عنوان

اثر پایش سطحی فرآیند ساچمه پاشی پرانرژی بر تحولات ریزساختاری سطحی و رفتارخوردگی فلورایدی مونل 400

۴۹۹۵پ

فارسی

اثر پایش سطحی فرآیند ساچمه پاشی پرانرژی بر تحولات ریزساختاری سطحی و رفتارخوردگی فلورایدی مونل 400

[پایان نامه]

رویا پلمه

صنعتی سهند

۱۴۰۲

۹۹ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی مواد- شناسایی و انتخاب مواد

۱۴۰۲/۰۶/۰۱

در بررسی حاضر، اثر فرآیند ساچمه¬پاشی پرانرژی در درصدهای پایش سطحی 100%، 200%، 500%، 1000%، 1500% و 2000% بر مشخصه¬های ریزساختاری سطحی و عملکرد خوردگی فلورایدی آلیاژ مونل 400 به صورت مقایسه¬ای با همتای آنیل محلولی آن مورد مقایسه قرار می¬گیرد. آزمون¬های سنجش میکروسختی و زبری، پراش پرتو ایکس سطحی (GI-XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، برای مشخصه¬یابی لایه¬های سطحی در نمونه¬های ساچمه¬پاشی شده با انواع پایش¬های سطحی و نمونه آنیل محلولی به کار گرفته شدند. بر اساس نتایج حاصله، با افزایش درصد پایش سطحی، اندازه کریستالیت¬های سطحی از محدوده چند ده میکرونی برای نمونه آنیل تا مقادیر 362، 206، 131 ،90 و 60 نانومتر به ترتیب برای نمونه¬های با پایش¬های 200%، 500%، 1000%، 1500% و 2000% کاهش می¬یابد. این روند هم¬سو با افزایش میکروسختی سطحی از مقدار متوسط HV 132±2 برای نمونه آنیل محلولی شده تا HV5 216± برای نمونه با پایش 2000% است. مشاهدات میکروسکوپی گواه آن بودند که در طول افزایش پایش سطحی، ضخامت لایه کار سرد شده سطحی نیز تا حدود µm 150 افزایش می¬یابد. نتایج تحلیل TEM نشان دادند که مکانیزم غالب تغییر شکل مونل 400 و تشکیل دانه¬های فوق¬ریز در طول این فرآیند مبتنی بر نوارهای لغزشی و تکامل ساختارهای نابجایی¬ است؛ واقعیتی که در پایش¬های بیش از 1000% با تشکیل انبوهی از دانه¬های فوق¬ریز همراه است. با این حال، تغییرات ریزساختاری یاد شده در نمونه با پایش 2000% با تشکیل ریزترک¬های سطحی ناشی از کرنش فزاینده در حین فرآیند ساچمه¬پاشی همراه است. در ادامه، آزمون¬های خوردگی الکتروشیمیایی و غوطه¬وری در محیط HF %48 جهت مقایسه عملکرد خوردگی سطوح آنیل محلولی و ساچمه¬پاشی شده به کار گرفته شدند. بر اساس نتایج آزمون¬های الکتروشیمیایی، رفتار خوردگی همه نمونه¬ها به صورت رویین بود با این تفاوت که کمترین چگالی جریان رویینگی برابر با µA/cm2 1-2/0 برای نمونه با پایش 1500% و بیشترین مقدار آن برای نمونه با پایش 100% برابر با µA/cm2 4-25 بود. مشاهدات سطوح خورده شده مربوط به آزمون یک ماه غوطه¬وری نشان داد که صرفاً نمونه با پایش 1500%خوردگی موضعی را تجربه نکرد و سایر نمونه¬ها دستخوش این حمله قرار گرفتند. افزون بر این، تحلیل طیف¬سنجی نشری پلاسما جفت شده القایی (ICP-OES) از محلول¬های غوطه¬وری پس از 30 روز موید آن بود که نمونه یاد شده با مجموع غلظت یون¬های مس و نیکل در محلول نمونه پایش 1500% کمترین مقدار بود (ppm 150 >) که نشان از میل کمتر این نمونه به انحلال داشت. یافته¬های تحلیل طیف¬سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) نشان داد که اگرچه گونه¬هایی چون NiO، NiF¬2، CuO و Cu(OH)2 روی هر دو نمونه آنیل محلولی و پایش 1500% وجود دارند، با این حال، غلظت گونه¬های اکسیدی که حفاظت بالاتری در برابر خوردگی فلورایدی دارند، در نمونه با پایش 1500% بیشتر است. در پایان، به منظور مقایسه رفتار خوردگی دو نمونه اخیر، یک مدل فیزیکی به صورت طرح¬واره ارائه شده است.

In a comparative manner, high energy shot peening (HESP) with surface coverages of 100%, 200%, 500%, 1000%, 1500%, and 2000% were applied to the Monel 400 and its annealed counterpart. Microhardness and roughness tests, Grazing Incidence X-ray Diffraction (GI-XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), and Transmission Electron Microscopy (TEM) analyses were employed for characterizing surface layers of shot-peened specimens with various surface treatments and the annealed specimen. The obtained results reveal that with an increase in the surface treatment percentage, the surface crystallite size decreases from several tens of microns for the annealed sample to values of 362, 206, 131, 90, and 60 nanometers for specimens with 200%, 500%, 1000%, 1500%, and 2000% treatments, respectively. This trend is accompanied by an increase in surface microhardness, ranging from an average value of 132 HV for the annealed sample to 216 HV for the specimen with a 2000% treatment. Microscopy observations indicate that during the enhancement of surface treatment, the thickness of the cold-worked surface layer increases up to approximately 150 µm. TEM analysis results suggest that the dominant mechanism for the deformation of the Monel 400 during HESP is based on slip bands and the evolution of misorientation structures. This is particularly evident in treatments exceeding 1000%, resulting in the formation of abundant ultrafine grains. However, in the case of the 2000% treatment, additional microstructural changes involving the formation of finer surface cracks due to the increasing strain from the shot peening process are observed. Subsequently, electrochemical corrosion tests and immersion tests in a 48% HF environment were conducted to compare the corrosion behavior of annealed and shot-peened surfaces. Based on the electrochemical test results, the corrosion behavior of all specimens was predominantly localized, with the lowest galvanic current density of 0.2-1.0 µA/cm² observed for the specimen with a 1500% treatment, and the highest value of approximately 4-25 µA/cm² for the 100% treatment specimen. Immersion tests conducted over a 30-day period revealed that only the specimen with a 1500% treatment experienced localized corrosion, while the other specimens underwent this attack. Furthermore, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) analysis of the immersion solutions after 30 days indicated that the specimen with a 1500% treatment exhibited the lowest total concentration of copper and nickel ions (150 ppm >), signifying its lesser propensity for dissolution. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis findings demonstrated that while species such as NiO, NiF₂, CuO, and Cu(OH)₂ were present on both the annealed and 1500% treated specimens, the concentration of oxide species providing better resistance to fluoride-induced corrosion was higher in the 1500% treated specimen. In conclusion, a physical model in the form of a schematic is proposed to compare the corrosion behavior of the two recent specimens.

The Effects of High-Energy Shot Peening Treatment on Surface Microstructural Evolution and Fluoride-Induced Corrosion Behavior of Monel 400

آلیاژ مونل 400

ساچمه پاشی پرانرژی

رفتار خوردگی فلورایدی

آلیاژ مونل 400؛ ساچمه پاشی پرانرژی؛ درصد پایش سطحی؛ ساختارهای نابجایی‌ها؛ رفتار خوردگی فلورایدی

Monel 400 alloy; High-energy shot peening; Surface coverage percentage; Dislocation structures; Fluoride-induced corrosion behavior

پلمه، رویا

توانگر

پورعلی

حجازی

، رضا

، صادق

، سینا

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

مواد، ۷۰۷۴۵، ۱۴۰۲

p

TF

92029

a

Y