محققان دانشگاه صنعتی اصفهان موفق شدند به نحوه‌ی ساخت نانوکامپوزیت فولادی با محدوده اندازه دانه‌ 50 تا 100 نانومتر دست یابند.

به گزارش سرویس علمی ایسنا، این فولاد که در ساخت آن از نانوذرات استفاده شده است، می‌تواند در صنعت اتومبیل‌سازی و بویژه ساخت بدنه‌ خودرو و همچنین در صنایع هوافضا به کار رود.

فولادهای عاری از عناصر بین‌نشین (IF) فولادهایی هستند که دارای مقدار کربن و نیتروژن بسیار کمی هستند. این دسته از فولادها در شرایط درشت‌دانه دارای انعطاف‌پذیری بالایی هستند، اما استحکام تسلیم پایینی دارند. با وجود تلاش‌های بسیار، تا به حال هیچ یک از پژوهشگران موفق به ایجاد ساختار نانو در آن‌ها نشده‌اند.

حداقل اندازه دانه‌ای که محققان با اعمال روش‌های تغییر شکل پلاستیک شدید روی فولاد IF به دست آورده‌اند، در حدود 300 نانومتر بوده است. مزایای بسیار زیاد مواد نانوساختار و نیز عدم دست‌یابی به ساختار نانو در فولاد IF، پژوهشگران را بر آن داشت تا به تلاشی در این زمینه اقدام کنند.

محققان در این طرح، با استفاده از نانوذرات کاربید سیلیسیم توانسته‌اند به فولاد نانوساختارIF دست یابند. تولید این نانوکامپوزیت منجر به تولید فولادی می‌شود که استحکام بسیار بالاتری نسبت به نمونه‌ی اولیه دارد. در نتیجه می‌توان ضخامت مورد نیاز برای یک کاربرد خاص را تا یک چهارم نمونه‌های قبلی کاهش داد. این امر موجب کاهش بسیار چشمگیری در هزینه‌ها می‌شود. همچنین مشکل استحکام پایین بدنه‌ خودروها را می‌توان با استفاده از مواد تولید شده در این پژوهش رفع کرد.

روح‌الله جماعتی، دانشجوی دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان و محقق طرح در این باره گفت: تغییر شکل پلاستیک شدید فرآیندی است که با اعمال کرنش پلاستیک شدید به ماده، منجر به ساخت مواد نانوساختار/فوق‌ریزدانه می‌شود. ویژگی برجسته‌ی این فرآیند، ثابت ماندن ابعاد نمونه حین فرایند است. تاکنون این دسته از فرایندها عموماً روی فلزات و آلیاژهای غیرآهنی اعمال شده است و تعداد مطالعات تغییرشکل پلاستیک شدید روی فلزات آهنی، محدود بوده است.

جماعتی در ادامه افزود: در میان روش‌های مختلف تغییرشکل پلاستیک شدید، فرآیند نورد تجمعی، توانایی بالایی برای تولید پیوسته‌ی مواد دارد. این روش تنها فرایند تغییر شکل پلاستیک شدید است که در آن از تغییر شکل توسط نورد به تنهایی استفاده می‌شود و مفیدترین فرایند فلزکاری برای تولید پیوسته‌ی صفحات، ورق‌ها و شمش‌هاست.

وی ادامه داد: افزودن ذرات سرامیکی نظیر کاربید سیلیسیم (SiC) به ورق‌های فولاد IF می‌تواند منجر به تولید ساختار نانو توسط فرآیند نورد تجمعی شود. این روش بر مشکلاتی نظیر تخلخل باقی‌مانده در نمونه‌های فشرده شده، ناخالصی‌های فرایند آسیاکاری گلوله‌ای و تولید در مقیاس بزرگ چیره شده است.

محقق طرح تصریح کرد: حضور نانوذرات کاربید سیلیسیم در زمینه‌ی فولادی منجر به تغییر شدت مولفه‌های بافت و رشته‌ها می‌شود. اگرچه انتقال بافت از حالت نورد به برشی در تمام نمونه‌ها اتفاق می‌افتد، اما این انتقال بافت در سیکل‌های مختلف برای نمونه‌های متفاوت رخ می‌دهد. همچنین تبلور مجدد در سیکل‌های پایین‌تری برای نانوکامپوزیت نسبت به فولاد خالص اتفاق می‌افتد. این امر مربوط به بالاتربودن انرژی ذخیره شده در نانوکامپوزیت نسبت به فولاد خالص است.

جماعتی خاطرنشان کرد: در توضیح مکانیسم صورت گرفته باید گفت فرآیند نورد تجمعی موجب افزایش چشمگیری در مقدار انرژی ذخیره شده در ماده می‌شود. علاوه بر آن با افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم به زمینه، انرژی ذخیره شده می‌تواند افزایش بیشتری یابد. در حقیقت، حضور نانوذرات کاربید سیلیسیم در زمینه‌ فولاد IF موجب افزایش بیشتر چگالی نابجایی‌ها حین فرآیند نورد تجمعی می‌شود؛ این فرآیند به دلیل این است که ذرات به عنوان موانعی در برابر حرکت نابجایی‌ها عمل می‌کنند.

محقق طرح گفت: از سوی دیگر، حضور نانوذرات در زمینه می‌تواند بازیابی را به تأخیر انداخته و مقدار وقوع آن را کم کند. این امر موجب باقی ماندن مقدار بیشتری از انرژی ذخیره شده در ماده شده و لذا نیروی محرکه‌ بزرگتری برای وقوع تبلور مجدد دینامیکی و در نتیجه دستیابی به ساختار نانو فراهم می‌شود.

نتایج این تحقیق که با همکاری روح‌الله جماعتی، دکتر محمدرضا طرقی نژاد، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و همکارانشان حاصل شده، در مجله‌ی Materials Characterization منتشر شده است.

انتهای پیام