Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad,Ali Shafyei
محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما) علی شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Shabani
علی شعبانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of the behavior of the FeCrCuMnNi high entropy alloy during deformation and annealing
A FeCrCuMnNi high entropy alloy was produced using vacuum induction melting, starting from high purity raw materials. The microstructure, texture and mechanical properties of the cold-rolled and annealed samples were investigated. XRD results revealed the existence of two FCC phases and one BCC phase. Microstructural evaluation illustrated that the as cast alloy has a typical cast dendritic structure, where dendrite regions (DRs) (BCC) were enriched in Cr and Fe. Interdendrite regions (IDRs) were saturated with Cu and Ni. The produced alloy revealed an excellent compromise in mechanical properties due to the mixture of solid solution phases with different structures: 300 HV hardness, 950 MPa ultimate tensile strength and 14% elongation. No obvious phase transformation was observed during rolling. FCC phases were more deformed as compared to the BCC phase and aligned along the rolling direction. Texture variation and formation of Brass and shear texture components was seen after cold rolling. With increasing thickness reduction, the strength and the hardness increased, where the elongation decreased. It was seen that after annealing, the FCC1 phase which goes through more strain, recrystallized earlier (lower temperature and time). In addition, it was seen that is more effective in recrystallization of this phase comparing to FCC2 phase. Nucleation of FCC2 phase initiated at 800 °C mostly on the grain boundaries and the inhomogeneities, when the FCC1 was almost fully recrystallized. Deformation texture components eliminated slowly by increasing annealing temperature and D and Cube components form as a result of recrystallization. In addition, an excellent combination of strength and elongation was achieved in the partially recrystallized samples comparing to conventional alloys. The strength was affected more after annealing at the temperature higher than 1073 K.
در این پژوهش رفتار آلیاژ انتروپی بالای FeCrCuMnNi پس از ریخته‌گری، تحت فرایند عملیات حرارتی، شکل‌دهی و تبلور‌مجدد استاتیکی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در تحقیق حاضر آلیاژ پنج جزیی FeCrCuMnNi با استفاده از کوره القایی ریخته‌گری شده و خواص ساختاری، ریزساختاری و مکانیکی آن مورد بررسی قرار گرفته است. آلیاژ حاصل دارای سه فاز مجزا با ساختار‌های FCC و BCC بود و به این علت خواص مکانیکی مناسبی حتی در حالت ریختگی از خود نشان داد. استحکام کششی بیش از 900 مگاپاسکال به همراه بیش از 14 درصد ازدیاد طول و هم‌چنین سختی 300 ویکرز نشان‌گر خواص مکانیکی مناسب آلیاژ هستند. در ادامه به منظور دستیابی به فرایند بهینه همگن‌سازی، فرایندهای مختلف عملیات حرارتی روی آلیاژ انجام گرفته و اثرات آن بر خواص مکانیکی و ساختاری آلیاژ به طور کامل بررسی شد. به این منظور آلیاژ در دماهای 500 تا 1000 درجه سانتی‌گراد و در زمان‌های 1 تا 16 ساعت عملیات حرارتی شد. مشاهده شد که افزایش دمای عملیات حرارتی باعث انحلال فاز BCC و افزایش سهم فاز FCC تا نزدیک به 95 درصد می‌شود که نتیجتاً باعث افت استحکام می‌شود. یک فاز سیگما نیز در ساختار آلیاژ در دمای °C800 تشکیل می‌شود که باعث تغییر رفتار آلیاژ و تردی آن می‌شود، با این وجود این فاز در دماهای بالاتر در ساختار آلیاژ حل می‌شود. نتایج به‌دست آمده نشان ‌داد که ساختار ریختگی آلیاژ در دمای °C1000 دچار تحول شده و از حالت دندریتی خارج می‌شود، لذا این دما جهت همگن‌سازی آلیاژ انتخاب شد. سپس نمونه‌های همگن‌سازی شده تا کاهش ضخامت‌های 25 تا 85 درصد نورد سرد شدند و تغییرات خواص مکانیکی و ریزساختاری آلیاژ در حین تغییر‌شکل مورد بررسی قرار گرفت. در حین تغییر شکل نرم‌ترین فاز بیشترین تغییر شکل را از خود نشان داد و بیشترین افزایش در چگالی نابجایی‌ها در این فاز رخ داد. همچنین مشاهده شد که با افزایش سهم مرزدانه‌ها و نابجایی‌ها در ساختار به‌واسطه افزایش کرنش، استحکام و سختی آلیاژ افزایش می‌یابد و هم‌چنین با توجه به انرژی نقص چینش پایین آلیاژ، بافت قوی از مولفه‌های برنج، گوس چرخیده و مولفه‌های برشی در آلیاژ تشکیل شد. در انتها نیز رفتار آلیاژ طی عملیات آنیل بازگشتی و تبلور‌مجدد استاتیکی در حین فرایندهای متفاوتی از نورد سرد و هم‌چنین دمای آنیل، زمان آنیل و مقدار کرنش بررسی شد. برای این منظور دماهای آنیل 600 تا 1000 درجه سانتی‌گراد، زمان‌های 5 تا 120 دقیقه و کاهش ضخامت‌های 25، 45، 65 و 85 درصد انتخاب شدند. نتایج نشان داد که آلیاژ نسبت به تبلور مجدد مقاومت نشان می‌دهد و به علت خواص ویژه خود در دمای بالاتری نسبت به آلیاژهای معمولی تبلور مجدد در آن شروع می‌شود. با توجه به نتایج، دمای تبلورمجدد آلیاژ تحت کاهش ضخامت 85 درصد حدود°C 850 تخمین زده شد. و انرژی اکتیواسیون حدود kj/mol 200 بدست آمد. همچنین مشاهده شد که پارامتر دما پارامتر بسیار مهمی در تبلورمجدد آلیاژ است. به‌نحوی که تفاوت دمایی 100 درجه اثر بسیار بیشتری از زمان‌های طولانی دارد. نکته قابل توجه دیگر رشد بسیار کند دانه پس از تبلور مجدد آلیاژ بود که به علت سیستم انتروپی بالا و چند فازی بودن آلیاژ شدت بیشتری داشت. بررسی‌ها بافت نشان داد که رفتار آلیاژ به مانند آلیاژهای با انرژی نقص چینش کم تا متوسط است و با از بین رفتن مولفه‌های تغییر شکل بافت مکعبی و دیلامور در ماده غالب می‌شود. هرچند شدت مولفه‌های تبلور مجدد به علت سیستم آلیاژی و سرعت نفود پایین زیاد نبود. همچنین قابل ذکر است که آلیاژ پس از آنیل در دماهای پایین استحکام خود را به خوبی حفظ کرد با وجود این‌که افزایش در انعطاف پذیری در مشاهده شد. تفاوت دمای تبلور مجدد در دو فاز اصلی آلیاژ و تشکیل ساختار دوگانه و تبلور مجدد شده جزیی علت اصلی این موضوع بود. البته آنیل در دماهای بالاتر باعث افت استحکام و افزایش قابل توجه در انعطاف پذیری آلیاژ شد. فاز FCC1 که در دمایی حدود °C 200 کمتر از فاز FCC2 تبلور مجدد شد از نظر زمانی نیز در کمتر از 5 دقیقه در دمای °C 900 به طور کامل متبلور شده و باعث افت استحکام در زمان‌های کم آنیل شد. حداقل کار سرد 25 درصد برای تبلور مجدد فاز FCC1 در دمای °C 900 و زمان یک ساعت کافی بود در حالی‌که این مقدار برای فاز FCC2 بیش از 45 درصد است. ریز شدن ساختار، افزایش هم‌زمان استحکام ئ انعطاف‌پذیری از جمله مواردی است که با افزایش کرنش اولیه رخ می‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی