ارزیابی تأثیر افزودن نیوبیم بر فوق ریزدانه/ نانوساختار کردن فولاد کمکربن از طریق فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت
چکیده
فولادهای فوق ریزدانه/ نانوساختار به دلیل داشتن خواص مکانیکی مناسب، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. فرایند مارتنزیت یکی از روش های تولید این گونه مواد بوده و پیشرفت های قابل قبولی در این زمینه ایجاد کرده است. با این وجود، زمان های آنیل نسبتاً طولانی و هم چنین ازدیاد طول پایین این گونه فولادها منجر به ایجاد محدودیت هایی در زمینه تولید صنعتی آن ها شده است. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر افزودن نیوبیم به عنوان یک عنصر میکروآلیاژی، بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد کم کربن فوق ریزدانه/ نانوساختار با استفاده از فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت می باشد. بدین منظور، سه فولاد با ترکیب شیمیایی یکسان و مقادیر مختلف نیـوبیم (00/0، 04/0 و 12/0 درصد وزنی) ریخته گری و تهیه شد. به منظور کاهش اندازه دانه های حاصل از ریخته گری و حذف عیوب ناشی از آن، عملیات فورج داغ در دمای ?c 1100 بر روی نمونه ها انجام گرفت. فولادهای تغییرشکل داغ یافته، در دمای ?c 1000 و ?c 1225 آستنیته شده و به سرعت در محیطی با دمای ?c 15- کوئنچ شدند. عملیات نورد سرد در دمای اتاق و به میزان 85% کاهش در ضخامت بر روی هر سه ترکیب شیمیایی اعمال شد. آنیل گرم نمونه ها توسط کوره الکتریکی به مدت 10 الی 12000 ثانیه در دماهای 450 الی ?c 650 با فاصله دمایی ?c 50 انجام شد. نتایج حاصل از سختی سنجی نمونه ها در شرایط متفاوت آنیل، رسوب گذاری نیوبیم در فولادهای میکروآلیاژی را تأیید کرده و بررسی های ریزساختاری نشان داد که کاربیدهای نیوبیم ایجاد شده در حین آنیل، تأثیر به مراتب بیشتری را در کاهش اندازه دانه در مقایسه با رسوبات اولیه موجود در ریزساختار ایفا می کنند. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزودن نیوبیم به فولاد ساده کربنی می توان با افزایش دمای آنیل، بدون ایجاد پدیده رشد غیرعادی در دانه ها، زمان دست یابی به فولاد نانوساختار را به s 300 کاهش داد. ریزساختار فریتی با اندازه دانه nm 6/23±1/167 و nm 1/12±4/129 پس از s 300 حرارت دهی در دماهای 550 و ?c 600 به ترتیب در فولادهای حاوی 04/0 و 12/0 درصد وزنی نیوبیم به دست آمد. نتایج حاصل از آزمون کشش، تأثیر بسزای رسوبات کاربید نیوبیم را در بهبود خواص مکانیکی فولادهای نانوساختار/ فوق ریزدانه تأیید کرد. بهترین خواص کششی در نمونه حاوی 04/0 درصد وزنی نیوبیم دربرگیرنده استحکام تسلیم mpa 793 و ازدیاد طول یکنواخت 8/14% و در نمونه حاوی 12/0 درصد وزنی نیوبیم شامل استحکام تسلیم mpa 877 و ازدیاد طول یکنواخت 7/10% به دست آمد.
