مکانیزم استحکام دهی در فولادهای آستنیتی
در اصطلاح کلی
هر عاملی که بتواند مانع حرکت نابجایی‌ها شود و بدین گونه تغییر فرم پلاستیکی را
کاهش دهد، موجب افزایش استحکام مواد می‌شود. در فولادهای آستنیتی چون هیچ تغییر
فازی در طول عملیات حرارتی رخ نمی‌دهد، قابل سخت شدن با عملیات حرارتی نیستند.آنها
میتوانند با مکانیزم‌های دیگری که می‌تواند برای بقیه فولادها نیز استفاده شود مستحکم
میشوند.استحکام دهی توسط ایجاد محلول جامد یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های استحکام
دهی است[10].
نشان داده شده است که اتم‌های بین نشین همانند کربن و نیتروژن به طور قابل ملاحظهای بر حوزه های تنشی نابجایی‌ها تأثیرگذار است.اتم‌های بین نشین دارای حوزه های تنشی در اطراف خودشان هستند اما وقتی به سمت حوزههای تنشی نابجایی‌ها حرکت می‌کنند در وضعیتی قرار می‌گیرند که حوزههای تنشی آنها کاهش می‌یابد. این موجب شکل گیری غلظت بالاتری از عناصر بین نشین در اطراف نابجایی‌ها می‌شود، که در حالت شدید می‌تواند خطی از اتم‌های بین نشان در طول هسته نابجایی ایجاد کند. انرژی باند بین اتم‌های آهن و کربن در حدود 0.5eV است. به همین دلیل نابجایی‌ها میتوانند توسط رشته های اتم‌های کربن در طول نابجایی قفل شده و موجب افزایش استحکام شوند. تحقیقات نشان میدهد مقدار بسیار کم کربن (10-6wt%) برای اینکه بتواند در تمام طول خطوط نابجایی‌ها قرار گیرد کافی میباشد[11].
استحکام دهی می‌تواند از طریق اتم‌های جانشین نیز بدست آید. معمولاً اندازه اتم‌های جانشین بزرگ‌تر از اتم‌های آهن هستند. به هر حال تفاوت در رفتار الاستیکی اتم حلال و محلول در تعیین استحکام دهی کلی موثر است. به طور تکنیکی سهم افزایش سختی از طریق محلول جامد بیشتر از سایر موارد همچون مرزدانه و رسوب سختی است. همچنین این روش همانند ریز دانه کردن سبب افزایش استحکام می‌شود، بدون اینکه تأثیر معکوسی روی داکتیلیتی داشته باشد.استحکام دهی با رسوب سختی یا پراکنده سختی راه دیگری برای افزایش استحکام است که ذرات فاز ثانویه همچون کاربیدها، نیتریدها و ترکیبات بین فلزی در زمینه یا مرزدانه فولاد آستنیتی پخش میشوند[12]. این ذرات فازهای ثانویه حرکت نابجایی‌ها را محدود میکند و بدین گونه استحکام را افزایش میدهد. اثرات استحکام به طور معکوس به اندازه ذرات و فاصله بین آنها مربوط است. یعنی اگر ذرات ریز به طور دقیقی در زمینه توزیع شده باشند استحکام افزایش می‌یابد. بنابراین شرایط ایده آل ایجاد کسر حجمی بالا از ذرات ریز فاز ثانویه است. این ویژگی با معرفی چندین نوع رسوبات فاز ثانویه بدست می‌آید. این موضوع باید مورد توجه باشد که استحکام دهی با پراکنده سختی اثرات معکوسی بر روی داکتیلیتی دارد و باید یک تعادل برای استفاده از ذرات وجود داشته باشد. استحکام دهی با رسوب سختی نیز می‌تواند تأثیراتی بر خواص فولاد داشته باشد. برای مثال مرزدانههای غنی از کاربید ها و نیتریدهای کروم باعث ایجاد مناطق تهی از کروم در مجاورت مرزدانهها میشوند و این موضوع مقاومت به خوردگی تنشی را کاهش میدهد. استحکام دهی همچنین می‌تواند از طریق پالایش دانه نیز بدست آید که بعضی اوقات استحکام دهی مرزدانهای نامیده می‌شود[13]. در ساده‌ترین حالت، مرزدانهها مانع حرکت نابجایی‌ها میشوند و سایزهای کوچک‌تر دانه، تعداد مرزدانه بیشتری دارند و بدین گونه بیشتر برای حرکت نابجایی‌ها ایجاد اشکال می‌کنند. اثرات تنش روی تنش[1] می‌تواند با معادل هال پیچ شرح داده شود.
جایی که و در کرنش ( ) در دمای مشخص ثابت هستند و d سایز دانه است. مرزدانه ها یک نوع عیب بلوری هستند و ناخالصی‌ها را به سمت خود می‌کشند یعنی ناخالصی‌ها به سمت مرزدانه ها حرکت می‌کنند در آنجا پشت سرهم قرار می‌گیرند و در اصطلاح ستونی[2] میشوند ستونی شدن سبب ایجاد تنش در مجاورت مرزدانه می‌شود که وقتی به حد بحرانی می‌رسد به عنوان یک منبع جدیدی از نابجایی‌ها عمل میکند. در این حالت نابجایی‌ها از دانهای به دانه دیگر منتقل میشوند و اثراتی دارند که به صورت ماکروسکو پی قابل مشاهده هستند[14]. این اثرات باندهای لودر نام‌گذاری میشوند. اندازه دانه تعیین کننده میزان مسافتی است که نابجایی‌هایی مجبورند برای تشکیل تجمع نابجایی ها در مرزدانه حرکت کنند و بدین گونه شمار نابجایی‌هایی که درگیرند را مشخص می‌کنند. در مرزدانهها با اندازه بزرگ، ستونی شدن نابجایی‌ها با شمار زیادی از نابجایی‌ها همراه است و بدین صورت تمرکز تنش در دانه مجاور زیاد است. تنش برشی نوک ستون نابجایی‌ها معادل است که n شمار نابجاییهای درگیر هستند و تنش برشی روی صفحه لغزش است. پس در دانه های بزرگ‌تر، انتقال نابجایی‌ها راحتر صورت می‌گیرد. دانه های ریز برای این عملکرد یک مزیت محسوب میشوند برای مثال مقاومت به تنش خوردگی بین دانه ای را کاهش می‌دهند. کار سرد که در دمای پایین نسبت به نقطه ذوب انجام می‌شود می‌تواند نابجایی ایجاد کند. یک نابجایی می‌تواند حرکت نابجایی دیگر را با مشکل روبرو کند و بدین صورت به عنوان سدی بر راه حرکت نابجایی عمل کند. تیلور[3] پیشنهاد داد که بعضی از نابجایی‌هایی که در داخل بلور قفل شده‌اند[4] به عنوان منبع تنش داخل عمل کرده و حرکت نابجایی در حال لغزش است[15]. یکی از راه های ساده ای که دو نابجایی میتوانند با هم برخورد نمایند، برهمکنش الاستیک است. بدین گونه دو نابجایی لبه ای موازی با علامت مخالف (یکی مثبت یکی منفی) که روی یک صفحه موازی حرکت می‌کنند در اثر برهمکنش قفل میشوند. کار سرد می‌تواند به مقدار زیادی استحکام کششی و تسلیم و سختی را افزایش دهد اما توانایی پلاسیده و به طور کلی توانایی تغییر شکل را کاهش میدهد. به علاوه، خواص فیزیکی مانند رسانایی الکتریکی کاهش می‌یابد. کار سرد همچنین می‌تواند رسوب دهی و بدین گونه عملکرد مواد را تغییر دهد. برای مثال، کار سرد بعد از آنیل محلول سازی یک فولاد آستنیتی به کار می‌رود تا چگالی نابجایی را افزایش دهد و بدین طریق رسوبات بین دانه ای را افزایش میدهد. با این کار توزیع همگنی از چگالی بالایی از کاربیدهای ریزNbC ایجاد میکند که باعث افزایش استحکام ناشی از رسوب می‌شود[16].
