Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad,Ali Shafyei
محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما) علي شفيعي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Shabani
علي شعباني

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 اين پژوهش رفتار آلياژ انتروپي بالاي FeCrCuMnNi پس از ريخته‌گري، تحت فرايند عمليات حرارتي، شکل‌دهي و تبلور‌مجدد استاتيکي مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. در تحقيق حاضر آلياژ پنج جزيي FeCrCuMnNi با استفاده از کوره القايي ريخته‌گري شده و خواص ساختاري، ريزساختاري و مکانيکي آن مورد بررسي قرار گرفته است. آلياژ حاصل داراي سه فاز مجزا با ساختار‌هاي FCC و BCC بود و به اين علت خواص مکانيکي مناسبي حتي در حالت ريختگي از خود نشان داد. استحکام کششي بيش از 900 مگاپاسکال به همراه بيش از 14 درصد ازدياد طول و هم‌چنين سختي 300 ويکرز نشان‌گر خواص مکانيکي مناسب آلياژ هستند. در ادامه به منظور دستيابي به فرايند بهينه همگن‌سازي، فرايندهاي مختلف عمليات حرارتي روي آلياژ انجام گرفته و اثرات آن بر خواص مکانيکي و ساختاري آلياژ به طور کامل بررسي شد. به اين منظور آلياژ در دماهاي 500 تا 1000 درجه سانتي‌گراد و در زمان‌هاي 1 تا 16 ساعت عمليات حرارتي شد. مشاهده شد که افزايش دماي عمليات حرارتي باعث انحلال فاز BCC و افزايش سهم فاز FCC تا نزديک به 95 درصد مي‌شود که نتيجتاً باعث افت استحکام مي‌شود. يک فاز سيگما نيز در ساختار آلياژ در دماي °C800 تشکيل مي‌شود که باعث تغيير رفتار آلياژ و تردي آن مي‌شود، با اين وجود اين فاز در دماهاي بالاتر در ساختار آلياژ حل مي‌شود. نتايج به‌دست آمده نشان ‌داد که ساختار ريختگي آلياژ در دماي °C1000 دچار تحول شده و از حالت دندريتي خارج مي‌شود، لذا اين دما جهت همگن‌سازي آلياژ انتخاب شد. سپس نمونه‌هاي همگن‌سازي شده تا کاهش ضخامت‌هاي 25 تا 85 درصد نورد سرد شدند و تغييرات خواص مکانيکي و ريزساختاري آلياژ در حين تغيير‌شکل مورد بررسي قرار گرفت. در حين تغيير شکل نرم‌ترين فاز بيشترين تغيير شکل را از خود نشان داد و بيشترين افزايش در چگالي نابجايي‌ها در اين فاز رخ داد. همچنين مشاهده شد که با افزايش سهم مرزدانه‌ها و نابجايي‌ها در ساختار به‌واسطه افزايش کرنش، استحکام و سختي آلياژ افزايش مي‌يابد و هم‌چنين با توجه به انرژي نقص چينش پايين آلياژ، بافت قوي از مولفه‌هاي برنج، گوس چرخيده و مولفه‌هاي برشي در آلياژ تشکيل شد. در انتها نيز رفتار آلياژ طي عمليات آنيل بازگشتي و تبلور‌مجدد استاتيکي در حين فرايندهاي متفاوتي از نورد سرد و هم‌چنين دماي آنيل، زمان آنيل و مقدار کرنش بررسي شد. براي اين منظور دماهاي آنيل 600 تا 1000 درجه سانتي‌گراد، زمان‌هاي 5 تا 120 دقيقه و کاهش ضخامت‌هاي 25، 45، 65 و 85 درصد انتخاب شدند. نتايج نشان داد که آلياژ نسبت به تبلور مجدد مقاومت نشان مي‌دهد و به علت خواص ويژه خود در دماي بالاتري نسبت به آلياژهاي معمولي تبلور مجدد در آن شروع مي‌شود. با توجه به نتايج، دماي تبلورمجدد آلياژ تحت کاهش ضخامت 85 درصد حدود°C 850 تخمين زده شد. و انرژي اکتيواسيون حدود kj/mol 200 بدست آمد. همچنين مشاهده شد که پارامتر دما پارامتر بسيار مهمي در تبلورمجدد آلياژ است. به‌نحوي که تفاوت دمايي 100 درجه اثر بسيار بيشتري از زمان‌هاي طولاني دارد. نکته قابل توجه ديگر رشد بسيار کند دانه پس از تبلور مجدد آلياژ بود که به علت سيستم انتروپي بالا و چند فازي بودن آلياژ شدت بيشتري داشت. بررسي‌ها بافت نشان داد که رفتار آلياژ به مانند آلياژهاي با انرژي نقص چينش کم تا متوسط است و با از بين رفتن مولفه‌هاي تغيير شکل بافت مکعبي و ديلامور در ماده غالب مي‌شود. هرچند شدت مولفه‌هاي تبلور مجدد به علت سيستم آلياژي و سرعت نفود پايين زياد نبود. همچنين قابل ذکر است که آلياژ پس از آنيل در دماهاي پايين استحکام خود را به خوبي حفظ کرد با وجود اين‌که افزايش در انعطاف پذيري در مشاهده شد. تفاوت دماي تبلور مجدد در دو فاز اصلي آلياژ و تشکيل ساختار دوگانه و تبلور مجدد شده جزيي علت اصلي اين موضوع بود. البته آنيل در دماهاي بالاتر باعث افت استحکام و افزايش قابل توجه در انعطاف پذيري آلياژ شد. فاز FCC1 که در دمايي حدود °C 200 کمتر از فاز FCC2 تبلور مجدد شد از نظر زماني نيز در کمتر از 5 دقيقه در دماي °C 900 به طور کامل متبلور شده و باعث افت استحکام در زمان‌هاي کم آنيل شد. حداقل کار سرد 25 درصد براي تبلور مجدد فاز FCC1 در دماي °C 900 و زمان يک ساعت کافي بود در حالي‌که اين مقدار براي فاز FCC2 بيش از 45 درصد است. ريز شدن ساختار، افزايش هم‌زمان استحکام ئ انعطاف‌پذيري از جمله مواردي است که با افزايش کرنش اوليه رخ مي‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی