Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Hossein Edris,Mohammad Hassan Abbasi
محمدعلي گلعذار (استاد راهنما) حسين ادريس (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Rezvan Sharifirenani
رضوان شريفي رناني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Production of Nickel Free High Nitrogen Stainless Steel from Powder Fabricated by Mechanical Alloying and Evaluation of It’s Properties
During the last years, nano structure Ni- free high nitrogen stainless steels (H) have been extensively investigated due to their excellent properties. Presence of nitrogen in nano structural materials have led to, excellent mechanical properties and high corrosion resistance. Replacement of nickel with nitrogen could eliminate the allergetic effect and make the material suitable as implants, in human body. So far manufacturing these steel have been carried out using different melting methods. Due to limited solubility of nitrogen in liquid phase, researchers have concentrated on solid state methods, like powder metallurgy. The aim of this research work was to synthesis and characterize the properties of nano structureed Ni- free high nitrogen stainless steels of Fe-Cr-Mn-Mo and Fe-Cr-Mn by mechanical alloying under nitrogen atmosphere. In this way, nano structured solid solution H powders (Fe-18Cr-8Mn-4Mo, Fe-18Cr-8Mn-8Mo, Fe-18Cr-8Mn and Fe-18Cr-9Mn) were synthesized and then Fe-Cr-Mn-Mo and Fe-Cr-Mn powders were cold pressed.The cold pressed samples were sintered at 1250°C for 60 minutes and then cooled in a mixture of ice and water. Morphological and structural changes were examined using Scanning Electron Microscopy (SEM). Chemichal composition of products were determined using Elemental Analysis System (EDS) attached to SEM. Nitrogen content was measured using Leco nitrogen analyser. X-Ray Difraction (XRD) was used to determine the phases produced. Hardness and elastic modulus of sintered samples were measured using microhardness and nanoindentation tester. Mechanical alloying results showed that nitrogen solubility in powders (Fe-18Cr-8Mn-4Mo, Fe-18Cr-8Mn-8Mo, Fe-18Cr-8Mn and Fe-18Cr-9Mn) significantly increases by increasesing the milling time as 0.76, 1.1, 0.9 and 0.8 wt%, respectively. Microhardness of powders increased by increasesing the nitrogen solubility. Hardness of bulks was evaluated as 422, 604, 517 and 434 HV, respectively. Also elastic modulus of four solid solution was determined as 272, 390, 344 and 326 GPa, respectively. Density and grain size measurement after cold pressing and sintering showed that the method used to produce H bulk is successful. Wear properties of samples (wear rate, friction coffecient and wear mechanism) were studied using pin on disk machine applying 800 g load. Wear test results showed that, wear resistance is increased and friction coefficient is decresed due to presence of nitrogen in steel. The dominant wear mechanism was also determined to be adhesive. Also cold pressed and sintered samples were characterized by Tafel polarization. Results showed that the current density of Fe-18Cr-8Mn-4Mo sample is lower than other ones. Key Words: High nitrogen stainless steel, Nano structure, Mechanical alloying, Phase transformation, Wear, Nanoindentation, Corrosion.
چکيده در سال‌هاي اخير، فولادهاي زنگ نزن آستنيتي پرنيتروژن نانوساختار عاري از نيکل به دليل ويژگي‌هاي ممتازي که دارند، به طور گسترده‌اي مورد توجه قرار گرفته‌اند. حضور نيتروژن در ساختار نانويي اين مواد، خواص مکانيکي عالي و مقاومت به خوردگي بالايي به آن‌ها بخشيده است. جايگزيني نيکل با نيتروژن موجب عدم آلرژي‌زايي آن‌ها و کاربرد‌هايي چون مواد فلز کاشتني در بدن انسان شده است. تاکنون توليد اين فولادها به روش‌هاي مختلف ذوبي صورت گرفته است، اما به علت محدوديت حلاليت نيتروژن در فاز مذاب، پژوهشگران به روش‌هاي حالت جامد چون متالورژي پودر روي آورده‌اند. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و ارزيابي خواص قطعات فولاد زنگ نزن آستنيتي پرنيتروژن عاري از نيکل، حاصل از پرس سرد و سينتر پودر‌هاي تهيه شده به روش آلياژسازي مکانيکي است. در اين راستا محلول‌هاي جامد نانو ساختارفولادهاي زنگ نزن آستنيتي پرنيتروژن Fe-Cr-Mn و Fe-Cr-Mn-Mo از طريق آسيابکاري مخلوط‌هاي پودري با ترکيب‌هاي Mo4-Mn8-Cr18-Fe، Mo8-Mn8-Cr18-Fe، Mn8-Cr18-Fe و Mn9-Cr18- Feتحت اتمسفر نيتروژن سنتز شدند. پس از آن، پودرهاي نانوساختار فولاد‌هاي پرنيتروژن Fe-Cr-Mn و Fe-Cr-Mn-Mo به وسيله فرايند پرس سرد، سينتر در دماي 1250 درجه سانتي گراد به مدت 60 دقيقه و خنک‌سازي در مخلوط آب و يخ به قطعات متراکمي تبديل شد. تغييرات فازي و مطالعات ريزساختاري و ميزان نيتروژن جذب شده به وسيله آزمون‌هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي SEM)) مجهز به سيستم آناليز عنصري (EDS) و آناليزگر نيتروژن انجام گرفت. سختي و مدول الاستيک نمونه‌هاي زينتر شده نيز توسط ريزسختي سنجي و نانوايندنتيشن تعيين شد. نتايج آلياژسازي مکانيکي نشان داد که با افزايش زمان آسيابکاري، ميزان جذب نيتروژن افزايش يافت و در نمونه‌هاي فوق به ترتيب به مقادير 76/0، 1/1، 9/0 و 8/0 درصد وزني رسيد. با افزايش ميزان نيتروژن ساختار، ريزسختي پودرهاي نانوساختار افزايش يافت. پس از سينتر، سختي نمونه‌ها به ترتيب معادل422، 604، 517 و 434 ويکرز تعيين شد. مدول يانگ اين چهار محلول جامد نيز توسط آزمون نانوايندنتيشن معادل 272، 390، 344 و 326 گيگا پاسکال به دست آمد. اندازه گيري چگالي و محاسبات اندازه دانه آستنيت پس از فرايند پرس سرد وسينتر نشان دهنده موفقيت آميز بودن اين روش در توليد قطعات بالک فولادهاي پرنيتروژن بود. خواص سايشي نمونه‌ها (نظير نرخ سايش، ضريب اصطکاک و مکانيزم سايش) نيز با استفاده از آزمون پين- ديسک در بار 800 گرم بررسي شد. نتايج آزمون سايش حاکي از تاثير قابل ملاحظه نيتروژن در کاهش نرخ سايش نمونه‌هاي بالک توليد شده بود. مکانيزم اصلي حاکم بر سايش با استفاده از مشاهدات ميکروسکوپ الکتروني روبشي، سايش چسبان تعيين شد. رفتار خوردگي نمونه‌ها نيز با استفاده از آزمون پلاريزاسيون تافل بررسي و مشاهده شد که چگالي جريان نمونه Mo4-Mn8-Cr18-Fe از ديگر نمونه‌ها کمتر است. کلمات کليدي فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي پرنيتروژن، نانو‌ساختار، آلياژسازي مکانيکي، استحاله فازي، سايش، نانوايندنتيشن، خوردگي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی