science.adt6666.pdfفولاد زنگ‌نزن با مقاومت فوق‌العاده در برابر خزش چرخه‌ایSuperior resistance to cyc

science.adt6666.pdfفولاد زنگ‌نزن با مقاومت فوق‌العاده در برابر خزش چرخه‌ایSuperior resistance to cyclic creep in a gradient structured steelدر کاربردهای حساس مهندسی نظیر نیروگاه‌ها، تجهیزات فشار قوی، و سازه‌های دریایی، عملکرد بلندمدت قطعات فلزی تحت بارهای سیکلی، همواره با چالشی جدی به نام خزش چرخه‌ای یا Ratcheting همراه است. این پدیده به معنای تجمع کرنش پلاستیک در یک جهت خاص، در نتیجه اعمال تنش‌های نامتقارن سیکلی است که می‌تواند منجر به شکست زودرس قطعات شود.در اغلب آلیاژهای رایج، افزایش استحکام به قیمت کاهش مقاومت در برابر خزش چرکه‌ای تمام می‌شود. ساختارهای نانویی یا پیش‌تنیده در سیکل‌های اول عملکرد مناسبی دارند، اما به‌دلیل نرم شدن سیکلی و موضعی شدن کرنش، خیلی زود مستعد شکست می‌شوند. ایجاد تعادل بین استحکام بالا و مقاومت به Ratcheting یک چالش جدی در مهندسی مواد بوده است.در مطالعه‌ای بسیار برجسته که اخیراً در مجله Science منتشر شده، محققان موفق به طراحی فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 304 با ساختار گرادیانی نابجایی‌ها شدند که مقاومت آن در برابر خزش چرخه‌ای تا 10,000 برابر بالاتر از فولادهای معمولی دانه‌درشت است.📌 چگونه این عملکرد بی‌نظیر حاصل شد؟در این تحقیق، با اعمال تاب‌آوری چرخشی (cyclic torsion) به نمونه‌هایی از فولاد 304، یک ساختار سلسله‌مراتبی گرادیانی از سلول‌های نابجایی با مرزهای کم‌زاویه (<15°) در سطح ایجاد شد که تا عمق حدود 1 میلی‌متر ادامه دارد. این سلول‌ها: اندازه‌ای در حدود 290 نانومتر دارند چگالی نابجایی بسیار بالا (~10¹⁵ m⁻²) در دیواره‌ها دارند می‌توانند در برابر موضعی شدن کرنش و نرم‌شدن سیکلی مقاومت کنند🔁 سازوکار تقویتی نوین: تحول مارتنزیتی نانولایه‌ایدر طی سیکل‌های تنش نامتقارن (با نسبت تنش 0.1 و فرکانس 5 هرتز)، ساختار GDS دچار تحولات میکروساختاری شد: تشکیل نوارهای تغییر شکل با لایه‌های مارتنزیتی HCP بسیار منظم در درون سلول‌ها ایجاد ساختار نانولایه‌ای FCC-HCP با مرزهای کریستالوگرافی هم‌راستا و کوهرنت مانع شدن این نانولایه‌ها از حرکت نابجایی‌ها و افزایش سختی سیکلیبا ادامه سیکل‌ها، ساختار به طور پیوسته ریزتر شد، به‌طوری که حتی پس از 10⁷ سیکل، تخریب مشاهده نشد.📈 نتایج مکانیکی چشمگیر استحکام تسلیم: ~489 مگاپاسکال (130٪ بیشتر از نمونه‌های دانه‌درشت) کرنش خزش تجمعی پس از 10 میلیون سیکل: ~2.1٪ در مقایسه، فولاد معمولی در 10⁵ سیکل با ~26٪ کرنش، شکست خورد نرخ خزش چرخه‌ای: تا 10⁻¹⁰ در هر سیکل، که تا 4 مرتبه بزرگی کمتر از آلیاژهای مهندسی موجود است🧩 مکانیزم‌های فعال در ماده: فعال‌سازی گسترده لغزش‌های جزئی (Shockley partials) و stacking faults تحول فازی FCC → HCP با ساختار نانولایه‌ای پایدار و کوهرنت سخت شدن کینماتیکی و همسانگردی تدریجی در طی سیکل‌ها توزیع گرادیانی تنش داخلی که موجب ممانعت از تمرکز موضعی کرنش می‌شود✅ چرا این تحقیق مهم است؟برای اولین بار، مکانیزم‌هایی همچون استحاله فازی کنترل‌شده در مقیاس نانومتری، ساختار گرادیانی نابجایی، و توزیع تنش داخلی با هم ترکیب شدند تا فولادی ایجاد شود که هم استحکام بالا دارد و هم مقاومت خزش چرخه‌ای بی‌نظیر.این ساختار را می‌توان با روش‌هایی نسبتاً ساده مانند تاب‌آوری، در فولادهای تجاری اعمال کرد و پتانسیل بالایی برای کاربرد صنعتی در مقیاس وسیع دارد.@apply_MatRes@discussion_MatRes🆔 @Materials_research🖥 MatRes.ir📱Instagram