Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Mohammad Hassan Abbasi,Masoud Panepour
محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) محمدحسن عباسی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fariba Tehrani
فریباالسادات طهرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Production and Characterization of High Nitrogen Stainless Steel (Fe-Cr-Mn-Mo) by Mechanical Alloying and Investigation of Conditions for Improving PREN Value
Ni-free high nitrogen stainless steels have many applications especially in biomaterials due to properties such as good mechanical properties, excellent corrosion resistance particularly resistance to pitting corrosion and no allergical effects. Pitting corrosion resistance is estimated by PREN value. So that by increasing the PREN value, pitting corrosion resistance is enhanced. For this reason, the purpose of this research is to produce nanostructured high nitrogen austenitic stainless steel (Fe-Cr-Mn-Mo) by mechanical alloying (MA), and investigate the influential factors on improvement of PREN value. For this purpose firstly, the effect of Mo on ? to ? transformation was investigated. Then the influence of particle size of iron powder on the rate of ? to ? transformation was evaluated. Finally, chemical composition was changed for increasing the PREN value. For this purpose, the amount of Mn was reduced and Mo content was increased. MA was performed in nitrogen atmosphere using a high-energy planetary ball mill. Microstructural and phase analysis of the milled powders were carried out employing SEM and XRD, respectively. The absorbed nitrogen contents were determined using nitrogen analyser equipment. In order to investigate the effect of Mo, Fe-18Cr-11Mn-4Mo and Fe-18Cr-11Mn-6Mo powder mixtures prepared from iron powder with mean particle size = 47.34 µm, were milled under nitrogen atmosphere for 100 hr. It was observed that by increasing Mo content from 4 to 6 wt%, the ?/d value was enhanced leading to an enhancement of the phase transformation rate. However, increasing the Mo content led to the reduction of chemical potential for austenite stability. Consequently, completion of phase transformation required more energy and longer milling times. In addition, by decreasing particle size of initial iron powder not only absorbed nitrogen content increased (more effective element for improving the PREN value), but also the rate of phase transformation significantly enhanced. As a result, the necessary milling time for completion of ? to ? phase transformation was decreased from 100 to 8 hr. On the other hand, increasing the rate of phase transformation prepared the possibility of reduction in Mn content from 11 to 8 wt% and also increase in Mo content from 4 to 8 wt%. The results obtained showed that the PREN value could be increased from 35.36 to 55.6 due to the possibility of change in chemical composition. Finally, the results of the heat treatment of the produced high nitrogen steel powder at 1100°C after 1 hr indicated that it has a high thermal stability because of the existence of nitrogen in grainboundaries. So, the variations of grain size were slight after annealing (from 8 to 30 nm). As a result, grain structure remained nanometric. Furthermore, investigation of the amount of nitrogen showed that the amount of nitrogen before and after annealing was nearly constant.
در سال های اخیر فولادهای زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن عاری از نیکل به دلیل خصوصیات ممتازی نظیر خواص مکانیکی عالی، مقاومت به خوردگی بالا (به ویژه خوردگی حفره ای، شیاری و بین دانه ای) و کاربردهایی چون مواد فلز کاشتنی ( به دلیل عدم آلرژی زایی) در بدن انسان، به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. به طور کلی مقاومت به خوردگی حفره ای فولادها با فاکتور PREN (Mn1-N16+Mo3/3+Cr =PREN)، سنجیده می شود، به نحوی که با افزایش این فاکتور مقاومت به خوردگی حفره ای افزایش می یابد. به همین دلیل هدف از این پژوهش ساخت فولاد زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن Mo-Mn-Cr-Fe از طریق آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر نیتروژن و بررسی عوامل مؤثر بر بهبود فاکتور PREN در آن بود. بدین منظور ابتدا اثر مولیبدن به عنوان یک عنصر افزاینده فاکتور PREN روی استحاله فریت به آستنیت بررسی شد. سپس به بررسی نقش اندازه ذرات پودر آهن اولیه روی سرعت استحاله مذکور پرداخته شد. در نهایت به منظور بهبود فاکتور PREN در فولاد تولیدی، امکان کاهش میزان منگنز و افزایش مقدار مولیبدن در ترکیب شیمیایی بررسی شد. فرایند آلیاژسازی مکانیکی با استفاده از مخلوط پودرهای عنصری آهن، کرم، مولیبدن و منگنز (با خلوص بالا) در یک آسیاب گلوله ای- سیاره ای انجام شد. مشخصه یابی و ارزیابی محصولات به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس(XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت گرفت. همچنین میزان نیتروژن جذب شده در ساختار توسط آنالیزگر نیتروژن تعیین شد. به منظور بررسی اثر مولیبدن دو نمونه با ترکیب Mo4-Mn11-Cr18-Fe و Mo6-Mn11-Cr18-Fe با استفاده از پودر آهن با اندازه ذرات متوسط µm34/47 تحت آسیاب کاری در اتمسفر نیتروژن به مدت 100 ساعت قرار گرفت. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که با افزایش میزان مولیبدن از 4 به 6 درصد وزنی، میزان پارامتر فعالسازی مکانیکی (?/d) در مواد بیشتر شده و لذا سینتیک استحاله افزایش می یابد. ولی در اثر کاهش نیروی محرکه لازم برای پایداری فاز آستنیت تکمیل استحاله نیاز به انرژی بیشتری (زمان های طولانی تر آسیاب کاری) دارد. همچنین با کاهش اندازه ذرات متوسط پودر آهن اولیه (µm 9/6)، علاوه بر اینکه امکان افزایش مقدار نیتروژن ورودی به ساختار (به عنوان مهمترین پارامتر در افزایش فاکتور PREN) فراهم می شود، سرعت استحاله فریت به آستنیت نیز در اثر افزایش میزان جذب نیتروژن افزایش چشمگیری می یابد، به گونه ای که مدت زمان آسیاب کاری برای تکمیل استحاله مذکور از 100 ساعت به 8 ساعت تقلیل می یابد. از طرفی افزایش سرعت استحاله، امکان کاهش میزان منگنز از 11 به 8 درصد وزنی و همچنین افزایش مولیبدن از 4 به 8 درصد وزنی را به وجود آورد. بررسی عوامل فوق نشان داد که در اثر تغییر ترکیب شیمیایی می توان مقدار فاکتور PREN را از 36/35 به 6/55 افزایش داد. در نهایت نیز نتایج حاصل از انجام عملیات حرارتی در دمای °C1100 به مدت یک ساعت روی فولاد زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن نشان داد که در اثر حضور نیتروژن، فولاد تولیدی از پایداری حرارتی بالایی برخوردار است، به طوری که ساختار نانومتری همواره در آن حفظ شده است. واژه های کلیدی: فولادهای زنگ نزن پر نیتروژن، آلیاژسازی مکانیکی، فاکتور PREN، استحاله فازی، نانوساختار.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی