مشخصه‌يابي ساختار و خواص كامپوزيت زمينه فولاد زنگ نزن 316L تقويت شده با ذرات اكسيد گادولينيوم ساخته شده به روش ذوب گزينشي ليزري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در سالهاي اخير، با گسترش فناوريهاي ساخت افزايشي، استفاده از اين روشها براي ساخت كامپوزيتهاي زمينه فلزي مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش به ساخت نمونههاي كامپوزيتي فولاد زنگ نزن 31sL تقويت شده با 1 درصد وزني ذرات تقويتكنندهي اكسيد گادولينيوم )Gd2O3( بهروش ذوب گزينشي ليزري )SLM( پرداخته شده و تاثير افزودن ماده تقويتكننده و سرعت روبش ليزر (چگالي انرژي حجمي) بر ريزساختار، خواص مكانيكي و خواص خوردگي اين آلياژ بررسي شد. دليل انتخاب اين اكسيد، عملكرد آن در بهبود عملكرد دماي بالا و جذب قوي نوترون و اشعه ايكس در برخي آلياژهاي ديگر بود. در بررسيهاي فازي توسط آزمون پراش پرتو ايكس، مشخص شد كه هر دو نوع نمونههاي غيركامپوزيتي و كامپوزيتي تماما آستنيتي هستند. بررسيهاي ريزساختاري مشخص كرد كه ساختار دانههاي تشكيل شده در هر دو نوع نمونه غيركامپوزيتي و كامپوزيتي بهصورت سلولي بوده و اندازه سلولها و اندازه بلوركها در ساختار سلولي با كاهش سرعت روبش، كه منجر به افزايش چگالي انرژي حجمي ورودي ميشود، افزايش يافته است. ميزان تخلخل نمونههاي كامپوزيتي نسبت به نمونههاي غيركامپوزيتي بيشتر بود و با كاهش سرعت روبش ليزر (افزايش چگالي انرژي حجمي ورودي) ميزان تخلخل در هر دو نوع نمونههاي غيركامپوزيتي و كامپوزيتي كاهش و چگالي نمونهها افزايش يافت. در بررسي پودرهاي كامپوزيتي مشخص شد كه مقداري از ذرات تقويتكننده، كلوخه شدهاند. اكسيد گادولينيوم ترشوندگي مناسبي با فولاد زنگ نزن 31sL نداشته كه سبب ايجاد يك فصلمشترك ناپيوسته ميان ذرات تقويتكننده كلوخه شده و زمينهي فولادي شده است. از آنجايي كه چگالي اكسيد گادولينيوم كمتر از چگالي فولاد زنگ نزن 31sL ميباشد، با پس زده شدن ذرات كلوخه شده، مقدار زيادي از آنها در مرز حوضچههاي مذاب، جمع شدهاند. بررسي خواص مكانيكي با استفاده از آزمونهاي پانچ برشي و ريزسختيسنجي، مشخص كرد كه خواص مكانيكي نمونههاي كامپوزيتي نسبت به نمونههاي غيركامپوزيتي مقداري افت كرده است. براي مثال، ريزسختي نمونهي غيركامپوزيتي ساخته شده در سرعت روبش ليزر 800 ميليمتر بر ثانيه (چگالي انرژي حجمي ورودي 5s/5 ژول بر ميليمتر مكعب ) برابر با حدود 2s5 برينل و ريزسختي نمونهي كامپوزيتي متناظر آن حدود 248 برينل ميباشد. استحكام برشي نمونههاي كامپوزيتي نيز بين %5 تا %10 نسبت به نمونههاي فولادي غيركامپوزيتي كاهش يافته است. استحكام برشي نمونههاي كامپوزيتي، بر خلاف نمونههاي فولادي، با كاهش سرعت روبش ليزر از 800 به 475 ميليمتر بر ثانيه (چگالي انرژي حجمي ورودي از 5s/5 به 95/2 ژول بر ميليمتر مكعب) افزايش يافته است كه بهنظر ميرسد ناشي از كاهش تخلخل و فعال شدن مكانيزمهاي استحكامبخشي در نمونهي كامپوزيتي باشد. در آزمون خوردگي پلاريزاسيون، فقط نمونه كامپوزيتي كه در بيشترين سرعت روبش ليزر ساخته شده نتايج ضعيفتري از نمونههاي غيركامپوزيتي از خود نشان داد و بين ساير نمونهها تفاوت چشمگيري از نظر مقاومت به خوردگي مشاهده نشد. علت اين مسئله وجود تخلخل بيشتر نسبت به نمونههاي فولادي و همچنين كاهش پيوستگي فصلمشترك بين ذرات تقويتكنندهي كلوخه شده و زمينه بود كه سبب ايجاد فضاهاي خالي و تجمع محلول خورنده مي شود.

226780

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان