ارزیابی امکان ساخت فولاد فوق ریز/نانو دانه با شروع از ساختار بینیتی از طریق فرایند ترمومکانیکی

خواص فولادها به شدت تحت تاثیر اندازه دانه می یاشد. رابطه شناخته شده ی هال-پچ تاثیر اندازه دانه را بر خواص مکانیکی (استحکام-سختی-دمای تبدیل تردی به نرمی) بیان می کند. به همین دلیل امروزه ریزدانه کردن از مهمترین موضوعات در بهبود خواص مکانیکی مواد است چرا که در میان مکانیزم های استحکام دهی، ریز کردن دانه ها تنها روشی است که باعث بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری می شود. از طرف دیگر دیگر خواص مکانیکی از قبیل استحکام، دمای تبدلیل نرمی به تردی ، مقاومت به شکست نیز بهبود می یابد. یکی از آن ها عملیات ترمومکانیکی نورد سرد و آنیل بازگشتی می باشد. کار مکانیکی سبب تغییر شکل و افزایش انرژی ذخیره شده می شود. با آنیل این ساختار پر انرژی (جهت کاهش انرژی)، تبلور مجدد صورت می گیرد و ساختار ریزدانه تولید می شود. دلایل ایجاد ساختار را می توان به افزایش نرخ جوانه زنی به دلیل زیاد شدن مکان های جوانهزنی نسبت داد. از جمله خصوصیات فولادهای کربنی ساده، تبدیل فاز مارتنزیت نورد سرد شده به فریت فوق ریز در حین عملیات آنیلینگ است. اما عیب عمده مارتنزیت ترد بودن آن به دلیل بالا بودن تنش های داخلی است که سبب ترک خوردن عمدتا لبه های نمونه در حین نورد سرد می شود. از طرفی بینیت نیز در مکانیزم هایی مشابه با مارتنزیت تشکیل می شود. در حین استحاله بینیتی هر دانه آستننیت اولیه به مشابه مارتنزیت به چندین بسته تبدیل می شود. با توجه به این موضوع در این تحقیق کوشش شده است تا روشی نوین و آسان جهت ریزدانه شدن فریت ارائه شود. به همین منظور یک آلیاژ کم کربن وکم آلیاژ تحت عملیات مکانیکی-حرارتی قرار داده شد و اثرات آن بر اندازه دانه فریت تحت بررسی قرار گرفت. عملیات حرارتی شامل آستنیته کردن در دمای 925 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه و سریع سرد کردن در حمام نمک مذاب با 3 دمای مختلف بود. در این مرحله جهت بررسی ریز ساختار و شناسایی فازهای موجود در ریزساختار از اچ رنگی و الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که بهترین دما برای استحاله همدما، 410 درجه سانتیگراد است که سبب تولید ساختاری با 90 درصد بینیت گردیده است. عملیات مکانیکی شامل نورد سرد بینیت در دمای اتاق به میزان 90 درصد کاهش ضخامت بود. چنین کاهش ضخامتی سبب ایجاد ساختار لایه ای کشیده شده در جهت نورد با ضخامت 400 نانومتر گردید این ساختار دانسیته بالایی از نابجایی را شامل اشت. دلیل این امر به دانسیته بالاتر مرزدانه در ساختار بینیتی نسبت داده شد. آنیل بازگشتی در دماهای 700-500 درجه سانتیگراد به فاصله های دمایی 50 درجه سانتیگراد در بازه زمانی 120 ثانیه تا 120 دقیقه صورت گرفت. نتایج حاکی از آن بود که با آنیل در دمای 500 و 550 درجه سانتیگراد مکانیزم اصلی در تغییرات ساختار، بازیابی است. در حالی که با آنیل در دمای 650 و 700 درجه سانتیگراد تبلور مجدد مکانیزم اصلی در نرم شدن ساختار نورد سرد شده است. بدین ترتیب پس از آنیل در 650 درجه سانتیگراد به مدت 120 دقیقه اندازه دانه 550 نانومتر و پس از آنیل در 700 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه اندازه دانه 560 نانومتر به دست آمد.