آزمایش نسل جدیدی از فولاد‌های مقاوم و شکل‌پذیر در دانشگاه تهران

باشگاه خبرنگاران جوان؛ فاطمه کربلایی - بهبود چشمگیر خواص مکانیکی فولاد‌های زنگ‌نزن پیشرفته با مهندسی ریزساختار، توسط محققان دانشگاه تهران در آینده نزدیک به طراحی و تولید نسل جدیدی از فولاد‌های مقاوم و شکل‌پذیر برای کاربرد‌های حیاتی منجر می‌شود.

 در قالب رساله دکتری محمد جواد سهرابی، با راهنمایی دکتر حامد میرزاده سلطان‌پور، عضو هیأت‌علمی دانشکده متالورژی و مواد دانشکدگان فنی و مشاوره دکتر رضا محمودی و گروهی از پژوهشگران بین‌المللی از کشور‌های اتریش، لهستان، کره جنوبی، فنلاند و سوئیس، موفق به توسعه روش‌هایی برای مهندسی ریزساختار در فولاد زنگ‌نزن «AISI ۹۰۴L» شدند که به بهبود چشمگیر خواص مکانیکی این آلیاژ منجر شده است.

حامد میرزاده سلطان‌پور، سرپرست گروه تحقیقاتی، گفت: «در این پژوهش، آلیاژ سوپراستنیتی «AISI ۹۰۴L» با استفاده از فرایند تغییر شکل پلاستیک شدید به روش High-Pressure Torsion (HPT) به ساختاری کاملاً نانوبلوری با اندازه دانه میانگین حدود ۴۸ نانومتر تبدیل شد.

عضو هیأت‌علمی دانشکده متالورژی و مواد افزود: «این ریزساختار موجب افزایش چشمگیر استحکام کششی تا حدود ۲.۲ گیگاپاسکال شد. با این حال، کاهش شکل‌پذیری در این ماده نانوساختار قابل‌توجه بود. به منظور بازیابی شکل‌پذیری بدون افت زیاد در استحکام، از فرایند آنیل تدریجی (continuous annealing) تا دمای ۷۹۰ درجه سانتی‌گراد استفاده شد. این عملیات حرارتی باعث تبلور مجدد، رشد کنترل‌شده دانه‌ها تا ابعاد فوق‌ریز (~۲۲۰ نانومتر) و همچنین کنترل تشکیل فاز بین‌فلزی سیگما گردید.»

وی تاکید کرد: «در این شرایط، آلیاژ توانست به تعادلی کم‌نظیر میان استحکام و شکل‌پذیری (۱.۵ گیگاپاسکال و ۲۴ درصد الانگیشن) دست یابد، در حالی که حضور فاز سیگما در حداقل میزان ممکن باقی ماند. این نتایج نشان‌دهنده امکان مهندسی دقیق خواص مکانیکی از طریق کنترل ریزساختار و فاز‌های ثانویه در این فولاد پیشرفته است.»

عضو هیأت‌علمی دانشکده متالورژی و مواد دانشگاه تهران، یکی دیگر از دستاورد‌های مهم این تحقیق را بررسی عملکرد مکانیکی آلیاژ «AISI ۹۰۴L» در شرایط دمای پایین (کرایوژنیک) عنوان کرد و افزود: «در این شرایط، بر خلاف فولاد‌های زنگ‌نزن متداول مانند AISI ۳۱۶L و AISI ۳۰۴L که کاهش دما به دما‌های کرایوژنیک موجب کاهش ازدیاد طول کل می‌شود، آلیاژ AISI ۹۰۴L رفتار متفاوتی نشان داد.»

دکتر میرزاده با بیان اینکه این فولاد به‌طور مشخص در دمای کرایوژنیک، از هم‌افزایی فوق‌العاده‌ای میان استحکام و شکل‌پذیری در دما‌های پایین برخوردار شد، اظهار داشت: «همچنین بررسی مکانیزم‌های سخت‌شدگی حین تغییر شکل در این دما‌ها نشان داد که اثر سخت‌شوندگی ناشی از دوقلویی شدن و یا به عبارت دیگر، پدیده توییپ و محلول جامد در آلیاژ نقش کلیدی دارند. در نتیجه، فولاد AISI ۹۰۴L در دما‌های کرایوژنیک، استحکام بالایی در کنار ازدیاد طول بالا ارائه می‌دهد و به عنوان گزینه‌ای جذاب برای کاربرد‌های برودتی و دما پایین معرفی می‌شود.»

دستاورد‌های حاصل از این پژوهش که به راهنمایی دکتر حامد میرزاده سلطان‌پور در دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران انجام شده است، یک گام مفید در زمینه علم مواد محسوب می‌شود.

این پژوهش در چهارچوب همکاری‌های بین‌المللی گسترده و با بهره‌گیری از تجربیات استادان شناخته شده این زمینه، پروفسور راینارد پیپان از مؤسسه علوم مواد آکادمی علوم اتریش، از پیشگامان اصلی در توسعه و کاربرد روش High-Pressure Torsion (HPT) و پروفسور هیونگ سوپ کیم از دانشگاه POSTECH کره‌جنوبی، متخصص شناخته‌شده در حوزه‌ی خواص مکانیکی مواد انجام شده است.

این پژوهش نه‌تنها گامی مؤثر در راستای توسعه مواد پیشرفته با خواص مکانیکی مطلوب به شمار می‌رود، بلکه نقش مهمی در افزایش دانش بنیادی درباره تأثیر ریزساختار و فاز‌های ثانویه بر رفتار مکانیکی فولاد‌های سوپراستنیتی ایفا کرده است.

این دستاورد در آینده نزدیک، به طراحی و تولید نسل جدیدی از فولاد‌های مقاوم و شکل‌پذیر برای کاربرد‌های حیاتی منجر می‌شود.

نتایج حاصل از این پژوهش‌ها در قالب مقالات تحقیقاتی متعدد در مجلات معتبر بین‌المللی انتشار یافته است.