27011

بررسي ريزساختار، خواص مكانيكي و رفتار حافظه‌داري آلياژ حافظه‌دار Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%)

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1401/6/13

دكتر حميدرضا كوه‌دار

مهندسي مواد و متالورژي

در اين پژوهش به بررسي ريزساختار، خواص مكانيكي و رفتار حافظه‌داري در آلياژ Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%) پرداخته شده است. بر اساس مشاهدات تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري، ميكروسكوپ نوري و الگوي پراش پرتو ايكس نمونه‌ي آنيل محلولي شده، داراي ريزساختاري تماماً مارتنزيت لايه‌اي با ساختار كريستالي bcc مي‌باشد. طبق اطلاعات به دست آمده از الگوهاي پراش پرتو ايكس و ميكروسكوپ الكتروني عبوري، با انجام عمليات آنيل در دماي C˚ 600 در منطقه دوفازي آستنيت (γ) و مارتنزيت (α) به مدت زمان‌هاي 10، 30، 60، 120 و min 240، استحاله مارتنزيت α´ به آستنيت γ اتفاق مي‌افتد. ميزان آستنيت باقيمانده در زمينه در نمونه‌هاي اشاره شده به ترتيب برابر با 27، 34، 47، 44 و 38% به دست آمد. در ادامه فرايند پيرسازي در دماي C˚ 480 و به مدت min 60 بر روي نمونه آنيل محلولي شده و نمونه‌هاي آنيل شده در منطقه دوفازي انجام شد. ميزان سختي ويكرز نمونه‌هاي آنيل شده در منطقه دوفازي قبل و بعد از فرايند پيرسازي مورد آزمايش قرار گرفت كه بهترين ميزان سختي مربوط به نمونه‌ي آنيل شده در منطقه دوفازي به مدت زمان min 10 بعد از فرايند پيرسازي و با مقدار 372 ويكرز به دست آمد. بر اساس نمودار تنش-كرنش مهندسي نمونه‌هاي آنيل محلولي و آنيل شده در منطقه دوفازي قبل و بعد از فرايند پيرسازي، بهترين استحكام نهايي مربوط به نمونه‌ي آنيل شده در منطقه دوفازي به مدت زمان min 10 بعد از فرايند پيرسازي با مقدار MPa 1420 به دست آمد. با مطالعه و بررسي تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، سطح شكست به دست آمده از نمونه‌هاي آنيل محلولي قبل و بعد از فرايند پيرسازي به ترتيب به صورت نرم و ترد گزارش شده است. با انجام عمليات آنيل در منطقه دوفازي در دماي ˚C 600 به مدت زمان min 10، سطح شكست به صورت نرم مشاهده گرديد و با انجام فرايند پيرسازي بر روي اين نمونه، به واسطه‌ي تشكيل رسوبات ريز θ-NiMn با ساختار كريستالي fct سطح شكست تركيبي از دو شكست نرم و ترد به دست آمد. در اين پژوهش به بررسي اثر زمان آنيل در منطقه دوفازي و ميزان فاز آستنيت بازگشتي باقيمانده در زمينه بر روي اثر حافظه‌داري نيز پرداخته شد. عمليات آنيل در منطقه دوفازي در دماي ˚C 600 و به مدت زمان‌هاي 10، 60 و min 120 انجام شد. بر روي اين نمونه‌ها فرايند پيرسازي بعدي اعمال گرديد. بهترين مقدار اثر حافظه‌داري به ميزان 53% متعلق به نمونه‌ي آنيل شده در منطقه دوفازي به مدت زمان min 10 در پيش‌كرنش 1% بود. همچنين بيشترين ميزان كرنش بازيابي نيز مربوط به همين نمونه در پيش‌كرنش 6/9% و با مقدار 25/1% محاسبه شد.

1401/06/26

Study on the microstructure, mechanical properties, and shape memory behavior of an Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%) shape memory alloy

9/4/2023 12:00:00 AM

In this research, the microstructure, mechanical properties, and shape memory behavior were investigated in an Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%) alloy. Based on the observation done by transmission electron microscopy images, optical microscopy images, and X-ray diffraction patterns, the solution annealed specimen consisted of fully lath martensite with the bcc crystal structure. The martensite to austenite reversed transformation happened according to gathered information from X-ray diffraction pattern and transmission electron microscopy, with applying annealing treatment at 600 ˚C in the dual-phase region of austenite (γ) and martensite (α) for 10, 30, 60, 120, and 240 minutes holding times. The amount of retained austenite in mentioned specimens was obtained about 27, 34, 47, 44, and 38%, respectively. In the following, aging treatment was applied at 480 ˚C for 60 minutes on the solution annealed and annealing specimens in the dual-phase region. was related to annealed specimens in the dual-phase region for 10 minutes holding time after aging treatment with an amount of 372 Vickers. According to the engineer stress-strain diagram of solution annealed and annealed specimens in the dual-phase region before and after aging treatment, the best ultimate strength with an amount of 1420 MPa was related to the annealed specimens in the dual-phase region for 10 minutes holding time. With the study of scanning electron microscopy, the obtained fracture surfaces from solution annealed specimens before and after aging were reported as completely soft and brittle, respectively. By applying annealing treatment in the dual-phase region at 600 ˚C for 10 minutes of holding time, the surface fracture was reported as completely soft and by doing aging treatment on this specimen, the surface fracture was obtained as a combination of soft and brittle fracture because of the formation of fine θ-NiMn precipitations with the fcc crystal structure. In this research, the effect of annealing time in the dual-phase region and the amount of reversed austenite phase in the matrix was investigated on the shape memory effect. Annealing treatment in the dual-phase region was done at 600 ˚C for 10, 60, and 120 minutes holding time. Also, the aging treatment was applied to every specimen. The best shape memory effect with an amount of 53% was related to the annealed specimen in the dual-phase region for 10 minutes holding time at 1% pre-strain. Also, the most recovery strain was related to this specimen and was calculated at 9.6% pre-strain with an amount of 1.25%.

آلياژ حافظه‌دار پايه آهني Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%) , بررسي ريزساختار , خواص مكانيكي , اثر حافظه‌داري شكلي , عمليات آنيل در منطقه دوفازي , فرايند پيرسازي

Fe-9.5Ni-6.5Mn (wt.%) Fe-based shape memory alloy , Microstructure analysis , Mechanical properties , shape memory effect , annealing treatment in the dual-phase region , Aging process

farshad roshanzadeh

hamidreza koohdar