توصيفگر ها :
آلياژ آنتروپي بالا , كار سرد , خواص مكانيكي , آنيل , جدايش , تك فازي , سمبه برشي , سختي , تبلورمجدد
چكيده فارسي :
آلياژهاي آنتروپي بالا به علت خواص منحصر به فردي كه دارند در چند سال اخير مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. هدف از اين پژوهش تك‌فازسازي آلياژ آنتروپي بالاي FeCrCuMnNi با استفاده از فرايند‌هاي كار سرد و عمليات حرارتي است. در حين تكفاز شدن تغييرات خواص مكانيكي و ريزساختاري مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش از آلياژ انتروپي بالاي FeCrCuMnNi ريخته‌گري شده استفاده شده است. اين آلياژ با استفاده از كوره القايي تحت اتمسفر خنثي و مواد اوليه خلوص بالا توليد شده است. ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ ريخته‌گري شده با آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آزمون‌هاي سختي و كشش مورد مطالعه قرار گرفت. استحكام كششي بالاي Mpa900 به همراه ازدياد طول به ميزان 14% و همچنين سختي HV300 نشانگر خواص مكانيكي ايده‌آل اين آلياژ هستند. اين آلياژ داراي ساختار فازي مخلوط FCC و BCC مي‌باشد كه فاز FCC آن متشكل از دو فاز FCC1 و FCC2 است. در مرحله اول براي رسيدن به ساختار تك‌فازي، با استفاده از عمليات حرارتي اوليه نمونه‌هاي ريختگي تحت دماي ℃1100 و به مدت زمان‌هاي 1، 2، 4، 8، 16 و 24 ساعت عمليات حرارتي شدند. در نمونه عمليات حرارتي شده تحت دماي ℃1100 و به مدت 24 ساعت ساختار فازي آلياژ به سمت تك فاز شدن ميل مي‌كند اما هنوز درصد كمي از دو فاز ديگر قابل رؤيت مي‌باشد. براي بررسي اثر دما با ثابت نگه داشتن زمان به مدت 1 ساعت، نمونه‌هاي ريختگي تحت دماي عمليات حرارتي 1100، 1150، 1200، 1250 و ℃1300 عمليات حرارتي شدند و سپس به بررسي ساختار فازي پرداخته شد. در اين حالت با انجام عمليات حرارتي و افزايش دماي آن، كاهش درصد فازهاي BCC و FCC1 و همچنين افزايش سهم فاز FCC2 تا نزديك به 95% مشاهده شد كه نتيجه آن افت استحكام آلياژ و افزايش انعطاف‌پذيري مي‌باشد. مشاهده شد كه پارامتر دما، پارامتر بسيار مهمي در تبلورمجدد آلياژ است. به نحوي كه تفاوت دمايي ℃50 اثر بسيار بيشتري از زمان‌هاي طولاني دارد؛ اما به دليل ذوب موضعي صورت گرفته در دماهاي 1200 تا ℃1300 درصد فازهاي FCC1 و BCC افزايش يافت. مرحله دوم عمليات تكفاز سازي فرايند كار سرد است كه در اين مرحله نمونه‌هاي ريختگي آلياژ در كاهش ضخامت‌هاي 25%، 50%، 75%، 90% و 97% نورد شدند و ريزساختار آن‌ها با استفاده از ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي بررسي شد. سپس نمونه‌هاي نورد شده در دماي ثابت ℃1100 و زمان ثابت 1 ساعت تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفتند. ساختار و خواص مكانيكي آلياژ كار سرد و سپس عمليات حرارتي شده با استفاده از آزمون‌هاي ذكرشده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد در نمونه نورد سرد شده با كاهش ضخامت 90% و تحت عمليات حرارتي آنيل در دماي ℃1100 به مدت زمان 1ساعت جدايش عنصري به حداقل رسيد و ساختار نمونه تك فاز شده است. بررسي خواص مكانيكي و تغييرات ساختاري آلياژ در طي فرايند تكفاز شدن با استفاده از آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، سختي و سمبه برشي مورد بررسي قرار گرفته است. با افزايش نورد سرد اوليه و در ادامه كاهش ضخامت، استحكام كششي تا 90%كاهش و در 97% افزايش مي‌يابد كه اين موضوع به‌دليل ازدياد انرژي اكتيواسيون و تبلور مجدد در 97% كاهش ضخامت اوليه است. در نهايت با انجام آناليز شكست بر روي نمونه‌هاي سمبه برشي، در حين آنيل نمونه فاز FCC رفتار نرم از خود نشان داد و با افزايش درصد نورد اوليه رفته رفته شكست از حالت ترد به شكست نرم مشاهده شد.
چكيده انگليسي :
High entropy alloys have attracted the attention of researchers in recent years due to their unique properties. The aim of this study is to single-phase the high entropy alloy FeCrCuMnNi using cold working processes and heat treatment. During single-phase changes, mechanical and microstructural properties were studied. In this research, a high entropy alloy of cast FeCrCuMnNi has been used. This alloy is produced using induction furnaces under neutral atmosphere and high purity raw materials. The microstructure and mechanical properties of the cast alloy were studied by X-ray diffraction tests, scanning electron microscopy and hardness and tensile tests. The high tensile strength of Mpa900 along with a 14% increase in length as well as the hardness of HV300 indicate the ideal mechanical properties of this alloy. This alloy has a mixed phase structure of FCC and BCC, the FCC phase of which consists of two phases, FCC1 and FCC2. In the first stage, to achieve a single-phase structure, using initial heat treatment, the cast samples were heat treated at a temperature of 1100°C. For 1, 2, 4, 8, 16 and 24 hours. In the case of heat treatment at 1100 and for 24 hours, the phase structure of the alloy tends to be single-phase, but a small percentage of the other two phases is still visible. To investigate the effect of temperature by keeping the time constant for 1 hour, the cast samples were heat treated at 1100, 1150, 1200, 1250 and 1300°C heat treatments and then the phase structure was investigated. In this case, by performing heat treatment and increasing its temperature, a decrease in the percentage of BCC and FCC1 phases and also an increase in the share of FCC2 phase to nearly 95% was observed, which results in a decrease in alloy strength and increased flexibility. It was observed that the temperature parameter is a very important parameter in the recrystallization of the alloy. In such a way that the temperature difference of 50°C has a much greater effect than long periods; However, due to local melting at temperatures of 1200 to 1300°C, the FCC1 and BCC phases increased. The second stage is single-phase operation of cold working process. In this stage, alloy casting samples were rolled in 25%, 50%, 75%, 90% and 97% thickness reduction and their microstructure was examined using light and scanning electron microscopy. The rolled samples were then subjected to annealing heat treatment at a constant temperature of 1100°C and a constant time of 1 hour. The structure and mechanical properties of cold working alloy and then heat treatment were investigated using the mentioned tests. The results showed that in the cooled rolled sample with 90% thickness reduction and under annealing heat treatment at 1100°C. Temperature for 1 hour, elemental separation was minimized and the sample structure was single-phase. The mechanical properties and structural changes of the alloy during the single-phase process have been investigated using X-ray diffraction tests, scanning electron microscopy, hardness and shear punch. As the initial cold rolling increases and the thickness decreases, the tensile strength decreases to 90% and increases to 97%, which is due to the sudden increase in activation energy and recrystallization at 97% of the initial thickness reduction. Finally, by performing the fracture analysis on the shear punch samples, during the annealing of the FCC phase sample, it showed a soft behavior and with increasing the initial rolling percentage, the fracture from brittle to soft fracture was observed.
