شماره راهنما :
2120 دكتري
پديد آورنده :
شعرباف، مهنوش
عنوان :
بررسي آلياژ انتروپي بالاي NiCoCrFe تحت تغييرشكل فشاري ديناميكي با نرخ كرنش بالا توسط ميله‌ي فشاري هاپكينسون
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 118 ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
ميله‌ي فشاري هاپكينسون , آلياژ انتروپي بالا , بارگذاري ديناميكي , تغييرشكل فشاري با نرخ كرنش بالا
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/08/03
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/08/06
چكيده فارسي :
هنگامي‌كه ماده در معرض بارگذاري متغير سريع قرار مي‌گيرد اتفاقاتي در آن رخ مي‌دهد كه با مواردي كه تحت شرايط استاتيكي يا شبه استاتيكي قرار گرفته بسيار متفاوت است. بنابراين بررسي عكس‌العمل ديناميكي و تغييرات ريزساختار مواد از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. بدين منظور در پژوهش حاضر آلياژ انتروپي بالاي NiCoCrFe با روش ذوب در كوره‌ي القايي با اتمسفر خلا توليد شد. سپس به منظور از بين رفتن ساختار دندريتي و همگن سازي ريزساختار، تحت نورد سرد و آنيل قرار گرفت. پس از اين مرحله، توسط ميله‌ي فشاري هاپكينسون آزمايش‌هاي مختلف با نرخ كرنش‌هاي متفاوت انجام شد. علاوه بر آن، جهت بررسي مقاومت آلياژ مذكور در برابر متمركز شدن برش، نمونه‌هاي كلاهي‌شكل با ابعاد دقيق تراشكاري شده و تحت آزمون ميله‌ي فشاري هاپكينسون قرار گرفتند. منحني‌هاي تنش حقيقي-كرنش حقيقي حاصل از اين آزمون در همه‌ي نرخ كرنش‌ها الگوي مشابهي داشتند و داراي دو پيك بودند كه اين مطلب به رقابت بين كرنش‌سختي و نرم شدن حرارتي نسبت داده مي‌شود. مدل جانسون-كوك جهت شبيه‌سازي رفتار سيلان ديناميكي آلياژ حاضر نيز استفاده شد و نتايج آن با نتايج آزمايشگاهي مطابقت خوبي داشت. نتايج حاصل از آزمايش پراش پرتو ايكس نشان داد كه اين آلياژ در حالت ريختگي، پس از عمليات نورد و آنيل و پس از آزمون‌هاي فشاري با نرخ كرنش بالا (تا s-1 3000) تك‌فاز و داراي ساختار كريستالي FCC مي‌باشد. مطالعات ريزساختاري با ميكروسكوپ نوري نشان داد كه اين آلياژ پس از عمليات نورد و آنيل، داراي ساختار تبلورمجدد شده با دانه‌هايي با اندازه متوسط μm 46 بوده و ساختار دندريتي كاملاً از بين رفته بود و دوقلوهاي آنيل در اين نمونه بسيار زياد مشاهده مي‌شد. پس از انجام آزمون ميله‌ي فشاري هاپكينسون بر روي نمونه‌هاي مذكور از نرخ كرنش s-1 1500 تا 2000، اندازه‌ي دانه‌ها تغيير زيادي نداشت ولي هم‌چنان حضور دوقلويي‌ها پررنگ بود؛ درحالي‌كه با افزايش نرخ كرنش تا s-1 3000، دانه‌ها كمي كشيده‌تر و ريز شدند و ميزان دوقلويي‌ها كمتر شده بود. جهت بررسي‌هاي دقيق‌تر، نمونه‌ها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به آشكارساز پراش الكترون برگشتي نيز ارزيابي شدند. نتايج اين بررسي نشان داد كه درصد مرزدانه‌هاي زاويه زياد در نمونه‌ي تغيير شكل يافته با نرخ كرنش s-1 3000 نسبت به نمونه‌ي نورد و آنيل شده، كاهش و درصد مرزدانه‌هاي زاويه كم به همان نسبت افزايش يافت. درصد مرزهاي ويژه‌ي Ʃ3 نيز در نمونه‌ي نورد و آنيل شده 57% به‌دست آمد كه البته اين رقم ميزان قابل توجهي را نشان مي‌دهد. به‌طور كلي حضور دوقلوهاي تغيير شكل در اين نتايج واضح بود و از آنجايي‌كه انرژي نقص چيدن آلياژ مذكور پايين است، مي‌توان گفت پديده‌ي تغييرشكل متأثر از دوقلويي رخ داده است. نقشه‌ي پراكندگي جهت‌گيري دانه و عدم تطابق كرنل نيز براي نمونه‌ها مورد ارزيابي قرار گرفت كه هر دو مورد براي نمونه‌هاي تغييرشكل يافته با نرخ كرنش‌هاي بالا (s-1 3000-1500) در مقايسه با نمونه‌ي نورد و آنيل شده مقادير بيشتري داشتند. براي درك مكانيزم‌هاي تغييرشكل اين آلياژ تحت بارگذاري ديناميك و شبه‌استاتيك، بررسي ريزساختار نمونه‌هاي تغييرشكل يافته توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري نيز انجام شد. در تصاوير حاصل از اين ميكروسكوپ از نمونه‌ي تغيير شكل يافته با نرخ كرنش s-1 3000 ، جنگل نابجايي‌ها و برهمكنش نابجايي‌ها، نانودوقلوها و دانسيته ي بالايي از نابجايي‌ها در كنار نانودوقلوها، بلوك‌هاي سلولي و ديواره‌هاي متراكم از نابجايي، دوقلوهاي ثانويه و ميكروباندها مشاهده شدند. تنوع زياد ريزساختارهاي تغييرشكل اين آلياژ، توانايي بالاي آلياژ حاضر در نرخ كرنش بالا را تاييد كرد. كرنش سختي بالاتر در اين نمونه‌ها به‌دليل مشاركت تركيبي دوقلويي‌ها (برهمكنش آنها با نابجايي‌ها) و لغزش (تكثير نابجايي‌ها و برهمكنش نابجايي-نابجايي) بود. نمونه‌ي تغييرشكل يافته در شرايط شبه‌استاتيك نيز مورد بررسي با ميكروسكوپ الكتروني عبوري قرار گرفت. حضور دوقلوها در كنار نابجايي‌ها، اثر نقص چيدن و خطوط لغزش متقاطع مشاهده شد و نتيجه‌ي حاصل اين بود كه مكانيزم تغييرشكل در اين آلياژ تغييرشكل يافته با نرخ كرنش پايين، لغزش نابجايي و دوقلويي است. هم‌چنين در بررسي مقاومت آلياژ مذكور در برابر متمركزشدن برش توسط ميله‌ي فشاري هاپكينسون، نمونه دچار شكست نشد و در بررسي‌هاي ريزساختاري اين نمونه نيز دوقلويي‌ها حضور داشتند. بنابراين تشكيل دوقلويي‌ها در اين آلياژ انتروپي بالاي NiCoCrFe در تغيير شكل با نرخ كرنش بالا نقش مهمي را ايفا كرده و به پايداري عالي در برابر تغيير شكل با سرعت بالا كمك مي‌كند.
چكيده انگليسي :
In the present study, NiCoCrFe high entropy alloy was produced by melting method in induction furnace with vacuum atmosphere. Different tests with different strain rates were performed by Split Hopkinson Pressure Bar. The true stress-true strain curves obtained from this test had two peaks, which is attributed to the competition between strain hardening and thermal softening. The Johnson-Cook model was also used to simulate the dynamic behavior of the present alloy and its results were in good agreement with the experimental results. The results of the X-ray diffraction test showed that this alloy in the cast state, after rolling and annealing, and after compression tests with a high strain rate (up to 3000 s-1) is single-phase and has an FCC crystal structure. The samples were evaluated by EBSD analysis. The results showed that the percentage of low angle grain boundaries in the deformed sample with a strain rate of 3000 s-1 increased compared to those of lower strain rates while twins percentage decreased. In the images obtained from TEM of the mentioned sample, the dislocation tangles and the interaction of dislocations, nanotwins and a high density of dislocations, cell blocks and dense dislocation walls, secondary twins and microbands were observed. In addition, in the investigation of the mentioned alloy's resistance against the shear localization, the sample did not fail, and in the microstructural investigations of this sample, twins were present. Therefore, the formation of twins in this NiCoCrFe high entropy alloy plays an important role in high strain rate deformation and contributes to excellent stability against high rate deformation.
استاد راهنما :
محمدرضا طرقي نژاد , علي شفيعي
استاد داور :
احمد كرمانپور , احمد رضائيان , حامد ميرزاده
