   

تحت نظارت وف ایرانی