پديد آورنده :
شفيعيون، عمادالدين
عنوان :
مشخصه‌يابي ساختار و خواص كامپوزيت زمينه فولاد زنگ نزن 316L تقويت شده با ذرات اكسيد گادولينيوم ساخته شده به روش ذوب گزينشي ليزري
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 92ص،: جدول، نمودار، شكل
توصيفگر ها :
ذوب گزينشي ليزري , كامپوزيت زمينه فولاد 316L , اكسيد گادولينيوم , ريزساختار , خواص مكانيكي , خواص خوردگي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/02/01
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/02/02
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير، با گسترش فناوريهاي ساخت افزايشي، استفاده از اين روشها براي ساخت كامپوزيتهاي زمينه فلزي مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش به ساخت نمونههاي كامپوزيتي فولاد زنگ نزن 31sL تقويت شده با 1 درصد وزني ذرات تقويتكنندهي اكسيد گادولينيوم )Gd2O3( بهروش ذوب گزينشي ليزري )SLM( پرداخته شده و تاثير افزودن ماده تقويتكننده و سرعت روبش ليزر (چگالي انرژي حجمي) بر ريزساختار، خواص مكانيكي و خواص خوردگي اين آلياژ بررسي شد. دليل انتخاب اين اكسيد، عملكرد آن در بهبود عملكرد دماي بالا و جذب قوي نوترون و اشعه ايكس در برخي آلياژهاي ديگر بود. در بررسيهاي فازي توسط آزمون پراش پرتو ايكس، مشخص شد كه هر دو نوع نمونههاي غيركامپوزيتي و كامپوزيتي تماما آستنيتي هستند. بررسيهاي ريزساختاري مشخص كرد كه ساختار دانههاي تشكيل شده در هر دو نوع نمونه غيركامپوزيتي و كامپوزيتي بهصورت سلولي بوده و اندازه سلولها و اندازه بلوركها در ساختار سلولي با كاهش سرعت روبش، كه منجر به افزايش چگالي انرژي حجمي ورودي ميشود، افزايش يافته است. ميزان تخلخل نمونههاي كامپوزيتي نسبت به نمونههاي غيركامپوزيتي بيشتر بود و با كاهش سرعت روبش ليزر (افزايش چگالي انرژي حجمي ورودي) ميزان تخلخل در هر دو نوع نمونههاي غيركامپوزيتي و كامپوزيتي كاهش و چگالي نمونهها افزايش يافت. در بررسي پودرهاي كامپوزيتي مشخص شد كه مقداري از ذرات تقويتكننده، كلوخه شدهاند. اكسيد گادولينيوم ترشوندگي مناسبي با فولاد زنگ نزن 31sL نداشته كه سبب ايجاد يك فصلمشترك ناپيوسته ميان ذرات تقويتكننده كلوخه شده و زمينهي فولادي شده است. از آنجايي كه چگالي اكسيد گادولينيوم كمتر از چگالي فولاد زنگ نزن 31sL ميباشد، با پس زده شدن ذرات كلوخه شده، مقدار زيادي از آنها در مرز حوضچههاي مذاب، جمع شدهاند. بررسي خواص مكانيكي با استفاده از آزمونهاي پانچ برشي و ريزسختيسنجي، مشخص كرد كه خواص مكانيكي نمونههاي كامپوزيتي نسبت به نمونههاي غيركامپوزيتي مقداري افت كرده است. براي مثال، ريزسختي نمونهي غيركامپوزيتي ساخته شده در سرعت روبش ليزر 800 ميليمتر بر ثانيه (چگالي انرژي حجمي ورودي 5s/5 ژول بر ميليمتر مكعب ) برابر با حدود 2s5 برينل و ريزسختي نمونهي كامپوزيتي متناظر آن حدود 248 برينل ميباشد. استحكام برشي نمونههاي كامپوزيتي نيز بين %5 تا %10 نسبت به نمونههاي فولادي غيركامپوزيتي كاهش يافته است. استحكام برشي نمونههاي كامپوزيتي، بر خلاف نمونههاي فولادي، با كاهش سرعت روبش ليزر از 800 به 475 ميليمتر بر ثانيه (چگالي انرژي حجمي ورودي از 5s/5 به 95/2 ژول بر ميليمتر مكعب) افزايش يافته است كه بهنظر ميرسد ناشي از كاهش تخلخل و فعال شدن مكانيزمهاي استحكامبخشي در نمونهي كامپوزيتي باشد. در آزمون خوردگي پلاريزاسيون، فقط نمونه كامپوزيتي كه در بيشترين سرعت روبش ليزر ساخته شده نتايج ضعيفتري از نمونههاي غيركامپوزيتي از خود نشان داد و بين ساير نمونهها تفاوت چشمگيري از نظر مقاومت به خوردگي مشاهده نشد. علت اين مسئله وجود تخلخل بيشتر نسبت به نمونههاي فولادي و همچنين كاهش پيوستگي فصلمشترك بين ذرات تقويتكنندهي كلوخه شده و زمينه بود كه سبب ايجاد فضاهاي خالي و تجمع محلول خورنده مي شود.
چكيده انگليسي :
With the expansion of additive manufacturing technologies in recent years, their use for fabrication of metal matrix composites has been considered. In this research, 316L stainless steel matrix composites reinforced with 1wt.% Gadolinium oxide (Gd2O3) particles were fabricated using selective laser melting (SLM) method and the effects of the reinforcement addition and the laser scanning speed (volumetric energy density) on the microstructure, mechanical properties, and corrosion resistance of the alloy were studied. selection of Gadolinium oxide as reinforcement was due to its proven improved high temperature service performance and strong neutron and X-ray absorption properties in some other alloys. X-ray diffraction phase analyses revealed that both monolithic and composite samples were entirely austenitic. Microstructural investigations indicated that the structures of both monolithic and composite samples were cellular, and the cell and crystallite size in the cellular structure increased with decreasing the laser scanning speed (increasing the volumetric energy density input). Porosity content of the composite samples was higher than those of the monolithic samples, and decreased with a reduction in the laser scanning speed (increase in the volumetric energy density input) in both types of samples, leading to increased density. Examination of the initial composite powder mixture revealed partial agglomeration of the reinforcing particles. Gadolinium oxide did not exhibit suitable wettability with the 316L stainless steel matrix, resulting in the formation of a discontinuous interface between the agglomerated particles and the steel matrix. Since the density of Gadolinium oxide is lower than that of 316L stainless steel, a large part of them were agglomerated at the boundaries of the melt pools upon solidification. Shear punch and hardness tests indicated decreased mechanical properties of the composite samples compared to the monolithic samples. For example, hardness of the monolithic sample fabricated at a laser scanning speed of 800 mm/s (volumetric energy density of 56.5 J/mm³) was about 265 Brinell, while the hardness of the corresponding composite sample was around 248 Brinell. Shear strength of the composite samples was also 5- 10% less than those of the corresponding monolithic samples. Unlike the monolithic steel samples, the shear strength of the composite samples increased with a reduction in the laser scanning speed from 800 to 475 mm/s (increase in the volumetric energy density from 56.5 to 95.2 J/mm³), which seemed to be due to the reduction in the porosity content and activation of the strengthening mechanisms in the composite sample. In the polarization corrosion tests, only the composite sample fabricated at the highest laser scanning speed showed poorer results than its corresponding monolithic sample and no significant differences in corrosion resistance of other samples was observed. This was thought to be due to the higher porosity of the composites samples as well as poorer interface continuity between the agglomerated particles and the steel matrix, leading to formation of voids and the accumulation of corrosive solution.
استاد راهنما :
بهزاد نيرومند
استاد مشاور :
عبدالله صبوري
استاد داور :
فخرالدين اشرفي زاده , محمود مرآتيان
