ساخت آلیاژی با ویژگی‌های مکانیکی منحصربه‌فرد

محققان دانشکدگان فنی دانشگاه تهران موفق به ساخت یک سیستم آلیاژی آنتروپی بالا شدند که هم‌زمان از ویژگی استحکام و شکل‌پذیری برخوردار است.

به گزارش خبرگزاری برنا؛ محققان دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران، موفق به طراحی نوآورانه نوعی آلیاژ آنتروپی بالا شدند که با توجه به خواص مکانیکی منحصربه‌فرد، کاربرد‌های گوناگونی در صنایع مختلف خواهد داشت.

این تحقیقات در قالب رساله دکتری محمدجواد سهرابی، دانشجوی دانشگاه تهران، به راهنمایی حامد میرزاده سلطان‌پور و مشاوره رضا محمودی، اساتید دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران، و سعید صادق‌پور از دانشگاه اولو فنلاند، در «آزمایشگاه فولاد‌های پیشرفته و فرایند‌های ترمومکانیکی مواد مهندسی» دانشکدگان فنی دانشگاه تهران انجام شده و به دستاورد‌های قابل توجهی منتج شده است.

یکی از چالش‌های اصلی در زمینه تولید مواد لازم برای صنایع مختلف از قبیل خودروسازی، تولید آلیاژ‌هایی است که هم استحکام بالایی داشته باشند و هم قابلیت شکل‌پذیری، خوبی از خود نشان دهند. در حوزه مهندسی مواد، دستیابی به یک تعادل مناسب بین استحکام و شکل پذیری همواره یک گلوگاه فنی بوده است. به این صورت که افزایش استحکام مواد، معمولاً با افت شکل‌پذیری همراه است. از این رو فائق آمدن بر این محدودیت و دستیابی به خواص مکانیکی فوق‌العاده، همواره در کانون توجه پژوهشگران این حوزه قرار داشته است.

میرزاده ضمن اشاره به اهمیت دستیابی هم‌زمان به استحکام و شکل‌پذیری، درباره پژوهش انجام‌شده در دانشگاه تهران گفت: «در این مطالعه، با استفاده از دانش مناسب پیرامون سازوکار استحکام‌بخشی دگرگونی مارتِنزیتی حین تغییر شکل، یک سیستم آلیاژی آنتروپی بالای جدید با خواص مکانیکی بسیار قابل توجه، طراحی و معرفی شده است.»

این استاد دانشگاه و سرپرست آزمایشگاه فولاد‌های پیشرفته و فرایند‌های ترمومکانیکی مواد مهندسی دانشکدگان فنی دانشگاه تهران درباره روند این پژوهش توضیح داد: «در این رساله، ابتدا تلاش‌هایی جهت درک و کنترل سازوکار‌های استحکام‌بخشی در آلیاژ‌های زنگ‌نزن آستِنیتی پایه آهن، به منظور بهبود خواص مکانیکی انجام شده که به دستاورد‌های بی‌سابقه‌ای همچون شناسایی ابعاد ناشناخته دگرگونی مارتنزیتی حین تغییر شکل انجامیده است. کسب دانش پیرامون ابعاد ناشناخته این سازوکار استحکام‌بخشی، امکان دستیابی به خواص مکانیکی برتر را فراهم می‌کند. در این پژوهش، خواص مکانیکی آلیاژ‌های صنعتی مهمی مانند فولاد زنگ‌نزن ۳۰۴ با کنترل ریزساختار و سازوکار‌های تغییر شکل به طور قابل‌توجهی بهبود یافته است.»

میرزاده درباره دیگر یافته‌های این پژوهش افزود: «در این تحقیق همچنین سینتیک دگرگونی مارتِنزیتی حین تغییر شکل، که یک عامل بسیار مؤثر بر خواص مکانیکی می‌باشد بررسی و یک مدل سینتیکی جدید همراه با پارامتر جدید (χ) که نشان‌دهنده پایداری مکانیکی فاز آستنیت است، معرفی شد که توانایی شایان توجهی در مدل کردن دگرگونی مارتِنزیتی در طیف گسترده‌ای از مواد را دارد. همچنین، پارامتر معرفی‌شده همبستگی خطی بسیار مناسبی با یکی از مهم‌ترین پارامتر‌های ترمودینامیکی مواد دارد.»

این پژوهشگر حوزه مکانیک مواد درباره آلیاژی که برای نخستین بار در جهان در این پژوهش طراحی شده است گفت: «پس از آزمایش‌های لازم و به دست آوردن دانش فنی پیرامون سازوکار استحکام‌بخشی دگرگونی مارتِنزیتی حین تغییر شکل، یک سیستم آلیاژ آنتروپی بالا Fe۴۷Co۳۰Cr۱۰Ni۵V۸-xSix (x = ۳, ۴, and ۶ at. %) با خواص مکانیکی منحصربه‌فرد ساخته شد. در طراحی این سیستم آلیاژی، پارامتر‌های ترمودینامیکی توسط تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی و ریزساختار ماده کنترل شده است. در این سیستم، با تغییر مقادیر عنصر سیلیسیم و عنصر وانادیوم و جایگزینی عنصر منگنز با عنصر نیکل، آلیاژ آنتروپی بالای Fe۴۷Co۳۰Cr۱۰Ni۵V۲Si۶ بهینه‌سازی شده که خواص مکانیکی منحصر به فردی دارد و هم‌زمان از استحکام و شکل‌پذیری بالایی برخوردار است. این سیستم برای نخستین بار است که در سطح جهان معرفی می‌شود.»

مقالات متعدد منتج از این پژوهش، در نشریات گوناگون منتشر شده و مورد استقبال جامعه علمی جهانی قرار گرفته و بعضاً به عنوان مرجعی برای تحقیقات آینده شناخته شده‌اند. در تهیه این مقالات، محمود نیلی احمدآبادی و محمد حبیبی پارسا، اساتید دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران، سجاد مهران‌پور، علیرضا کلهر، و علی حیدری‌نیا، دانش‌آموختگان دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران، و پژوهشگرانی از دانشگاه فنی سیلسیان لهستان و دانشگاه علم و فناوری پوهانگ کره جنوبی همکاری داشتند.