19768

۱۹۷۶۸

بررسي اثر Ni و Mn در عمليات حرارتي كوئنچ و جدانشيني بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد استحكام بالاي پيشرفته

دكتري

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

۱۳۹۰

۱۳۹۷/۰۶/۲۷

دكتر شمس‌الدين ميردامادي - مرحوم دكتر شهرام خيرانديش

مواد و متالورژي

هدف از انجام اين پژوهش بررسي اثر دو عنصر نيكل و منگنز در طراحي فولادهايي مناسب براي عمليات حرارتي كوئنچ و جدانشيني (Q&P) است. اين عمليات حرارتي، اساساً براي توليد فولادهاي استحكام بالاي پيشرفته طراحي شده است؛ با ‌اين‌حال، تا به امروز يك استاندارد مشخص براي تركيب شيميايي اين فولادها مشخص نشده‌است. سه فولاد كربن متوسط كم آلياژ، با ۴/۰درصد وزني كربن و درصدهاي وزني نيكل و منگنز به ترتيب ۱ و ۵/۴ براي فولا۱، ۲ و ۳ براي فولاد۲ و ۳ و ۱ براي فولاد۳، طراحي ‌شد. با استفاده از نمودارهاي TTT و داده‌هاي ديلاتومتري، پارامترهاي عمليات حرارتي Q&P براي هريك از فولادها مشخص‌شد. در ابتدا اثر دما و زمان در جدانشيني كربن و در مرحله بعد، اثر دماي كوئنچ ناقص با در نظر گرفتن دماها و زمان‌هاي جدانشيني منتخب، بررسي‌ شد. عمليات حرارتي Q&P، توسط دستگاه ديلاتومتر و همچنين در كوره‌‌هاي آزمايشگاهي انجام گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، آناليز EBSD، TKD و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) انجام گرفت. پراش اشعه x (XRD)، همراه با بهينه‌سازي Rietveld براي تعيين كمي درصد آستنيت باقيمانده به‌كار رفت و آزمون‌هاي سختي‌سنجي و كشش تك محوره نيز براي بررسي خواص مكانيكي استفاده شدند. بر اساس نتايج ريزساختاري، آستنيت پايدار شده با ابعادي در مقياس نانومتري به‌صورت لايه‌اي يا بلوكي در بين لايه‌هاي مارتنزيت، باقيمانده است. بيشترين مقدار آستنيت باقيمانده در فولادهاي ۱ و ۲، برابر با vol.%۱۲ اندازه‌گيري شد. با كاهش منگنز از فولاد۱ به فولاد۳، نرخ تحول آستنيت در مرحله جدانشيني افزايش يافت و زمان اين استحاله از ۵۰۰ ثانيه به ۵ ثانيه كاهش پيدا كرد. نتايج آزمون كشش نشان داد كه آستنيت باقيمانده پايدار، بيشتر بر توان كارسختي و افزايش كرنش يكنواخت اثرگذار است؛ همچنين، مشخص‌‌شد كه استحكام تسليم با تشكيل رسوب كاربيد (بينيت و مارتنزيت برگشتي) افزايش مي‌يابد، درحالي‌كه استحكام نهايي كاهش پيدا مي‌كند. استحكام‌هاي تسليم بالا (>MPa1000) و استحكام نهايي بيشتر از MPa 1500 و ازدياد طول نهايي تا 11% براي هر سه فولاد به‌دست ‌آمد كه اين فولادها را در دسته فولادهاي فوق استحكام بالا قرار مي‌دهد.

1397/09/18

A Study on the effects of Ni and Mn in Quench and Partitioning Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Advanced High Strength Steel

12/9/2018 12:00:00 AM

In this research, the effects of nickel and manganese were studied in order to produce suitable steels for quench and partitioning (Q&P) heat treatment. The Q&P heat treatment is designed to produce AHSS steels. Although, a standard composition is not presented for such steels. Here, three low-alloy medium-carbon steels with 0.4wt.%C were designed, which alloy1 contains 1Ni-4.5M, alloy 2, 2Ni-3Mn and alloy3, 3Ni-1Mn (in wt.%). Q&P heat treatment parameters were calculated by dilatometry data and TTT diagram for each alloy. At first, partitioning time and temperature were studied and then the effect of interrupted quench was investigated using nominated previous parameters. The Q&P was carried out in both dilatometer and laboratory furnaces. OM, SEM, EBSD, TKD and TEM were utilized to study the microstructure. In order to quantify the amount of retained austenite (RA), Rietveld refinement applied to XRD data, and to investigate the mechanical properties of the alloys, hardness and uniaxial tensile tests were used. Results showed that RA grain size was in nano-scale order and had a lath and blocky-like morphologies. 12vol.% RA was stabilized in alloy1 and 2 which was the highest amount reached in this study. The increase in partitioning time and temperature caused the increase in austenite decomposition to bainitic ferrite and bainite which resulted in the reduction of RA. It is shown that RA was more influential on instantaneous n and uniform elongation. Carbides (in the bainite and tempered martensite) increased the yield strength, however it decreased the tensile strength of the steels. The tensile test results showed that all Q&P specimens had tensile strengths higher than 1500 MPa and yield strengths over 1000MPa, and the elongation obtained was up to 11% which categorize these steels as ultrahigh strength steels.