پایگاه خبری دانشگاه صنعتی اصفهان

این فولاد، که در ساخت آن از نانوذرات استفاده شده است، می‌تواند در صنعت اتومبیل‌سازی و به خصوص ساخت بدنه‌ی خودرو و همچنین در صنایع هوافضا به کار رود.

فولادهای عاری از عناصر بین‌نشین (IF) فولادهایی هستند که دارای مقدار کربن و نیتروژن بسیار کم، در شرایط درشت‌دانه دارای انعطاف‌پذیری بالا اما استحکام تسلیم پایینی برخوردار می باشند.

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 دانشگاه صنعتی اصفهان را بر آن داشت تا به تلاشی در این زمینه اقدام نمایند.

محققان دانشگاه صنعتی اصفهان در این طرح، با استفاده از نانوذرات کاربید سیلیسیم توانستند 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 خواهد شد. همچنین مشکل استحکام پایین بدنه‌ی خودروها را می‌توان با استفاده از مواد تولید شده در این پژوهش مرتفع 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 شمش‌ها است.

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.

دانشجوی دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان 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.

وی 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.

گفتنی است: نتایج این تحقیق که با همکاری دکتر محمدرضا طرقی نژاداستاد دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان و مهندس روح‌الله جماعتی دانشجوی دکتری این دانشگاه حاصل شده، در مجله‌ی Materials Characterization منتشر شده است.