Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad ali Golozar,Hossein Edris,Mohammad Hassan Abbasi
محمدعلی گلعذار (استاد راهنما) حسین ادریس (استاد راهنما) محمدحسن عباسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Rezvan Sharifirenani
رضوان شریفی رنانی

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.
در سال‌های اخیر، فولادهای زنگ نزن آستنیتی پرنیتروژن نانوساختار عاری از نیکل به دلیل ویژگی‌های ممتازی که دارند، به طور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته‌اند. حضور نیتروژن در ساختار نانویی این مواد، خواص مکانیکی عالی و مقاومت به خوردگی بالایی به آن‌ها بخشیده است. جایگزینی نیکل با نیتروژن موجب عدم آلرژی‌زایی آن‌ها و کاربرد‌هایی چون مواد فلز کاشتنی در بدن انسان شده است. تاکنون تولید این فولادها به روش‌های مختلف ذوبی صورت گرفته است، اما به علت محدودیت حلالیت نیتروژن در فاز مذاب، پژوهشگران به روش‌های حالت جامد چون متالورژی پودر روی آورده‌اند. هدف از پژوهش حاضر، ساخت و ارزیابی خواص قطعات فولاد زنگ نزن آستنیتی پرنیتروژن عاری از نیکل، حاصل از پرس سرد و سینتر پودر‌های تهیه شده به روش آلیاژسازی مکانیکی است. در این راستا محلول‌های جامد نانو ساختارفولادهای زنگ نزن آستنیتی پرنیتروژن Fe-Cr-Mn و Fe-Cr-Mn-Mo از طریق آسیابکاری مخلوط‌های پودری با ترکیب‌های Mo4-Mn8-Cr18-Fe، Mo8-Mn8-Cr18-Fe، Mn8-Cr18-Fe و Mn9-Cr18- Feتحت اتمسفر نیتروژن سنتز شدند. پس از آن، پودرهای نانوساختار فولاد‌های پرنیتروژن Fe-Cr-Mn و Fe-Cr-Mn-Mo به وسیله فرایند پرس سرد، سینتر در دمای 1250 درجه سانتی گراد به مدت 60 دقیقه و خنک‌سازی در مخلوط آب و یخ به قطعات متراکمی تبدیل شد. تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری و میزان نیتروژن جذب شده به وسیله آزمون‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM)) مجهز به سیستم آنالیز عنصری (EDS) و آنالیزگر نیتروژن انجام گرفت. سختی و مدول الاستیک نمونه‌های زینتر شده نیز توسط ریزسختی سنجی و نانوایندنتیشن تعیین شد. نتایج آلیاژسازی مکانیکی نشان داد که با افزایش زمان آسیابکاری، میزان جذب نیتروژن افزایش یافت و در نمونه‌های فوق به ترتیب به مقادیر 76/0، 1/1، 9/0 و 8/0 درصد وزنی رسید. با افزایش میزان نیتروژن ساختار، ریزسختی پودرهای نانوساختار افزایش یافت. پس از سینتر، سختی نمونه‌ها به ترتیب معادل422، 604، 517 و 434 ویکرز تعیین شد. مدول یانگ این چهار محلول جامد نیز توسط آزمون نانوایندنتیشن معادل 272، 390، 344 و 326 گیگا پاسکال به دست آمد. اندازه گیری چگالی و محاسبات اندازه دانه آستنیت پس از فرایند پرس سرد وسینتر نشان دهنده موفقیت آمیز بودن این روش در تولید قطعات بالک فولادهای پرنیتروژن بود. خواص سایشی نمونه‌ها (نظیر نرخ سایش، ضریب اصطکاک و مکانیزم سایش) نیز با استفاده از آزمون پین- دیسک در بار 800 گرم بررسی شد. نتایج آزمون سایش حاکی از تاثیر قابل ملاحظه نیتروژن در کاهش نرخ سایش نمونه‌های بالک تولید شده بود. مکانیزم اصلی حاکم بر سایش با استفاده از مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی، سایش چسبان تعیین شد. رفتار خوردگی نمونه‌ها نیز با استفاده از آزمون پلاریزاسیون تافل بررسی و مشاهده شد که چگالی جریان نمونه Mo4-Mn8-Cr18-Fe از دیگر نمونه‌ها کمتر است. کلمات کلیدی فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی پرنیتروژن، نانو‌ساختار، آلیاژسازی مکانیکی، استحاله فازی، سایش، نانوایندنتیشن، خوردگی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی