شماره راهنما :
2223 دكتري
عنوان :
بررسي اثر مهندسي مرزدانه بر خواص فولاد زنگ نزن آستنيتي با ساختار دوگانه با هدف توسعه محصولات فولادي پيشرفته
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 100ص. : مصور، جدول، نمودار.
توصيفگر ها :
مهندسي مرزدانه , مرزدانه هاي ويژه , آلياژ فولاد زنگ نزن آستنيتي , ساختارهاي دوگانه
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/05/13
رشته تحصيلي :
مهندسي متالورژي و مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/05/24
چكيده فارسي :
در اين پژوهش به بررسي اثر توسعه مرزدانه¬هاي ويژه در فولاد زنگ نزن آستنيتي گروه 316L با ساختار دوگانه به كمك فرايند مهندسي مرزدانه پرداخته شده است. با استفاده از روش نورد- آنيل و با اعمال كرنش معادل با 83% كاهش در ضخامت در دماي C10- و آنيل پس از آن به مدت 30 دقيقه در دماي C800، ساختار دوگانه با متوسط اندازه دانه μm 9/1 به عنوان ورودي فرايند مهندسي مرزدانه حاصل شده است. سپس فرايند مهندسي مرزدانه به روش نورد- آنيل و در پارامترهاي كرنش اعمالي به ميزان 5% و 15% كاهش در ضخامت (به ترتيب كرنش كم و متوسط)، مدت زمان كوتاه آنيل پس از نورد به ميزان 5 و 15 دقيقه در دماي C 1000 و تعداد دفعات تكرار 1، 3 و 4 مرتبه از هر سيكل فرايند بر روي نمونه¬هاي حاصل از فرايند بازگشت مارتنزيت انجام شده است. آناليز پراش پرتو ايكس به جهت بررسي¬ تغييرات فازي انجام شد. آزمون خوردگي بين دانه¬اي و بررسي ريزساختار سطوح خوردگي با ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي به منظور تعيين شرايط بهينه و انتخاب نمونه¬ها جهت بررسي با ميكروسكوپ روبشي گسيل ميدان (مجهز به آشكارساز پراش الكترون¬هاي برگشتي) انجام شد. همچنين خواص مكانيكي مورد ارزيابي قرار گرفت. با توجه به نتايج آزمون پراش پرتو ايكس در ساختار نورد شده در دماي كم، 78% مارتنزيت ناشي از كرنش و آستنيت باقيمانده با كرنش زياد شناسايي شد. بررسي¬هاي ريزساختاري نشان داد كه با انجام آنيل پس از نورد و بازگشت فاز مارتنزيت به آستنيت و تبلور مجدد آستنتيت باقيمانده ساختار دوگانه از اندازه دانه¬ها ايجاد شده است. با انجام فرايند مهندسي مرزدانه با اعمال كرنش به ميزان 5% كاهش در ضخامت، آنيل به مدت 5 دقيقه در دماي C1000 و تكرار مسير فرايند به ميزان 4 مرتبه درجه حساس شدن در آزمون خوردگي از ميزان 5/07/17% به 2/01/6% براي نمونه مهندسي مرزدانه شده كاهش يافت. نتايج بررسي¬هاي ريزساختاري از سطوح در تماس با محلول خورنده، حاكي از كاهش ميزان خوردگي اطراف مرزدانه¬ها با اعمال سيكل مذكور بود. نتايج آزمون پراش الكترون برگشتي نشان داد كه درصد شبكه مكان انطباق و مرزدانه¬هاي 3 به ترتيب از ميزان 42% و 16% در نمونه اوليه به ميزان 72% و 53% در نمونه مهندسي مرزدانه شده افزايش يافته است. در مسير با كرنش اعمالي 15% و آنيل به مدت 15 دقيقه در دماي C1000 و مرتبه تكرار 4 (مسير با كرنش زيادتر)، با وجود دستيابي به 66% شبكه مكان انطباق و 44% مرز¬هاي 3، كاهش محسوسي در ميزان درجه حساس شدن حاصل نشد. در اين نمونه اندازه كم در مكان¬هاي مرتبط دوقلويي، مورفولوژي ساده زنجيره¬هاي دوقلويي و طول كم آن¬ها نسبت به نمونه با كرنش اعمالي كم مشاهده شد. تشكيل مكان¬هاي مرتبط دوقلويي بزرگ منجر به قطع بيشتر ارتباط مرزدانه-هاي تصادفي در ريزساختار شد. مقادير متوسط 3/10 و 5/4 براي نسبت اندازه مكان¬هاي مرتبط دوقلويي به اندازه دانه به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده در مسير با كرنش كم و كرنش متوسط محاسبه شد. تعداد كمتر مكان¬هاي مستعد براي جوانه¬زني تبلورمجدد در نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم نسبت به نمونه با كرنش زيادتر، رشد بيشتر مكان¬هاي مرتبط دوقلويي در اين نمونه را نشان مي¬دهد. با بررسي تغييرات نسبت 9+27 به3 وقوع مكانيزم تشكيل مجدد مرزدانه¬ها ناشي از برهمكنش مرز¬هاي 9 و 27 در سيكل اول نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و مكانيزم دوقلويي شدن چندگانه در ادامه فرايند مشخصه¬يابي شد. تعداد زياد جوانه¬هاي اوليه دوقلويي در دانه¬هاي ميكرومتري با تعداد دانه همسايه زياد و تك جوانه¬هايي با شبكه¬اي پيوسته از مرزدانه¬هاي 3 در دانه¬هاي ريزتر در سيكل اول نمونه مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم علت ايجاد درصد زيادي مرز¬هاي 3 در مدت زمان كوتاه آنيل شناخته شد. ارزيابي خواص كششي نمونه¬ها نشان داد درصد افزايش طول از 268% در نمونه اوليه به 488% و 295% به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و متوسط افزايش يافته است. عدم كاهش استحكام و افزايش نسبي آن از 8609 مگاپاسكال در نمونه اوليه به 7641 و 6623 مگاپاسكال به ترتيب در نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده با كرنش كم و متوسط حاصل شد. درصد زياد مرز¬هاي ويژه 3 و افزايش درصد نقاط سه¬گانه متشكل از مرز¬هاي كم انرژي از عوامل موثر در كاهش جوانه¬زني و رشد ترك مرزدانه¬اي و افزايش انعطاف¬پذيري شناخته شدند. با بررسي¬هاي شكست¬نگاري، تركيب شكست نرم و ترد در نمونه اوليه و شكست كاملا نرم همراه با ايجاد گودي و برآمدگي در نوك نمونه آزمون كشش براي نمونه¬هاي مهندسي مرزدانه شده همراه با اندازه ديمپل¬هاي متفاوت شناسايي شد. در نهايت در اين پژوهش به طور موفقيت آميز نمونه مهندسي مرزدانه شده از فولاد زنگ نزن آستنيتي گروه 316L ايجاد شده است.
چكيده انگليسي :
The effect of special grain boundary development via the grain boundary engineering process (GBE) was explored in a bimodal microstructured 316L austenitic Stainless Steel with an average grain size of 1.92 µm. The GBE process was carried out by the rolling-annealing method via two routes of low and medium applied strain, followed by a short annealing period in a single-step and iterative manner. The grain boundary character distribution was obtained by Electron Backscatter Diffraction (EBSD) analysis, and the corrosion resistance of the samples was examined using a double-loop electrochemical potentiokinetic reactivation test after sensitization heat treatment. The tensile behavior of specimens was evaluated. Microstructural characterization showed that applying low strain repetitively increased the coincidence site lattice (CSL) and 3 boundaries percentage and created large twin-related domains (TRD). The microstructural investigations of the surfaces in contact with the corrosive solution indicated an enhanced corrosion resistance behavior around the grain boundaries by applying a low-strain route. The reduced sensitization was attributed to a high proportion of CSLs and large-sized TRDs. The fewer suitable sites for recrystallization in the low-strain route resulted in more significant growth for the TRDs. In the early stages of the low-strain route, the grain boundary character distribution showed a high number of primary twin nuclei in coarse grains and a continuous network of single twin nuclei in smaller grains, creating a high percentage of 3-grain boundaries. The low applied strain and the absence of the necessary driving force for the recrystallization and GBs migration led to the formation of twin nuclei, which would assist with these phenomena and the reduction of microstructure energy. A high percentage of 3 boundaries and an increase in the percentage of triple points consisting of low energy boundaries were found to be influential factors in reducing the nucleation and growth of grain boundary cracks and, as a result, increasing elongation.
استاد راهنما :
احمد رضائيان
استاد مشاور :
فتح اله كريم زاده
استاد داور :
محمدرضا طرقي نژاد , احمد كرمانپور , حامد ميرزاده
