ساختار نانو در فولادهای زنگ نزن

[rkiahoseyni]

مقدمه:

اکثر فلزات و آلیاژهای فلزی دارای ساختار کریستالی هستند که این جزء ویژگی ذاتی ماده است. به طورکل ساختار کریستالی توسط چندین مورد طبقه بندی می شود. به عنوان مثال، بر اساس تک بلور و چند بلور بودن، اندازه دانه، ویژگی های مرزی دانه، جهت کریستالوگرافی، و غیره. این اقلام با فعل و انفعالات مکانیکی و شیمیایی با کرنش های داخلی و خارجی قابل کنترل هستند. به عنوان مثال، یک کریستال با وارد کردن نابجایی هایی با چگالی به اندازه کافی بالا، خود را به حالت چند کریستالی تغییر می دهد. دانه های اصلی با نورد شدید و با کرنش برشی بسیار زیاد ریزتر می شوند. مرزهای دانه اولیه نیز از طریق برهمکنش آنها با نابجایی ها و با فرآیند درهم ریختن قابل تنظیم هستند. به این معنا که ساختار کریستالی با شکل‌دهی فلز و پردازش مواد به گونه‌ای طراحی می‌شود که اندازه دانه، جهت‌های کریستالوگرافی و مرزهای دانه‌ای ترجیحی داشته باشد.

 

روش های تولید ساختار نانو در فولاد زنگ نزن:

اجازه دهید نحوه کنترل ساختار کریستالوگرافی فلزات و آلیاژهای فلزی را با فناوری پلاستیسیته در شکل دهی فلزات و عملیات سطحی در نظر بگیریم. به طورکل سه مطالعه موردی را در مورد تغییر ساختار کریستالوگرافی با نورد، برش و فوق اشباع نیتروژن می توان نشان داد. 
در نورد حتی زمانی که دانه‌های اولیه متساوی‌المحور هستند، برخی از آنها مجبور می‌شوند تا حدی در امتداد جهت غلتش قرار بگیرند. اعوجاج انحرافی توسط درایوهای نورد شدید به برش دانه ها و چرخش آنها منجر می شود. 
در صورت برش، منبت کاری و سوراخ کردن ورق های فلزی، دانه ها منحرف می شوند تا به صورت پلاستیکی در امتداد صفحه برش با پالایش اندازه دانه جریان پیدا کنند. 
در نیتریدینگ پلاسما در دمای پایین، کرنش پلاستیک توسط فوق اشباع نیتروژن به شبکه های فلزی القا می شود تا سیستم خط لغزشی را تشکیل دهد. بدون تنش های خارجی اعمال شده، شبکه خط لغزش از سطح به عمق همراه با انتشار بینابینی نیتروژن تشکیل می شود. به طور خاص، فرآیند نیتریدینگ پلاسما در دمای پایین به عنوان ابزاری قدرتمند برای نشان دادن اینکه بسترهای فولادی زنگ نزن آستنیتی و مارتنزیتی سخت شده و اصلاح می شوند تا ساختار دو فازی با دانه متوسط داشته باشند، شناخته می شوند. اندازه 0.1 میکرومتر ساختار در مطالعات متعدد ثابت کردند که اندازه دانه و همچنین ساختار کریستالوگرافی باید به طور قابل توجهی توسط پردازش مواد غیر از فرآیند برش در شکل‌دهی فلز کنترل شود.

 

فرآیند تشکیل ساختار نانو:

تکامل ساختار کریستالوگرافی فولادهای زنگ نزن در طول نورد، سوراخ کردن، و نیتریدینگ پلاسما در دمای 623 کلوین در مقالات مختلف توضیح داده شده است تا مکانیسم تکامل ریزساختار در طول شکل‌دهی فلز و پردازش مواد را استنتاج کند. برای این منظور آزمایش بارگذاری تک محوری نمونه هایی که تحت فرآیند نیترید پلاسما در K 623 قرار گرفته اند برای بررسی امکان تکامل ریزساختار بیشتر در طول شکل‌گیری فلز خلفی انجام می‌شود. از طریق این آزمایش‌ها، تأثیر غلظت عنصر بینابینی و همچنین فشار پلاستیک بر تکامل کریستالوگرافی برای جستجوی مدل علم مواد برای توصیف تعامل بین تحرک بین بافتی و کرنش پلاستیک مورد بحث قرار می‌گیرد. در ادامه از روشهای مختلف پراش پرتو ایکس برای انجام آنالیزهای کریستالوگرافی استفاده می شود. این تکنیک مبتنی بر تجزیه و تحلیل خودکار الگوی کیکوچی با تحریک پرتو الکترونی روی سطح نمونه در SEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی) است. در میان چندین ابزار تحلیلی در EBSD، جهت‌گیری کریستالوگرافی برای هر دانه با IPF (شکل قطب معکوس) توصیف می‌شود و تبدیل فاز ناشی از کرنش نیز با نقشه‌برداری فاز تحلیل می‌گردد. علاوه بر این، توزیع کرنش پلاستیک معادل با نگاشت KAM (Kernel Angle Misorientation) تخمین زده می شود.

 

نتیجه گیری:

در شکل دهی فلز مانند نورد شدید و سوراخ کردن ریز، ریزساختار مواد کار با اعوجاج پلاستیک اعمال شده با تأثیر کمتر بر مواد ابزار تغییر می کند. در فرآیند نورد، فاز آستنیتی اولیه فولادهای زنگ نزن تقریباً مارتنزیتی کامل و ریزساختار بافت دار با جهت ترجیحی جهت نورد تغییر می کند. این ساختار کریستالوگرافی برای تغییر ریزساختار با برش با کاهش ضخامت ذاتی است. در فرآیند سوراخ‌کاری به وسیله محلی سازی برشی، مواد کار آستنیتی پس از سوراخ‌کاری دارای سطوح برشی و شکستگی جدید از جمله مناطق آسیب‌دیده هستند. این مناطق شامل مارتنزیت تبدیل شده به فاز، آستنیت سخت شده و نواحی الاستیک بازیافت شده است. این تغییر ساختار کریستالوگرافی دقیقاً توسط EBSD بر روی سطح مقطع مواد کاری سوراخ شده توصیف شده است. علاوه بر این، عوامل مختلفی بر این تغییر ساختار تأثیر می‌گذارند که از آن جمله می‌توان به اندازه دانه‌بندی مواد کار و کنترل محلی‌سازی برشی و همچنین اجزای شیمیایی در فولادهای زنگ نزن اشاره کرد.
در نیتریدینگ پلاسما در دمای پایین، هیچ گونه سویه پلاستیکی از خارج به مواد کار اعمال نمی شود، اما اتم های بینابینی نیتروژن از سطح آنها تا عمق آنها با غلظت بالا توزیع می شوند. به دلیل فرآیند هم افزایی در این فرآیند نیتریدینگ داخلی، اعوجاج پلاستیک به طور همزمان توسط انتشار نیتروژن و فوق اشباع القا می شود. از آنجایی که املاح نیتروژن به طور همگن در لایه نیترید شده با محتوای بالا توزیع می شود، تانسور اعوجاج پلاستیک نیز به طور یکنواخت در این لایه توزیع می شود. این اعوجاج پلاستیکی همگن ساختار کریستالوگرافی معمولی صفحات و سیم های AISI316 را تغییر می دهد. به عنوان مثال، ریزساختار AISI316 ریزدانه (FGSS316) سیم‌ها با اندازه دانه‌بندی متوسط 2 میکرومتر به ساختار دو فازی فوق‌ریزدانه با اندازه دانه‌بندی متوسط کمتر از 0.1 میکرومتر تغییر می‌دهد. در طی نیتریدینگ همگن، مناطق آستنیتی حفظ شده در لایه نیترید شده توزیع می شوند.

گردآورنده: سیدرحیم کیاحسینی