ارزیابی پدیده کریستالیزاسیون در فولادهای نانوساختار تهیه شده از آلیاژهای آمورف پایه آهن حاوی نایوبیم

دراین تحقیق ارزیابی پدیده تبلور در نسل جدیدی از آلیاژهای آمورف پایه آهن با کاربردهای سازه ای مدنظر می باشد. رویکردهای اصلی دراین تحقیق، ارزیابی تاثیر افزودن عنصر آلیاژی نایوبیم بر دو پدیده تبلور و رشد در یک گروه خاص ازاین آلیاژها و همچنین بررسی تغییرات سختی در حالتهای آمورف و کریستالی می باشد. ترکیب شیمیایی آلیاژها fe55-xcr18mo7b16c4nbx (x=0, 3, 4,5) می باشد. تهیه شمشهای اولیه در کوره ذوب القایی صورت گرفته و نوارهای مورد نیاز بررسی های سینتیکی و ساختاری با استفاده از فرایند ذوب-ریسی (melt-spinning) و سپس عملیات حرارتی در کوره عملیات حرارتی خلا تهیه شده اند. بررسی های سینتیکی به کمک داده های حاصله از آزمونهای اسکن گرمایی افتراقی (dsc) و همچنین تشخیص نوع فازهای تشکیل شده در ساختار با استفاده از آزمون های تفرق اشعه ایکس (xrd) صورت گرفته است. درادامه، ساختار میکروسکپی بوسیله میکروسکپهای الکترونی نوع عبوری (tem) و روبشی (sem) بررسی شده و سختی سنجی در مقیاس ویکرز برروی نمونه ها انجام شده است. نتایج نشان میدهد که افزودن عنصر آلیاژی نایوبیم به ترکیب شیمیایی آلیاژها، سبب افزایش قابلیت شیشه ای شدن آلیاژها می شود. بررسی نوارهای عملیات حرارتی شده مشخص نمود که فاز fe36cr12mo10 اولین فازی است که پس از انجام عملیات حرارتی در ساختار آلیاژها تشکیل می شود. افزایش عنصر آلیاژی نایوبیم در ترکیب شیمیایی آلیاژها سبب افزایش انرژی اکتیواسیون جوانه زنی، کاهش فرکانس جوانه زنی و نرخ رشد شده که نتیجه آن تبدیل ماهیت تبلور دومرحله ای به یک مرحله ای در آلیاژهاست. پس از انجام عملیات حرارتی آنیل، جوانه زنی فاز fe36cr12mo10 با میانگین اندازه 20 نانومتر در ساختار مشاهده شد. دراین تحقیق جوانه زنی فاز مذکور در کلنی های مجزا و با مورفولوژی "راه راه" در ساختار، تشخیص داده شد. دراین تحقیق سه منطقه مختلف دراستحاله تبلور، برای بررسی ضریب اورامی درنظر گرفته شد که این سه منطقه شامل مناطق جوانه زنی، رشد و رشد نهایی می باشد. مقادیر بدست آمده برای ضرایب سینتیکی مشخص می کند که افزایش عنصر آلیاژی نایوبیم سبب محدود شدن جوانه زنی و رشد فاز fe36cr12mo10 در تبلور مرحله اول آلیاژها می شود. همچنین مشخص شد که با افزایش عنصر نایوبیم در ترکیب شیمیایی آلیاژها، نیروی محرکه جوانه زنی، رشد و همچنین فرکانس جوانه زنی و نرخ رشد در تبلور فاز آهن آلفا (تبلور مرحله دوم) کاهش می یابد. باتوجه به نتایج حاصله از تصاویر میکروسکپ الکترونی عبوری مشخص شد که مکانیزم کاهش نرخ رشد کریستالها در ساختار، ایجاد لایه ممانعت کننده نفوذی در اطراف کریستالهای درحال رشد و کاهش سرعت نفوذ عناصر در ساختار است. نتایج آزمونهای تفرق اشعه ایکس و مشاهدات ساختاری حاکی از این است که با افزودن عنصر نایوبیم میانگین اندازه کریستالها در ساختار کاهش یافته و درواقع عنصر نایوبیم به عنوان یک تثبیت کننده ساختار عمل نموده که میانگین اندازه کریستالهای آهن در ساختار آلیاژها را کاهش می دهد. در بررسی های سختی سنجی مشخص شد که تشکیل محلول جامد فوق اشباع به عنوان مهمترین مکانیزم افزایش دهنده سختی در آلیاژها و در حالت آمورف می باشد. انجام عملیات حرارتی تک مرحله ای و ایجاد ساختاری حاوی زمینه آمورف به همراه کریستالهای نانوسایز fe36cr12mo10 سبب افزایش سختی نمونه ها تا حد 1900 ویکرز شده که قابل مقایسه با انواع پوششهای فوق سخت است.