تولید و مشخصه یابی فولاد زنگ نزن 201l فوق ریزدانه/ نانوساختار حاوی تیتانیوم با استفاده از فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت

مواد فوق ریزدانه/نانوساختار به علت داشتن دانه هایی با اندازه بسیار کوچک، استحکام بالایی از خود نشان می دهند. با این وجود دارای معایبی از جمله تولید در مقادیر بسیار کم و همچنین ازدیاد طول کششی محدود تا قبل از شکست می باشند. روش های متعددی بر پایه طراحی ریزساختاری جهت بهبود انعطاف پذیری مواد نانوساختار پیشنهاد شده است. در سال های اخیر فرایندهای ترمومکانیکی با استفاده از استحاله مارتنزیتی در اثر کرنش و استحاله بازگشت آن (فرایند مارتنزیت)، به عنوان روشی برای تولید فولادهای آستنیتی نیمه پایدار نانوساختار شناخته شده اند. این روش ترکیبی از تغییرفرم سرد شدید و آنیل بازگشتی است. فولادهای نانوساختار/فوق ریزدانه ای که از طریق این روش تولید می شوند دارای استحکام کششی بالا و انعطاف پذیری بسیار خوب هستند. با این وجود ارتقای انعطاف پذیری در مواد نانوساختار/فوق ریزدانه تولید شده به این روش همچنان از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش مطالعه اثر همزمان فرایند مارتنزیت و ایجاد رسوبات نانومتری در تولید یک فولاد زنگ نزن نانوساختار/فوق ریزدانه با انعطاف پذیری بالا است. برای این منظور فولاد زنگ نزن 201l حاوی عنصر میکروآلیاژی تیتانیوم تحت خلأ ریخته گری شد. نمونه ریختگی در دمای °c 1200 به مدت 12 ساعت همگن شده و سپس تا ضخامت mm8 نورد داغ شد. در مرحله بعد نمونه ها در دمای °c 1200 و در زمان های مختلف تحت عملیات آنیل انحلالی قرار گرفتند. پس از آماده سازی ریزساختار اولیه، نمونه ها از ضخامت 5 تا mm 5/0 نورد سرد شدند و سپس در محدوده دمایی °c 900-750 و در زمان های s 3600-30 آنیل انحلالی بر روی آن ها انجام شد. از پراش اشعه ایکس و دستگاه فریتوسکوپ برای تعیین مقادیر فازها پس از نورد سرد و آنیل استفاده شد. جنبه های ریزساختاری توسط میکروسکوپ های نوری، الکترونی روبشی نشر میدانی و نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. رفتار رسوب گذاری با آزمایش های ریزسختی سنجی و مقاومت ویژه الکتریکی ارزیابی شد. جهت بررسی ترکیب شیمیایی و توزیع رسوبات نیز از آنالیز طیف سنجی نشر انرژی استفاده گردید.تشکیل مارتنزیت حین نورد سرد در کاهش ضخامت 30% به مقدار اشباع رسید. طبق نتایج به دست آمده به علت ایجاد گرمای آدیاباتیک، افزایش نرخ کرنش سبب تاخیر در استحاله مارتنزیتی می شود. نتایج نشان داد که با استفاده از فرایند مارتنزیت می توان پس از 90% نورد سرد و در ادامه آن آنیل در دمای °c 900 به مدت s 60، ساختاری با اندازه دانه nm 12±45 به دست آورد. این فولاد نانوساختار استحکام تسلیم بالا در حدود mpa 1000 (بیش از شش برابر حالت درشت دانه اولیه)، استحکام کششی حدود mpa 1330 و درصد ازدیاد طول بسیار بالای 42% از خود نشان داد. دلیل بروز این خواص برهم کنش رسوب گذاری و استحاله مارتنزیتی در اثر کرنش حین آزمون کشش تشخیص داده شد. آزمون نانوفروروندگی نشان داد که درفولاد زنگ نزن نانوساختار/فوق ریزدانه دلیل بروز استحکام و ازدیاد طول بالا می تواند متفاوت از حالت درشت دانه باشد. این اختلاف در مکانیزم تغییر فرم در فولاد نانوساختار و درشت دانه در منحنی های نیرو-جابجایی مشاهده شد و دلیل آن اختلاف شدید اندازه دانه تشخیص داده شد. نتایج به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت و اثرات آن ها بر ریزساختار و خواص مکانیکی نهایی تحلیل شد.