پديد آورنده :
كريمي، ارسلان
عنوان :
ارزيابي تاثير مهندسي مرزدانه بر ريزساختار، مقاومت به خوردگي و خواص كششي يك فولاد زنگ نزن آستنيتي ساخته شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسائي و انتخاب مواد مهندسي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
نوزده، 131ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
ذوب بستر پودر با ليزر , مهندسي مرزدانه , فولاد زنگ نزن 316L , مرزهاي ويژه , خوردگي مرزدانه اي , خواص مكانيكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/09/17
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/09/18
چكيده فارسي :
ساخت افزودني يكي از روش‌هاي توليد ديجيتال است كه به‌عنوان يكي از عناصر انقلاب صنعتي چهارم نيز شناخته مي‌شود. در اين روش نوين، قطعه از يك فايل سه‌بعدي و معمولاً به‌صورت لايه به لايه ايجاد و شكل نهايي قطعه ساخته مي‌شود. مهندسي مرزدانه شامل افزايش درصد مرزهاي ويژه در ريزساختار قطعات مي‌باشد و يكي از موضوعات جذاب براي تحقيق در طي چند دهه گذشته بوده است. هدف آن بهبود خواص مواد از طريق تغيير در ساختار مرزدانه آن¬ها است. مهندسي مرزدانه حين و پس از فرايند ساخت افزودني، امكان توليد قطعات پيچيده با خواص عالي را فراهم مي‌كند. افزايش درصد مرزهاي ويژه در ريزساختار قطعات ساخت افزودني شده، مي¬تواند با تغيير متغيرهاي فرايند ساخت به‌صورت درجا و نيز انجام عمليات بعدي نظير كرنش و عمليات حرارتي به‌صورت غيردرجا صورت پذيرد. هدف اصلي پژوهش حاضر، بررسي امكان اعمال مهندسي مرزدانه هم به‌صورت درجا و هم غير درجا روي يك فولاد زنگ نزن 316L ساخته‌شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر است. امكان اعمال مهندسي مرزدانه و اثر آن روي ريزساختار، مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي و خواص مكانيكي قطعات توسط بررسي‌هاي ميكروسكوپي و آزمون‌هاي فعال‌سازي مجدد پتانسيوديناميكي الكتروشيميايي دو حلقه‌اي و كشش دماي محيط بررسي شدند. مهندسي مرزدانه درجا با تغيير پارامتر استراتژي روبش، از ميندر (دوطرفه) به جزيره‌اي اعمال شد. درصد مرزهاي ويژه از 6/19% در نمونه ميندر در حالت پس از ساخت به 8/42% در نمونه جزيره‌اي در حالت پس از ساخت رسيد. نمونه جزيره‌اي به دليل داشتن درصد بالايي از مرزهاي ويژه در ريزساختار خود، به‌عنوان نمونه مهندسي مرزدانه شده شناخته شد. مطابق آزمون خوردگي مرزدانه‌اي، عدد درجه حساسيت نمونه جزيره‌اي، به علت دانه‌هاي ريزتر و حضور درصد بالايي از مرزهاي ويژه در ريزساختار خود، نسبت به نمونه ميندر به مقدار 5/43% كاهش يافت. در نتيجه، نمونه جزيره‌اي مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي بسيار بالاتري نسبت به نمونه ميندر از خود نشان داد. مهندسي مرزدانه غيردرجا نيز به‌صورت مستقيم، بدون اعمال كرنش و با انجام يك مرحله عمليات حرارتي در دماي 1200 درجه سانتي¬گراد روي نمونه با استراتژي روبش ميندر اعمال شد. در طي اين عمليات، دانه‌هاي ريزساختار در اثر تبلور مجدد كامل از ستوني به هم‌محور تبديل شدند. نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، داراي درصد بالايي از مرزهاي ويژه به مقدار 9/76% به‌خصوص مرزدوقلويي به مقدار 9/47% در ريزساختار خود بود. همچنين در اين نمونه، ارتباط بين مرزهاي بزرگ زاويه تصادفي توسط اين مرزهاي ويژه قطع شده بود. به دليل اين مشخصه‌ها، نمونه ميندر عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي گراد به عنوان نمونه مهندسي مرزدانه شده در نظر گرفته شد. مطابق آزمون خوردگي مرزدانه‌اي، به علت وجود درصد بسيار بالايي از مرزهاي ويژه در نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، عدد درجه حساسيت اين نمونه بسيار پايين به دست آمد. درجه حساسيت اين نمونه نسبت به نمونه ميندر در حالت پس از ساخت به مقدار 5/7% كاهش يافت. در نتيجه مقاومت به خوردگي مرزدانه‌اي اين نمونه نيز نسبت به نمونه ميندر در حالت پس از ساخت بالاتر بود. همچنين مطابق آزمون كشش در دماي محيط در اثر اعمال مهندسي مرزدانه غيردرجا، استحكام كششي در نمونه ميندر عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد به دليل كاهش مرزهاي كم زاويه در ريزساختار آن نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت، به مقدار ناچيزي كاهش‌يافت. استحكام كششي از 602 مگاپاسكال در حالت پس از ساخت به 542 مگاپاسكال در حالت عمليات حرارتي شده رسيد. با اين‌حال درصد انعطاف¬پذيري نمونه ميندر عمليات حرارتي شده، به علت وجود درصد بالايي از مرزهاي ويژه به‌خصوص مرزدوقلويي در ريزساختار آن، به مقدار 33% نسبت به نمونه در حالت پس از ساخت افزايش داشت. همچنين، درصد انعطاف-پذيري نمونه ميندر عمليات حرارتي شده به مقدار بسيار بالاي 7/80% رسيد. بررسي سطوح شكست نمونه‌هاي ميندر در حالت پس از ساخت و در حالت عمليات حرارتي شده در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد، حاكي از وقوع شكست نرم در هر دو نمونه بود.
چكيده انگليسي :
Grain boundary engineering involves increasing the percentage of special boundaries in the microstructure of parts and has been one of the fascinating topics for research over the past few decades. Its goal is to improve the properties of materials by changing their grain boundary structure. Grain boundary engineering during and after the additive manufacturing process allows the production of complex parts with excellent properties. Increasing the percentage of special boundaries in the microstructure of additively manufactured parts can be done In Situ by changing the manufacturing process variables and also Ex Situ by performing subsequent operations such as strain and heat treatment. The main objective of the present research is to investigate the possibility of applying grain boundary engineering both in situ and ex situ on a 316L stainless steel fabricated by laser powder bed fusion method. The possibility of applying grain boundary engineering and its effect on the microstructure, intergranular corrosion resistance, and mechanical properties of the parts were investigated by microscopic examination and Double Loop Electrochemical Potentiodynamic Reactivation and Room Temperature Tensile tests. In situ grain boundary engineering was applied by changing the scanning strategy parameter from meander (bidirectional) to island. The percentage of specific boundaries increased from 19.6% in the meander sample in the as-built state to 42.8% in the island sample in the as-built state. The island sample was identified as a grain boundary engineered sample due to its high percentage of specific grain boundaries in its microstructure. According to the intergranular corrosion test, the degree of sensitisation of the island sample decreased by 43.5% compared to the Meander sample due to the finer grains and the presence of a high percentage of special boundaries in its microstructure. As a result, the island sample showed a much higher intergranular corrosion resistance than the Meander sample. Ex-situ grain boundary engineering was also applied directly, without applying strain, and by performing a one step heat treatment at 1200 °C on the sample with the Meander scannig strategy. During this operation, the grains of the microstructure were transformed from columnar to equiaxed due to complete recrystallization. The heat-treated Meander sample had a high percentage of special boundaries of 76.9%, especially twin boundaries of 47.9% in its microstructure. Also, in this sample, the connection between random high angle grain boundaries was disconnected by these special boundaries. Due to these characteristics, the Meander sample that heat-treated at 1200°C was considered as a grain boundary engineering sample. According to the intergranular corrosion test, due to the presence of a very high percentage of special boundaries in the heat-treated meander sample, the degree of sensitisation of this sample was obtained very low. The degree of sensitisation of this sample was reduced by 7.5% compared to the meander sample in the as-built state. As a result, the intergranular corrosion resistance of this sample was also higher than that of the meander sample in the as-built state. Also, according to the tensile test at room temperature due to the application of ex-situ grain boundary engineering, the tensile strength of the heat-treated mender sample at 1200 ° C decreased negligibly due to the reduction of low-angle boundaries in its microstructure compared to the sample in the as-built state. The tensile strength from 602 MPa in the as-built state decreased to 542 MPa in the heat-treated state. However, the ductility percentage of the heat-treated meander sample increased by 33% compared to the as-built sample due to the presence of a high percentage of special boundaries, especially twin boundaries, in its microstructure. Also, the ductility percentage of the heat-treated meander sample reached a very high value of 80.7%.
استاد راهنما :
احمد كرمانپور , احمد رضائيان
استاد داور :
محمدرضا طرقي نژاد , عبدالمجيد اسلامي
