Σχέση µικροδοµής, µηχανικών και µαγνητικών ιδιοτήτων σε χάλυβες χαµηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (Low carbon steels)
Authors: Ιωακειμίδης Ευάγγελος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή µελετάται η επίδραση της ηλεκτροχηµικήςδιάβρωσης και θερµικής οξείδωσης (χηµική διάβρωση) αλλά και φαινοµένων ισοθερµίαςστη µηχανική και µικροθραυστική συµπεριφορά ενός χάλυβα χαµηλής περιεκτικότητας σεάνθρακα τύπου ARMCO. Τα φαινόµενα αυτά µελετώνται µε τη βοήθεια τοπικού χαρακτήραµαγνητικής τεχνικής θορύβου Barkhausen, αλλά και µονολιθικού χαρακτήρα µαγνητικήςτεχνικής, βρόχου υστέρησης. Ο εξεταζόµενος χάλυβας υπέστη ηλεκτροχηµική διάβρωση µέσα σε περιβάλλοναλατονέφωσης περιεκτικότητας 3,5% NaCl για προσδιορισµένα χρονικά διαστήµατα. Ηχηµική διάβρωση που έγκειται σε επιφανειακή οξείδωση αλλά και σε ισοθερµικήκαταπόνηση του υλικού πραγµατοποιήθηκε σε ειδικό φούρνο ελεγχόµενης ροής αδρανούςαερίου και πίεσης οξυγόνου σε θερµοκρασία 4100C. Με αυτή την έννοια παράγεται το κύριοπροϊόν οξείδωσης που είναι µαγνητίτης (Fe3O4) αλλά και άλλα προϊόντα ισοθερµικής«ψευδογύρανσης» όπως διάφορες κατακρηµνίσεις σεµεντίτη (Fe3C). Κάτω από αυτές τις συνθήκες αποδείχτηκε ότι τα κύρια προϊόντα της ηλεκτρο- χηµικής διάβρωσης όπως το εισερχόµενο ατοµικό υδρογόνο και το σχηµατιζόµενο επιφανειακόστρώµα µαγνητίτη (Fe3O4), επηρεάζουν µε διαφορετικό τρόπο την µαγνητοµηχανική καιµικροθραυστική συµπεριφορά του χάλυβα. Η συµπεριφορά αυτή µελετήθηκε υπό συνθήκεςµονοαξονικού εφελκυσµού, όπου καταγράφηκε υπό τάση η µαγνητική απόκριση του υλικούστο παλµικό σήµα Barkhausen. Έτσι, διαπιστώθηκε η σύνθετη αλληλεπίδραση τωνµαγνητικών τοιχωµάτων µε τα σηµεία συγκέντρωσης του ατοµικού υδρογόνου στα όρια τωνκόκκων αλλά και γύρω από άλλες προϋπάρχουσες εσωτερικές ασυνέχειες του χάλυβα µε τιςµικροδοµικές αλλαγές που πραγµατοποιούνται λόγω πλαστικής παραµόρφωσης, όπωςσχηµατισµοί διαταραχών (εξαρµόσεων) και µικρορωγµών–µικροκενών. Με αυτόν τοντρόπο φάνηκε ταυτόχρονα ο ενισχυτικός ρόλος της επιβαλλόµενης τάσης ως τασική πόλωσηγια τις µικροµαγνητικές διεργασίες και ειδικά την κινητικότητα των µαγνητικώνπεριοχών/τοιχωµάτων. Έχοντας υπόψη τα παραπάνω και µε τη βοήθεια ενός προτεινόµενου“αριθµού µαγνητικής σκλήρυνσης”, πραγµατοποιήθηκε µια ηµι- ποσοτική ανάλυση, όπουεκτιµήθηκε ο κύριος ρόλος του ατοµικού υδρογόνου στη µαγνητοµηχανική συµπεριφοράτου υλικού. Ταυτόχρονα µέσα από αυτή τη δια-δικασία διαπιστώθηκε η διαφορετικήσυµπεριφορά και ο διαφορετικός ρόλος του σχηµατιζόµενου µαγνητίτη για τη“µαγνητοµηχανική τύπου σκλήρυνσης”. Εποµένως, αποδείχτηκε ακόµα ότι, µε την αύξησητου χρόνου της ηλεκτροχηµικής διάβρωσης δηλαδή µε την αύξηση της συσσώρευσης τουυδρογόνου, µέσω απλής διάχυσης αλλά και µεταφοράς αυτού µέσω κινούµενων διαταραχώνστα σηµεία µηχανικής φθοράς του κρυσταλλικού πλέγµατος που δηµιουργήθηκαν λόγωπλαστικής παραµόρφωσης, η “µαγνητοµηχανική τύπου σκλήρυνσης” του υλικού σχετίζεταισυνεργειακά µε το γνωστό φαινόµενο “Ψαθυροποίησης από υδρογόνο”. Η ύπαρξη αυτούτου φαινοµένου αποδείχτηκε έµπρακτα µέσω της Μικροθραυστογραφικής Ανάλυσης πουδιεξάγεται µε το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης. Ο δευτερεύων ρόλος του µαγνητίτηστη µαγνητοµηχανική συµπεριφορά σχετίστηκε µε “διεπιφανειακά” φαινόµενααλληλεπίδρασης µεταξύ διαταραχών (εξαρµόσεων) του χάλυβα και των µαγνητικώντοιχωµάτων του µαγνητίτη. Στη συνέχεια µελετάται η επίδραση της χηµικής διάβρωσης από θερµική οξείδωση τουχάλυβα στην µαγνητοµηχανική συµπεριφορά αυτού. Η µελέτη της συµπεριφοράς αυτήςπραγµατοποιήθηκε µε δύο µεθόδους: πρώτον µε τη βοήθεια ενός προτεινόµενου “αριθµούµαγνητικής διασποράς” και δεύτερον µε τη βοήθεια “κατανοµής σήµατος Barkhausen µέσωενεργειακού φράγµατος”, όπου διαπιστώθηκε κατ’ αρχάς η ασήµαντη συµβολή του πολύλεπτού στρώµατος επιφανειακού µαγνητίτη στο µαγνητικό σήµα. Με την πρώτη µέθοδοδιαπιστώθηκε και µελετήθηκε η αύξηση της “µαγνητοµηχανικής τύπου σκλήρυνσης” λόγωεντατικοποίησης µικροµαγνητικών διεργασιών που πηγάζουν από την εµφάνιση έντονωνφαινοµένων δυναµικής και στατικής εσωτερικής µαγνητικής “τριβής”. Η κύρια συµβολή σ’αυτή τη “τριβή” προέρχεται κυρίως από την αλληλεπίδραση των µαγνητικών τοιχωµάτων µετα σηµεία συγκέντρωσης κατακρηµνίσεων σεµεντίτη (Fe3C), ενισχυµένη από την δηµιουργίαπεδίων µικρορωγµών και µικροκενών στην περιοχή σχηµατισµού του πλαστικού λαιµού. Μετη δεύτερη µεθόδο διαπιστώθηκε η καθοριστική και συνδυαστική συµβολή της πλαστικήςπαραµόρφωσης και των κατακρηµνίσεων σεµεντίτη (Fe3C) στη διαφοροποίηση τηςκινητικότητας των µαγνητικών τοιχωµάτων, µε αποτέλεσµα την καταγραφή της ύπαρξηςδυο κύριων “φάσεων” κίνησης αυτών. Έτσι, η µια “φάση” συνδέθηκε µε την κίνηση στηνπεριοχή των ορίων των κόκκων και η δεύτερη εντός του εσωτερικού των κόκκων. Τέλος, µε τη βοήθεια της τεχνικής του βρόχου υστέρησης αποδείχτηκε για άλλη µιαφορά το σύνθετο πρόβληµα της αλληλεπίδρασης των µαγνητικών τοιχωµάτων µε τα σηµείασυσσώρευσης ατοµικού υδρογόνου, αλλά και µε την επιβαλλόµενη τάση ως τασική πόλωση.Το πρόβληµα αυτό αναλύθηκε µέσω µετρήσεων της µαγνητικής διαπερατότητας και τουσυνεκτικού πεδίου, όπου παρατηρήθηκε µια συµπεριφορά αυξοµειώσεων των µετρήσεωναυτών, συναρτήσει της επιβαλλόµενης τάσης και του χρόνου διάβρωσης. Ακόµα, µε τοντρόπο αυτό, διαπιστώθηκαν ορισµένα “κρίσιµα” σηµεία συµπεριφοράς των δυο αυτών παραµέτρων συναρτήσει του χρόνου ηλεκτροχηµικής διάβρωσης (βαθµού συσσώρευσηςυδρογόνου) και πλαστικής παραµόρφωσης, όπου οι παραπάνω δυο παράµετροι, στα σηµείααυτά, παρουσιάζουν µια “ανώµαλη” συµπεριφορά µε απότοµες και µεγάλες αλλαγές,γεγονός που χρήζει περαιτέρω έρευνας.