تأثیر نورد سرد و آنیل بر ریزساختار و خواص کششی سوپر آلیاژ Hastelloy X- مقاله

تأثیر نورد سرد و آنیل

چکیده

هدف از این پژوهش حاضر، بررسی اثر میزان نورد سرد به همراه آنیل میانی و آنیل نهایی. بر ریزساختار و خواص کششی سوپر آلیاژ Hastelloy X است. بدین منظور تسمه نورد گرم و آنیل که انحلالی است این آلیاژ به ضخامت 10 میلی متر. تحت سه مرحله نورد سرد (در هر محله 50 درصد) همراه با آنیل میانی در دمای 1175 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت قرار گرفت.

تا اینکه ضخامت آن به 1.25 میلی متر رسید. سپس نمونه های مهیا جهت آزمون کشش در محدوده ی دمایی 660-860 درجه سانتی گراد. تحت عملیات آنیل در محدوده دمایی 1100-1200 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت قرار گرفتند. خواص کششی دمای محیط و دمای بالا همراه با زیرساختار تسمه ها مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج بررسی ریزساختار نمونه آنیل که انحلالی است در دمای 1175 درجه سانتی گراد. به مدت یک ساعت نشان داد که فاز زمینه آستنیت و ذرات موجود کاربید M₆C غنی از مولیبدن می باشند.

نتایج آزمون کشش گرم نمونه های آنیلی، در دمای 1100، 1150 و 1200 درجه سانتیگراد نشان داد. که حداقل داکتیلیته در دمای 860،760 درجه سانتی گراد حاصل گردید. همچنین مشخص شد که استحکام تسلیم درسوپرآلیاژ Hastelloy برای محدوده ی دمایی 660 – 860 درجه سانتی گراد مستقل از دما است. که دلیل آن می تواند رسب کاربیدهای M₆C غنی از مولیبدن باشد.

مقدمه

آلیاژ Hastelloy X از جمله سوپرآلیاژهای پایه نیکل دارای استحکام یافتگی با مکانیزم محلول جامد می باشد. که توسط کارسرد و رسوب کاربیدها نیز استحکام دهی می شود. به دلیل دارا بودن ترکیب استثنائی از استحکام دما بالا، شکل پذیری عالی. قابلیت ساخت آسان، عملیات حرارتی پذیری و مقاومت مناسب در برابر اکسیداسیون تا دمای 1200 درجه سانتی گراد. کاربردها بسیاری در محفظه احتراق موتور توربین های گازی و صنایع شیمیایی دارد. در ساختار آن فازهای کاربیدی M6C,M33C6، فازهای TCP مانند σ و μ هم وجود دارند.

که در حین فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی با مورفولوژی مشخص تشکیل می شوند. استفاده از تغییر شکل سرد جهت تولید مقاطع نازک مانند ورق، صفحه و تسمه حائز اهمیت می باشد. کارسرد علاوه بر تأثیر مستقیمی که روی استحکام، سختی و چکش خواری دارد. با اثرگذاری بر عملیات آنیل انحلالی نهایتاً بر خواص مکانیکی اثر می گذارد.

نتایج بررسی محققین بر فتار تبلور مجدد دینامیکی سوپر آلیاژ Hastelloy X. با استفاده از آزمون کشش گرم در محدوده ی گسترده ای از دما و نرخ کرنش نشان داد. که یک رابطه خطی میان ضریب حساسیت به سرعت کرنش در دما وجود دارد. از مقادیر بدست آمده پارامتر زنر-هولمان محاسبه شد که براساس محدوده کارگرم این آلیاژ بین دمای 1000-1150 تعیین گردید. همچنین مطالعات محققان نمایان و مشخص است. که این آلیاژ مانند چندین سوپرآلیاژ پایه نیکل و فولادها رفتار تسلیم پیچیده ای را در محدوده ی دمایی میانی از خود نشان داده است.

چنین رفتار به پیرکرنشی دینامیکی نسبت داده شده است. اما با بررسی بیشتر دیگر محققان با استفاده از بررسی اثرژی فعال سازی، نشان دادند. که رفتار تسلیم پیچیده ناشی از مهاجرت عنصر مولیبدن در زمینه نیکل می باشد. به طوری که این نمود منجر به رفتار سیلان دندانه ای در منحنی های آزمون کشش می گردد.

از جمله عوامل تأثیرگذار روی پایداری فازها اعمال کارسرد قبل از عملیات حرارتی است. انجام کارسرد روی فلزات و سوپرآلیاژها باعث افزایش استحکام و سختی و کاهش انعطاف پذیری و یا تغییر شکل آنها می شود. افزایش چگالی عیوب و کنترل مناسب دما و زمان در حین عملیات حرارتی، نقش تعیین کننده ای بر مکانیزم و سینتیک انجام تحولات دارد. و در نتیجه خواص و ریزساختار آلیاژ را تحت تأثیر قرار می دهند.

هنگامی این نقش برجسته تر می شود. که مشخص شود استحاله فازها به یکدیگر به چگالی نابجایی ها بستگی دارد. برای سوپرآلیاژ Hastelloy X، عملیات حرارتی متعاقب کارسرد می تواند از تشکیل کاربیدها با مورفولوژی مضر. (صفحه ای و تیغه ای شکل) در دماهای سرویس دهی جلوگیری نماید. و خواص خستگی را بهبود بخشد و بدین ترتیب اهمیت کارسرد اولیه بر ریزساختار کاملاً مشخص است. همچنین استحکام سوپرآلیاژ Hastelloy X اغلب با کارسرد افزایش می یابد. و عموماً این آلیاژ در شرایط عملیات که آنیل انحلالی است استفاده می شود.

با توجه به این که ریزساختار ماده کنترل کننده خواص مکانیکی نهایی آن می باشد. و همچنین این نکته که تبلور مجدد نق اصلی را در کنترل تحولات ریزساختاری دارد. بررسی اثر دمای آنیل متعاقب نورد سرد بر ریزساختار و خواص کششی ضروری است. اگرچه پیشرفت های قابل توجهی در سالهای اخیر برای درک رفتار مکانیکی سوپرآلیاژ Hastelloy X حاصل گردید.

تأثیر نورد سرد و آنیل

اما منابع اندکی برای مطالعه اثر نورد سرد و عملیات حرارتی تسمه تولیدی بر ریزساختار و خواص کششی این آلیاژ منتشر گردید. لذا هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر نورد سرد به همراه آنیل میانی و آنیل نهایی بر ریزساختار. و خواص کششی سرد و گرم آلیاژ Hastelloy X است.

مواد و روش انجام تحقیق

در این پژوهش از سوپرآلیاژ Hastelloy X با ترکیب شیمیایی مندرج در جدول 1 بکارگیری شد. به طوری که ملاحظه می شود درصد عناصر آلیاژ مورد استفاده با ترکیب شیمیایی استاندارد آلیاژ مذکور کاملاً مطابقت دارد.

ذوب اولیه این آلیاژ در کوره ذوب القایی تحت خلاً صورت می پذیرد و ذوب مجدد و تصفیه آن تحت سرباره انجام می شود. سپس شمش تحت عملیات همگن سازی و نورد گرم قرار گرفت. در ادامه عملیات حرارتی آنیل انحلالی بر اساس مراجع در دمای 1175 درجه سانتی گراد به مدت زمان یک ساعت انجام شد. و سپس در آب سرد شد.

پس از این مرحله، تسمه ی که مورد عملیات حرارتی قرار می گیرد. با ضخامت 10 میلی متر تحت عملیات نورد سرد در طی سه مرحله. با کاهش ضخامت 50 درصد در هر مرحله همراه با آنیل میانی در دمای 1175 درجه سانتی گراد به مدت نیم ساعت، قرار گرفت. پس از دستیابی به ورق با ضخامت نهایی 1.25 میلی متر، نمونه های مهیا جهت آزمون کشش در دماهای مختلف. در دماهای 1100,1150,1200 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت تحت عملیات آنیل قرار گرفتند و سپس در هوا خشک شدند. آزمون کشش در دمای اتاق روی نمونه های با ابعاد نمایان و مشخص در شکل 1- الف مطابق استاندارد ASTM E8 انجام شد.

علاوه بر این آزمون کشش در دماهای 660،760 ,860 درجه سانتیگراد روی نمونه ها نمایان و مشخص است. در شکل 1-ب مطابق استاندارد ASTM E21 با سرعت حرکت فک دو میلی متر بر دقیقه (معادل با نرخ کرنش

^3-10 _^* 3S^-1) انجام گرفت. جهت بررسی خواص کششی نمونه ها در پژوهش حاضر از دستگاه کشش مدل اینسترون 8502 استفاده گردید.

نمونه آنیلی که انحلالی می گردد، نورد سرد و آنیل شده جهت بررسی های ریزساختاری آماده شدند. همچنین مقطع طولی و سطح شکست نمونه ها پس از انجام آزمون کشش در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. و سپس بنابر مرجع توسط محلول واترلس کالینگ (waterless kalling’s) که شامل 5 گرم کلرید مس. 100 میلی لیتر اسید کلریدریک و 100 میلی متر اتانول می باشد. با نگهداری و غوطه وری به مدت 7-3 دقیقه حکاکی شدند. جهت بررسی های ریزساختاری از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد.

نتایج و بحث

بررسی ریزساختار اولیه آلیاژ Hastelloy X در شرایط آنیل انحلالی

در شکل 2 تصویر میکروسکوپ الکترونی از کاربیدها همراه با آنالیز عنصری آن نمایان و مشخص است. چنان که در شکل 2-الف مشاهده می شود. ریزساختار شامل فاز زمینه محلول جامد γ به همراه دوقلویی های آنیلی و کاربیدها می باشد. این کاربیدها به صورت تصادفی در داخل دانه ها و در مرزدانه ها رسوب نموده اند. قطر متوسط دانه ها در حالت آنیل انحلالی برابر با 37/5^_+0 میکرومتر و اندازه متوسط کاربیدها نیز برابر /3_+6/40 درصد محاسبه شد.

شکل (2): (الف): ریزساختار میکروسکوپ الکترونی روبشی سوپرآلیاژ Hastelloy X. بعد از عملیات آنیل انحلالی در دمای 1157 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت و سرد شده در آب. (ب): آنالیز عنصری رسوب کاربید M₆C غنی از MO نشان داده شده با حروف A

در شکل 2-ب آنالیز عنصری عناصر موجود در یکی از ذرات را در نقطه ای که با حرف A مشخص است. به طور تقریبی نشان می دهد. وجود عناصر C,Fe,Cr,Ni و به خصوص مقدار Mo زیاد، می تواند گواه بر وجود رسوباتی با ترکیب نزدیک به کاربید M₆C باشد. چنانچه مشاهده می شود. رسوبات در داخل دانه ها و روی مرزدانه ها توزیع شده اند.

تأثیر نورد سرد و آنیل

که مورفولوژیی این رسوبات را می توان به صورت بلوکی یا در بعضی موارد کروی فرض کرد. اندازه نحوه ی توزیع کاربیدها در زمینه روی استحکام تأثیر مستقیم دارند. به طوری که کاربیدها مانع حرکت نابجایی ها می شوند و در نتیجه باعث افزایش استحکام می می گردند. از آنجایی که مهاجرت مرزدانه همراه با لغزش مرزدانه است. حضور ذرات کاربید M₆C در مرزدانه منجر به کاهش نرخ لغزش میشود و نرخ رشد دانه را کاهش می دهد. در نتیجه مانع رشد دانه ها و منجر به اندازه دانه ی کمتر می شود.

به منظور بررسی دقیق تر تغییرات در زمینه و کاربیدهای M₆C موجود در زمینه و مرزدانه ها. آنالیز خطی رسوبات در نمونه آنیل انحلالی بررسی گردید که نتایج آن در شکل 3 نمایان و مشخص است.

همانطور که مشاهده می شود. در نواحی مربوط به رسوبات، عناصر آلیاژی C,Mo که عناصر اصلی تشکیل دهنده فاز M₆C هستند. افزایش می یابند.البته عناصر Fe,Cr,Ni نیز در این رسوبات وجود دارند. که مقدار آنها ناچیز است. در نتیجه می توان بیان کرد که این کاربیدها، فاز M₆C غنی از مولیبدن می باشند. دیگر محققان نیز در شرایط مذکور کاربیدهای M₆C غنی از مولیبدن را در ریزساختار این آلیاژ مشاهده کرده اند. کلارک و تیتوس در مورد آلیاژ Hastelloy X دریافتند که M₆C در این آلیاژ دارای محدوده گسترده ای از ترکیب شیمیایی می باشد.

که این محدوده تقریباً از M₃C تا تقریباً M₁₃C می باشد. چنان که بیان شد، این آلیاژ در شرایط آنیل انحلالی شده دارای زمینه آستنیتی همراه با رسوب پراکنده کاربید M₆C است. که این کاربیدها، کاربیدهای M₆C اولیه نامیده می شوند. و تا دمای 1232 درجه سانتیگراد حل نمی شوند. انحلال کاربیدهای اولیه M₆C در سوپرآلیاژ Hastelloy X از دمای 1232 درجه سانتی گراد شروع می گردد. و تا دمای 1255 درجه سانتی گراد تجزیه آنها کامل می شود.

تأثیر نورد سرد و آنیل

بطوری که در این دما همه ی کاربیدها در زمینه حل می شوند. و ذوب موضعی در آلیاژ آغاز می گردد. البته کاربید دیگری به نام کاربید M₂₃C₆ در این آلیاژ نیز وجود دارد. که غنی از عنصر Cr است. مطابق با نمودار دما-زمان-دگرگونی مورد ارائه در مرجع، بررسی های ریزساختاری، آنالیز عنصری و خطی رسوبات نشان داد. که رسوبات کاربید M₂₃C₆ در این شرایط دما و زمانی وجود ندارد.

اثر دمای آنیل پس از نورد سرد بر ریزساختار

نمونه های با ضخامت 1.25 میلی متر در دماهای 1200,1150,1100 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت تحت عملیات آنیل قرار گرفتند. با توجه به این که آزمون های کشش در پژوهش حاضر روی این نمونه ها انجام گردید. لذا شناخت مشخصه های ریزساختاری در شرایط مختلف آنیل ضروری است. در شکل 4 ریزساختار نوری نمونه هایی که آنیل می شوند در دماهای مختلف نمایان و مشخص است. رسوبات کاربید در هر نمونه هم در درون دانه ها و هم در مرزدانه ها به صورت ذرات کروی قابل مشاهده است.

تأثیر نورد سرد و آنیل

کنترل اندازه دانه باعث بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی ماده می شود. از یک سو اندازه دانه ریز باعث افزایش استحکام و از سوی دیگر. دانه های بزرگ داکتیلیته لازم جهت جلوگیری از گسیختگی در حین کاربرد را فراهم می سازد. بنابراین توزیع مناسب اندازه دانه روشی برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر برای کاربرد خاص قطعات می باشد.

براساس شکل 5-الف به نظر می رسد که در اثر عملیات حرارتی بعد از کارسرد. به دلیل تشکیل جوانه های تبلور مجدد، ساختار که ریزدانه می شود. و اندازه ی دانه افت پیدا می کند و در دمای 1150 درجه سانتیگراد تبلور مجدد کامل می شود. با افزایش دمای آنیل، اندازه دانه با شیب نسبتاً ثابتی افزایش می یابد و ساختار به سمت رشد دانه پیش روی می نماید. به طوری که میانگین اندازه دانه از 35 میکرومتر برای نمونه آنیل شده. در دمای 1150 درجه سانتی گراد، به 63 میکرومتر برای نمونه ی آنیل در دمای 1200 درجه سانتیگراد می رسد.

با توجه به اینکه کسر حجمی کاربیدها بر خواص کششی مؤثر است. در شکل 5-ب نمودار کسر حجمی کاربیدها بر اساس دمای آنیل نمایان است . چنان که در این نمودار مشاهده می شود. کسر حجمی کاربیدها با افزایش دمای آنیل کاهش می یابد. به طوری که کسر حجمی کاربیدها برای نمونه ی که آنیل است در دمای 1125 درجه سانتیگراد برابر با 9 درصد. و با افزایش دمای آنیل تا 1200 درجه سانتیگراد به 4.5 درصد کاهش می یابد. دیگر محققان نیز گزارش کردند که قرار گرفتن آلیاژ Hastelloy X. در محدوده ی دمایی 565-982 درجه سانتیگراد منجر به رسوب کاربیدهای M₆C و M₂₃C₆ شده. که در مرزدانه ها متمرکز می شوند. و به ندرت در زمینه رسوب می نمایند.

شکل (5): تغییرات (الف): اندازه دانه و (ب): کسر حجمی کاربیدها با دمای آنیل به مدت یک ساعت

قرار گیری آلیاژ در بالای دمای 982 درجه سانتیگراد منجر به انباشتگی کاربیدهای مرزدانه ای و افزایش انحلال کاربیدها در زمینه میشود. تا اینکه در دمای 1150 درجه سانتی گراد اغلب کاربیدهای ثانویه M₆C و M₂₃C₆ انحلال می یابند. انحلال کاربیدهای M₆C اولیه در آلیاژ Hastelloy X از دمای 1232 شروع می شود. و تا دمای 1255 درجه سانتی گراد تجزیه آنها کامل می شود. به طوری که در این دما همه ی کاربیدها در زمینه حل می شوند. و ذوب موضعی آغاز می گردد. بنابراین به نظر می رسد. که برای این آلیاژ کسر حجمی کاربیدها به دلیل حل شدگی کاربیدهای M₆C ثانویه در زمینه کاهش می یابد. میانگین اندازه رسوب ها برای دماهای آنیل مختلف بسیار به یکدیگر نزدیک بود و اندازه رسوب ها 2-6 میکرومتر محاسبه شد.

بررسی اثر دمای آزمون بر خواص کششی

نتایج آزمون کشش برای نمونه های که آنیل می گردند در دمای 1150 و 1200 درجه سانتیگراد در شکل 6 نمایان و مشخص است. رفتار کلی خواص کششی این نمونه ها مشابه یکدیگر است. چنان که مشاهده می شود. بارزترین تفاوت میان آنها انتقال دره ی داکتیلیته از دمای 660 به دمای 760 درجه سانتیگراد با افزایش دمای آنیل است. مشابه با دیگر سوپرآلیاژها، استحکام تسلیم سوپرآلیاژ Hastelloy X ابتدا تا دمای 660 درجه سانتیگراد به طور مداوم کاهش می یابد. سپس از دمای 660 تا 860 درجه سانتیگراد در حدود 180Mpa ثابت مانده است.

تأثیر نورد سرد و آنیل

در نتیجه به نظر می رسد که استحکام تسلیم در این نمونه برای محدوده ی دمایی مورد ذکر مستقل از دما است. چنین رفتاری در مورد تغییرات استحکام تسلیم سوپرآلیاژ Hastelloy در محدوده ی دمایی بین 500-900 درجه سانتیگراد در مراجع گزارش گردید.

شکل (6): خواص کششی سوپرآلیاژ Hastelloy X (الف): آنیل شده در دمای 1150 درجه سانتی گراد. و (ب): آنیل شده در دمای 1200 درجه سانتیگراد، پس از آزمون کشش در دماهای مختلف

رفتار غیر معمول استحکام تسلیم سوپرآلیاژ Hastelloy X. در محدوده ی دمایی 660 تا 860 درجه سانتیگراد به تغییرات ریزساختاری و مکانیزم های تغییرشکل مختلف نسبت داده شده است. علت اصلی چنین رفتاری برای استحکام تسلیم تشکیل کاربیدها ناشی از دمای بالا بیان گردید. محققان گزارش کردند که اتم کربن روی نابجایی ها، نقص های چیدن و مرزدانه ها جدایش می یابد. برای مثال در مورد سوپرآلیاژ نیکل-کروم-تنگستن جوانه زنی. و رشد کاربیدهای M₂₃C₆ به وسیله کربن دچار جدایش در مرزدانه ها رخ می دهد.

تأثیر نورد سرد و آنیل

هنگامی که کاربیدهای M₂₃C₆ در مرزدانه ها رسوب نماید، استحکام مرزدانه را تحت تأثیر قرار می دهد. تغییرات پیچیده خواص کششی دما بالای سوپرآلیاژهای حاوی کاربید. توسط مورفولوژی، کسر حجمی و توزیع کاربیدها مشخص می شود. بنابراین به نظر می رسد که جوانه زنی و سپس رشد کاربیدهای M₆C به وسیله کربن دچار جدایش. در مرزدانه ها در سوپرآلیاژ Hastelloy X نیز اتفاق می افتد.

در شکل های 7-ب و 8 برخی از کاربیدهای M₆C نمایان و مشخص است. رسوب کاربیدهای M₆C در مرزدانه استحکام آن را تحت تأثیر قرار می دهد. مشخص است که استحکام مرزدانه اثر مهمی بر خواص مکانیکی آلیاژ دارد. به نظر می رسد که در دمای بیشتر از 660 درجه سانتیگراد لغزش مرزدانه ای توسط کاربیدهای M₆C مجزا محدود می شود. در نتیجه جوانه زنی و رشد حفرات کاهش می یابد. می توان بیان نمود که علت اصلی ثابت ماندن استحکام تسلیم در محدوده ی دمایی 660 تا 860 درجه سانتی گراد. رسوب کاربیدهای M₆C کروی و مجزا در حین آزمون کشش گرم است.

علاوه بر این مشاهدات محققان با میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان دادند. که دلیل دیگر ثابت ماندن استحکام تسلیم برای سوپرآلیاژ پایه نیکل – کروم-تنگستن در دمای بیشتر از 660 درجه سانتیگراد این است. که در دمای پایین بخشی از نابجایی ها در چند باند لغزش محدوده شده اند. و بقیه ی آنها به صورت نا منظم در زمینه توزیع شدند. با افزایش دما تا 660 درجه سانتی گراد، باندهای لغزش ناپدید می شود و توزیع همگنی از ساختار نابجایی ها تشکیل می شود.

بنابراین استحکام تسلیم کاهش می یابد. با افزایش دمای باندهای لغزش متعددی ایجاد می شود. لغزش متقاطع فعال می گردد. و چگالی بالای نابجایی ها در زمینه تشکیل می شود. اکثر نابجایی ها در باندهای لغزش متمرکز می شوند. در نتیجه با توجه به شکل 6 می توان بیان نمود که برای سوپرآلیاژ Hastelloy X. استحکام کششی نهایی نسبت به استحکام تسلیم بیشتر به اندازه دانه وابستگی دارد.

چنانکه در شکل 6 مشاهده می شود، درصد کاهش سطح مقطع با افزایش دما به طور قابل توجهی تغییر کرده است. ابتدا از دمای محیط تا دمای 660 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، بطوری که در دمای 660 درجه سانتیگراد حداقل داکتیلیته نمایان شد. سپس با افزایش دما تا 860 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی افزایش می یابد. گزارش گردید که آلیاژ Hastelloy X در دمای حدود 660 درجه سانتیگراد دارای دره داکتیلیته می باشد. در دماهای نزدیک به دره داکتیلیته، تغییر شکل به وسیله لغزش مرزدانه ای رخ میدهد. و حفرات مرزدانه ای متشکل در نقاط سه گانه سریعاً رشد می نماید و باعث افت شدید در داکتیلیته می گردند.

در شکل 7 تصاویر ریزساختار مقطع طولی نمونه های کشش در شرایط مختلف آنیل در نزدیکی منطقه ی شکست نمایان و مشخص است. محققان گزارش کرده اند که تشکیل ترک های گوه ای و مرزدانه ای از دلایل اصلی افت داکتیلیته است. ترک های گوه ای اغلب در نقاط سه گانه تشکیل می شوند. چنانکه در شکل 7-الف مشاهده می شود. این ترک ها برای نمونه ای که در دمای 760 درجه سانتی گراد تحت آزمون کشش قرار می گیرد کاملاً مشخص است. و تعداد آنها نسبت به نمونه ی دیگر بیشتر است.

علاوه بر این ترک سطحی بزرگی نیز در بررسی های ریزساختاری این نمونه مشاهده شد. کاهش قابل توجه در درصد کاهش سطح مقطع در دمای 760 درجه سانتی گراد که در شکل 6-ب مشاهده شد. با حضور ترک های مرزدانه ای و گوه ای شکل مطابقت دارد. به طوری که منجر به تسریع انتشار ترک و در نتیجه داکتیلیته کمتر می شود. برای نمونه ای که در دمای 860 درجه سانتی گراد تحت کشش قرار می گیرد تعداد کمتری از ترک ها گوه ای. حفرات مرزدانه ای و درون دانه ای نسبت به نمونه ای که در دمای 760 درجه سانتی گراد. تحت آزمون کشش قرار گرفته مشاهده شده است.

دلیل دیگری که می توان برای افزایش داکتیلیته نمونه ای که در دمای 860 درجه سانتی گراد تحت کشش قرار دارد. بیان نمود تشکیل کاربیدهای مرزدانه ای نازک و زیپ شکل (Zippe-like) است. که ایده آل ترین مورفولوژی برای کاربیدهای مرزدانه ای است. تشکیل این نوع کاربیدها پس از آزمون کشش گرم در دمای 860 درجه سانتی گراد در شکل 7-ب و د نمایان و مشخص است. کاربیدهای زیپ شکل چنان که در شکل 7-ج نمایان است. در مرزدانه های نمونه پس از آزمون کشش گرم در دمای 760 درجه سانتی گراد مشاهده نشده است.

گزارش شد که کاربیدهای مرزدانه ای نازک و زیپ شکل مانع لغزش مرزدانه ها در دمای بالا و کاهش تشکیل حفرات می شوند. چنان که مشاهده می شود. با دور شدن از منقطه ی نوک شکست تعداد ترک های مرزدانه ای و درون دانه ای کاهش یافته است. علاوه بر این کشیدگی دانه ها که در راستای محور اعمال نیرو در منطقه ی نوک شکست مشاهده شد. با دوری از این منطقه در هر دو نمونه کاهش می یابد. ریزساختار سطح جانبی نمونه ی آنیلی در دمای 1150 درجه سانتی گراد. پس از آزمون کشش گرم در دمای 860 درجه سانتی گراد در شکل 8 نمایان و مشخص است.

تأثیر نورد سرد و آنیل

تصویر با استفاده از طیف مربوط لبه الکترون های بازگشتی. که در آن فازهای حاوی عناصر سنگین، روشن تر و فازهای حاوی عناصر سبک تر تیره تر را می توان دید. و برای کنتراست توزیع فازی مناسب است، تهیه شد. در تصویر حاصل تغییر قابل مشاهده ای در رنگ رسوب ها مشاهده نشد. برای تعیین نوع کاربید از رسوب های موجود در ساختار آنالیز عنصری تهیه شد. کشیده شدن دانه ها به علت تنش وارده در حین آزمون کشش گرم در این تصویر به وضوح مشاهده می شود.

که خود این عامل می تواند علت افزایش داکتیلیته باشد. مکانیزم مربوط به شکست داخل دانه ای در شرایط حضور ذرات ثانویه در داخل دانه ها در شکل 9 نمایان و مشخص است. شکل 9 نحوه تشکیل ریز حفره ها را نشان می دهد. تشکیل این ریز حفره ها به دلیل تفاوت در مدول برشی ذرات درون دانه ای با زمینه و عدم پیوند مناسب بین آنهاست. که در هنگام اعمال تنش، در اطراف این ذرات حفره هایی در امتداد جهت اعمال تنش تشکیل می شود. این ریزحفره ها به تدریج رشد می کنند و در نهایت با پیوستگی به یکدیگر باعث شکست در داخل دانه ها می شوند.

بررسی اثر دمای آزمون کشش بر ریزساختار و سطوح شکست

در شکل 10 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نمونه های آنیلی در دمای 1200 درجه سانتی گراد. به مدت یک ساعت، پس از آزمون کشش در دماهای مختلف نمایان و مشخص است. همانطور که مشاهده می شود. نمونه ی کشش در دمای محیط دارای سطح شکست کاملاً مرزدانه ای است. شکست مرزدانه ای اغلب در دماهای بالا که مرزدانه استحکام کمتری از دانه دارد رخ می دهد.

تأثیر نورد سرد و آنیل

دلیل وقوع این نوع شکست در دمای محیط می تواند رشد بیش از حد دانه ها. و در نتیجه اندازه دانه زیاد پس از آنیل نمونه در دمای 1200 درجه سانتی گراد باشد. اما برای دمای 660 درجه سانتی گراد حالت شکست کاملاً درون دانه ای می باشد. شکست در اثر به هم پیوستن دیمپل های هم محور رخ داده است. و تعدادی ذرات کاربیدی در داخل حفره ها مشاهده می شود. به طوری که می توان بیان نمود شروع ترک از اطراف کاربیدها می باشد و در نتیجه منجر به شکست نرم نمونه گردید.

در نمونه ای که در دمای 760 درجه سانتی گراد تحت آزمون کشش قرار گرفت، شکست رخ برگی همراه با علاوئم رودخانه ای مشاهده شد. مکانیزم تشکیل این علائم رودخانه ای وابسته به مرزدانه است. مرزدانه به عنوان یک مانع روی توقف ترک اثر می گذارد. ترک با برخورد به مرزدانه کور می شود. و برای جوانه زنی و رشد مجدد نیاز به انرژی زیادی دارد.

تأثیر نورد سرد و آنیل

زیرا باید مسیر خود را تغییر دهد. تا روی صفحه ای مناسب در دانه ی مجاور ادامه حرکت دهد. چرخش و تغییر مسیر نوک ترک در مرزدانه موجب ایجاد علائم رودخانه ای روی صفحه ی شکست کلیواژ می گردد. در نتیجه این نوع حالت شکست منجر به کاهش زیادی در داکتیلیته شده است. به طوری که دره ی داکتیلیته در این دما مشاهده شد.

اما چنان چه در شکل 10-د مشاهده می شود. با افزایش دما تا 860 درجه سانتی گراد سطح شکست شامل حفره های مرزدانه ای و درون دانه ای. که در حین تغییر شکل پلاستیک ایجاد شده می باشد. برخی از این دیمپل ها به یکدیگر مداوم و باعث تشکیل حفره های بزرگتر گردید. علاوه بر این در این دما تعدادی ترک نیز وجود دارند که به نظر می رسد ترک های مرزدانه ای باشند. در نتیجه ترک ها و حفره های درون دانه ای و مرزدانه ای. منجر به ترکیبی از شکست درون دانه ای و مرزدانه ای شده است.

نتیجه گیری

1- بررسی ریزساختار نمونه آنیلی که انحلالی است در دمای 1175 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت نشان داد. که فاز زمینه آستنیت و ذرات موجود کاربید M₆C غنی از مولیبدن می باشند.

2- برای ورق آلیاژ Hastelloy X با ضخامت 1.25mm. ریزساختار نمونه ی آنیلی در دمای 1150 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت به طور کامل تبلور مجدد می یابد. و دارای دانه های هم محور با میانگین اندازه 5/-⁺350 میکرومتر بود. اما با افزایش بیشتر دمای آنیل تا 1200 درجه سانتیگراد رشد بیش از حد در برخی دانه ها رخ می دهد.

تأثیر نورد سرد و آنیل

3-با عنایت به نتایج حاصل از آنالیز عنصری و بررسی های ریزساختاری انجامی با میکروسکوپ الکترونی روبشی. برای نمونه های آزمون کشش گرم در محدوده ی دمایی 660-860 درجه سانتی گراد مشخص شد. که تنها رسوب کاربید M₆C غنی از مولیبدن در این شراط وجود دارد. و رسوبات کاربید M₂₃C₆ مشاهده نشد.

4-بررسی های ریزساختاری نمونه های کشش گرم نشان داد. که جوانه زنی و رشد ترک های مرزدانه ای و گوه ای باعث شکست سریع نمونه های آنیلی. در دماهای 1150 و 1200 درجه سانتی گراد در حین آزمون کشش می گردد.

5- حداقل داکتیلیته حاصل از آزمون کشش گرم برای نمونه های که آنیل می شوند. در دماهای 1200،1150،1100 درجه سانتی گراد به ترتیب در دماهای 860،760،760 درجه سانتی گراد حاصل گردید.

تأثیر نورد سرد و آنیل

حمید فیض آبادی، سید مهدی عباسی، مریم مرکباتی، رشید مهدوی، محمد رضا توکلی

1-کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران

2-دانشیار، مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشترتهران

3-استادیار، مهندسی مواد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشترتهران

4-محقق،مهندسی مواد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشترتهران

5-کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.
صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی). مورد نیاز خویش انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
09122136675 – 02128423820
واتس آپ: 09122136675
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com