بررسي ريزساختار و خواص مکانيکي فولاد کربني فراور شده به روش تغيير شکل دو مرحلها اکستروژن و فشار در کانالها همسان متقاطع (Extrusion-ECAP)
مهدي شبان غازانی1*، اکبر وجد2 و بشیر مصدق2
2
چکيده
در بین روشهاي گوناگون استحکام دهی فلزات، ریز کردن دانه ها به عنوان روشی موثر و کم هزینه پذیرفته شده است. امروزه با استفاده از روشهاي ترمومکانیکی پیشرفته میتوان اندازه دانههاي فریت را حتی تا کمتر از 1 میکرون نیز ریز کرد. از جمله روشهاي نوین در دهه اخیر، در مورد ریز کردن ساختار فلزات استفاده از تغییر شکل پلاستیک شدید است. بر این اساس، در این پژوهش، تاثیر تغییر شکل پلاستیک شدید از راه روش اکستروژن و فشار در کانالهاي همسان متقاطع در محدوده کار سرد فریت بر مقدار ریز شدن فریت و امکان ایجاد ساختار فرا ریزدانه و نانوساختار در یک نوع فولاد ساده کربنی بررسی شده است. نتایج نشان دادند که روش تلفیقی اکستروژن و فشار در کانالهاي همسان متقاطع روشی موثر در فرآوري فولاد کربنی نانوساختار است به گونه اي که با این روش فولاد نانوساختار با اندازه کریستالیت هایی در حد 125 نانومتر و با استحکام تسلیم سه برابر فولاد درشت دانه اولیه فراوري شد.

واژه ها کليد : فولاد بالک نانوساختار، تغییر شکل پلاستیک شدید، پراش پرتو ایکس.

– دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ایلخچی، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، ایلخچی، ایران.
-دانشگاه فنی و حرفه اي، آموزشکده شماره 2 تبریز، ایران.
*- نویسنده مسئول مقاله: [email protected]
پيشگفتار
ریزدانه کردن یکی از روشهاي استحکام دهی مواد است که به ki,‘ همزمان باعث بهبود چقرمگی شکست ماده نیز می شود. روشهاي ریزدانه کردن مواد در حالت کلی به دو گروه فرایندهاي ترمومکانیکی و اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید تقسیمبندي میشوند[1 -3]. تاکنون روشهاي ترمومکانیکی گوناگونی در این زمینه مورد پژوهش قرار گرفته و پیشنهاد شده است که با برخی از این روشها که در مقیاس صنعتی در تولید ورقهاي فولادي ریزدانه بکار میروند، می توان دانه هاي فریت را در ساختار نهایی بیشینه تا 5-3 میکرون ریز کرد [4]. امروزه با کاربرد روشهاي ترمومکانیکی پیشرفته می توان اندازه دانه هاي فریت را حتی تا زیر 1 میکرون نیز ریز کرد [5و6]. از جمله روشهاي نوین در دهه اخیر در مورد ریز کردن ساختار فلزات، استفاده از تغییر شکل پلاستیک شدید است [7و8]. فراوري مواد فلزي فوق العاده ریزدانه
با دانه بندي کمتر از یک میکرون (nm<DGrain<1000 nm100) و نانو ساختار
(DSubgrain<100 nm) و همچنین، مواد با دانه بندي در حد نانو (DGrain<100 nm) از راه این روشها گزارش شده است [9 -11]. در مورد فولادها با اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید از راه فرایند فشار در کانالهاي همسان متقاطع در دماي فراوري بالا ساختار فرا ریزدانه با اندازه دانه هاي 200-300 نانومتر فراوري شده است. همچنین، با استفاده از روش پیچش تحت فشار اندازه دانه ها تا 10 نانومتر نیز کاهش داده شده است [12]. نتایج پژوهشهاي اخیر نشان داده است که با تلفیق روشهاي تغییر شکل معمول با روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید میتوان کارایی این روشها در فراوري مواد نانوساختار را بهبود بخشید [13]. یکی از این روشها اکستروژن- فشار در کانالهاي همسان متقاطع می باشد که بتازگی در متراکم سازي پودرهاي آلومینیم بکار برده شده است [14] با این حال، داده هاي محدودي در مورد کاربرد این روش در فراوري فولادهاي نانوساختار وجود دارد. بر این اساس در این پژوهش، تاثیر تغییر شکل پلاستیک شدید از راه روش تلفیقی اکستروژن و فشار در کانالهاي همسان متقاطع در محدوده کار سرد فریت بر مقدار ریز شدن فریت و امکان ایجاد ساختار فرا ریزدانه و نانو در یک نوع فولاد ساده کربنی بررسی شده است.

مواد و روش پژوهش
فولاد بکار رفته در این پژوهش یک نوع فولاد ساده کربنی است که ترکیب شیمیایی و دماهاي بحرانی آن در جدول 1 نشان داده شده است. این فولاد در مقیاس آزمایشگاهی در کوره القایی و در اتمسفر آرگون تولید شد.
پس از مرحله ریخته گري، شمش تولیدي در یک مرحله 1ESR قرار گرفت. در این مرحله بسیاري از عیوب ریخته گري مانند آخالها، تخلخلها، جدایش ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک و عناصر نامطلوب مانند گوگرد حذف میشوند. در مرحله بعد، شمش بدست آمده از مرحله ESR در 8 مرحله نورد گرم در محدوده دمایی
1200 -100 درجه سانتی گراد قرار گرفت. با انجام عملیات نورد گرم تسمه هاي فلزي به ضخامت mm25 بدست آمد. هدف از انجام نورد گرم ایجاد ساختار یکنواخت از نظر ترکیب شیمیایی و دانه بندي می باشد.
در شکل 1 ساختار فولاد مورد نظر پس از ریخته گري و همچنین، نورد گرم نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده می شود، پس از عملیات نورد گرم ساختار شامل 95% فریت با میانگین اندازه دانه µm 32 و بقیه پرلیت می باشد. از ورق نورد شده نمونه هاي استوانه اي شکل به قطر mm 14 و طول mm 40 به وسیله وایرکات بدست آمد به گونه اي که طول نمونه ها در جهت نورد ورق قرار گرفت. تغییر شکل پلاستیک شدید روي نمونههاي استوانهاي با سرعت حرکت سنبه mm/s 20 اعمال شد.
شماتیکی از قالب بکار رفته در این پژوهش در شکل 2 نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده می شود، با یک بار پرس نمونه در داخل کانال این قالب، تغییر شکل پلاستیک در طی دو مرحله متوالی اعمال می شود. در مرحله نخست در اثر اکستروژن، قطر نمونه ها از mm 14 به mm 7 کاهش می یابد. بنابراین، در این مرحله از تغییر شکل، کرنش معادل 38/1 بر روي نمونه ها اعمال میشود.

1- Electro slag remelting

فلز اکسترود شده پس از سیلان از بخش افقی کانال ،در محل تقاطع کانالها تحت تغییر شکل برشی شدید قرار می گیرد. مقدار کرنش معادل اعمالی در این مرحله از تغییر شکل از رابطه زیر بدست می آید [15]:
1 Φ ψΦ ψ(1)
ε  3 2cot  2  2 Φcosec 2  2 
جدول۱ – ترکيب شيميايي و دماها بحراني فولاد مورد استفاده در پژوهش.
ترکیب شیمیایی (درصد وزنی) دماهاي بحرانی (˚C )
C Si Mn S P Al N Ae3 Ar3 Ar1
0/033 0/12 0/8 0/008 0/007 0/024 0/0038 880 835 745

50
µm

شده

گري

ریخته

شده

نورد

50



قیمت: تومان


پاسخ دهید