توصيفگر ها :
آلياژ آنتروپي بالاي FeCoCrNiMn , خواص مكانيكي , دانسيته نابجايي¬ها , آنيل تبلور مجدد , رفتار سايشي
چكيده فارسي :
آلياژهاي آنتروپي بالا اخيراً به علت خواص مناسب مكانيكي، فيزيكي، خوردگي و همچنين خواص مناسب سايشي بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته اند. بر اين اساس، مطالعه خواص مختلف اين آلياژها به منظور توسعه بيش¬تر آن¬ها به شدت حائز اهميت است. هدف از انجام اين تحقيق بررسي مكانيزم¬هاي استحكام بخشي در حالت نورد سرد و آنيل روي آلياژ آنتروپي بالاي FeCoCrNiMn است. بنابراين ابتدا آلياژ آنتروپي بالاي FeCoCrNiMn ابتدا به روش ذوب القايي تحت خلاء ساخته شد. سپس به منظور حذف ساختار ريختگي، عمليات همگن¬سازي روي اين آلياژ انجام پذيرفت. به منظور به دست آوردن دما و زمان مناسب براي همگنسازي از طراحي آزمايش و روش سطح پاسخ استفاده شد و مدلي براي شرايط دمايي و زماني مناسب ارائه شد. شرايط دمايي و زماني مناسب براي از بين رفتن ساختار ريختگي و به حداقل رساندن جدايش دماي 1100 درجه سانتي¬گراد و زمان 15 ساعت به دست آمد. همچنين، به منظور بررسي اثر نورد بر ريزساختار آلياژ حاصل، عمليات نورد سرد روي نمونهها به ترتيب با كاهش ضخامت 35، 45، 75 و 85 درصد انجام پذيرفت. به منظور بررسي خواص مكانيكي از آزمون¬هاي كشش، سختي، شكست نگاري و سايش در دماي محيط استفاده شد. همچنين بررسي¬هاي ريز ساختاري و فازي به كمك ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آزمون پراش پرتوي ايكس انجام شد. سطوح شكست توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و نيز به منظور ارزيابي خواص خوردگي از آزمون تافل در دماي اتاق و در محلول 5/3 درصد كلريد سديم استفاده شد. توسط آزمون پراش پرتوي ايكس مشخص شد آلياژ داراي تك¬ فاز FCC است كه در اثر همگنسازي فاز جديدي در ساختار مشاهده نشد. دانسيته نابجاييها با استفاده از دادههاي آزمون پراش پرتوي ايكس محاسبه شد. مشاهده شد كه در اثر انجام كار سرد روي نمونه¬ها دانسيته نابجايي¬ها از 1012×6/4 بر متر مربع به 1015×2/2 بر متر مربع افزايش يافته است. نتايج حاصل از آزمون كشش در دماي محيط نشان داد استحكام كششي از 437 مگاپاسگال براي نمونه همگن شده به 1260 مگاپاسگال در نمونه كار سرد شده با كاهش ضخامت 85 درصد افزايش يافت. همچنين، با بررسي سطح شكست نمونه¬هاي آزمون كشش مشخص شد كه با افزايش درصد نورد، مساحت ديمپل¬ها از 38 ميكرومتر مربع در حالت همگن به 11 ميكرومتر مربع در حالت 85 درصد نورد سرد شده كاهش يافته است. علاوه بر اين در اثر افزايش درصد نورد، سختي آلياژ تا 3 برابر حالت همگن شده از 150 ويكرز در حالت همگن شده به 450 ويكرز در نمونه كار سرد شده با 85 درصد كاهش ضخامت افزايش يافت. همچنين استحكام بخشي ناشي از افزايش دانسيته نابجايي¬ها مهمترين عامل افزايش استحكام در اين آلياژ در حالت كار سرد معرفي شد. توان كارسختي آلياژ FeCoCrNiMn با برونيابي نمودار تنش كرنش بين نقاط تسليم و كشش محاسبه شد. توان كار سختي از 32/0 در حالت همگن به 10/0 در حالت 85 درصد نورد شده كاهش يافت. در ادامه به كمك طراحي آزمايش و روش سطح پاسخ دما و زمان عمليات آنيل تبلور مجدد محاسبه شد. پس از انجام فرايند آنيل تبلور مجدد روي نمونه¬هاي نورد شده اندازه دانه¬ها توسط مكانيزم تبلور مجدد استاتيكي از 220 ميكرومتر در حالت همگن شده به 14 ميكرومتر در حالت 85 نورد سرد و آنيل شده كاهش يافت. مقايسه رفتار سايشي نمونه¬هاي نورد شده و آنيل شده به كمك آزمون سايش پين بر ديسك انجام شد. نتايج حاصل از آزمون سايش نشان ¬داد مكانيزم سايش عمدتا سايش خراشان مي¬باشد. مقايسه نمونه¬هاي 85 و 45 درصد نورد سرد شده كاهش حدود 20 درصدي ضريب اصطكاك از 86/0 به 64/0 و از 72/0 به 54/0 را به ترتيب پس از آنيل نشان داد.
چكيده انگليسي :
Recently, high entropy alloys have attracted the attention of researchers due to their suitable mechanical, physical, corrosion and wear properties. Based on this, it is extremely important to study the different properties of these alloys in order to further develop them. The purpose of this research is to investigate the strengthening mechanisms in cold rolling and annealing on FeCoCrNiMn high entropy alloy. Therefore, the FeCoCrNiMn high entropy alloy was first made by induction melting under vacuum. Then, in order to remove the casting structure, homogenization was performed on this alloy. In order to obtain the appropriate temperature and time for homogenization, experimental design and the response surface method were used, and a model for appropriate temperature and time conditions was presented. The suitable temperature and time conditions for the destruction of the casting structure and the minimization of the separation were obtained at a temperature of 1100 degrees Celsius and a time of 15 hours. Also, in order to investigate the effect of rolling on the microstructure on the alloy, cold rolling was performed on the samples with a thickness reduction of 35, 45, 75 and 85%, respectively. In order to check the mechanical properties, tensile, hardness, fracture and wear tests were used at room temperature. Also, microstructural and phase investigations were carried out with the help of optical microscope, scanning electron microscope and X-ray diffraction test. The fracture surfaces were checked by scanning electron microscope and in order to evaluate corrosion properties, Tafel test was used at room temperature and in 3.5% sodium chloride solution. By X-ray diffraction test, it was determined that the alloy has a single FCC phase, which was not observed due to the homogenization of the new phase in the structure. The density of dislocations was calculated using X-ray diffraction test data. It was observed that as a result of cold roll on the samples, the density of dislocations increased from 4.6 × 1012 per square meter to 2.2 × 1015 per square meter. The results of the tensile test at room temperature showed that the tensile strength increased from 437 MPa for the homogenized sample to 1260 MPa in the cold rolled sample with an 85% reduction in thickness. Also, by examining the fracture surface of the tensile test samples, it was found that with the increase in rolling percentage, the area of the dimples decreased from 38 micrometers in the homogeneous state to 11 micrometers in the 85% cooled rolling state. In addition, due to the increase in the percentage of rolling, the hardness of the alloy increased up to 3 times of the homogenized state from 150 Vickers in the homogenized state to 450 Vickers in the cooled sample with 85% thickness reduction. Also, strengthening due to the increase in the density of dislocations was introduced as the most important factor in increasing the strength of this alloy in the cold rolling state. The workability of FeCoCrNiMn alloy was calculated by extrapolating the strain stress diagram between the yield and tensile points. Hard work power decreased from 0.32 in homogeneous state to 0.10 in 85% rolled state. Then, with the help of experimental design and method, the temperature response level and recrystallization annealing time were calculated. After the recrystallization annealing process on the rolled samples, the grain size was reduced by the static recrystallization mechanism from 220 micrometers in the homogenized state to 14 micrometers in the 85 cold rolled and annealed state. The wear behavior of rolled and annealed samples was compared using the pin-on-disk wear test. The results of the wear test showed that the wear mechanism is mainly scratch wear. Comparison of 85% and 45% cold rolled samples showed a decrease of about 20% in friction coefficient from 0.86 to 0.64 and from 0.72 to 0.54 respectively after annealing.