27984

بررسي رفتار شكل پذيري و تحولات ريزساختاري دماي محيط فولاد سبك دو فازي Fe-Mn-Al-C

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- مهندسي مواد - شكل دادن فلزات

1399

1401/10/20

حميدرضا عابدي

مهندسي مواد و متالورژي

در پژوهش حاضر به بررسي رفتار تغييرشكل فشاري فولاد سبك دو فازي (α %10 +γ %90) با تركيب شيميايي Fe–17.5Mn–8.3Al–0.74C–0.14Si و چگالي g.cm-3 8/6 در دماي محيط پرداخته شده است.اين فولاد نوين با داشتن خواص مكانيكي برتر و چگالي پايينتر در مقايسه با فولادهاي معمولي، ميتواند جايگزين مناسبي براي استفاده در صنايع مختلف از جمله صنعت خودروسازي باشد. لذا هدف اصلي اين پژوهش، بررسي رفتار شكلپذيري و مطالعه كمي و كيفي تحولات ريزساختاري فولاد سبك فوق ذكر با تمركز بر شناسايي مكانيزمهاي حاكم بر تغييرشكل حين آزمايش فشار است تا نقص و كمبود دانش موجود در زمينه فرآوري اين دسته از فولادهاي نوين تكميل گردد. بدين منظور، آزمايش فشار در دماي محيط و نرخ كرنشهاي s-1 1/0، 01/0 و 001/0 تا كرنش حقيقي 5/2 انجام شد. رفتار سيلان فشاري اين فولاد حاكي از ويژگيهاي فوقالعاده نظير استحكام در محدوده MPa 1100-1050 و شكلپذيري بسيار بالا است. با توجه به منحنيهاي آزمايش فشار، تنش در مراحل اوليه تغيير شكل افزايش مييابد و پس از رسيدن به مقداري بيشينه كاهش مييابد و نرم شوندگي سيلان به وقوع ميپيوندد. اين رفتاربرخلاف رفتار سيلان فشاري ساير فولادها و حتي ساير آلياژها در دماي محيط است كه به صورت پيوسته سخت شوندگي را تجربه ميكنند. بررسي رفتار كارسختي اين فولاد در حين تغييرشكل فشاري نشان داد كه تغييرات نرخ كارسختي بر حسب كرنش همواره نزولي است و به چهار مرحله متمايز تقسيم بندي ميشود. نكته قابل توجه در اين مورد، نرخ منفي كارسختي در مرحله سوم و فعال شدن مكانيزمهاي نرم شوندگي است كه به توسعه و تكامل زيرساختار نسبت داده ميشود. به منظور مشاهده تحولات ريزساختاري، از روش پراش الكترونهاي برگشتي با وضوح بالا استفاده شد. تحولات زيرساختاري شامل تشكيل و تجمع نابجاييها در دانههاي اوليه، ايجاد مرزهاي كوچك زاويه و تشكيلزيردانهها، جذب شدن نابجاييهاي متحرك به مرزهاي كوچك زاويه و حذف شدن آنها در داخل زيردانهها، افزايش تدريجي زاويهجهتگيري مرزهاي فرعي و تشكيل دانههاي تبلور مجدد يافته است. اين تحولات زيرساختاري در حين تغييرشكل منجر به حصول ريزساختاري با اندازه دانه ريزتر ميشود بطوريكه ميانگين اندازه دانه از μm 06/28 در ريزساختار اوليه به μm 64/7 پس از كرنش حقيقي 25/1 كاهش يافت.تكامل زيرساختار و وقوع مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته تا كرنشهاي بالا ادامه مييابد به نحوي كه هيچ ترك سطحي تا كرنش حقيقي 5/2 در نمونه مورد آزمايش مشاهده نشد. بر اين اساس، به نظر مي‌رسد كه وقوع تبلور مجدد ديناميكي نقش مؤثري در ذخيره كردن كرنش در حين تغيير شكل فشاري فولاد مورد بررسي در دماي محيط دارد كه ميتواند نرم شدن رفتار سيلان و شكل‌پذيري بالاي اين فولاد را توجيهكند. علاوه بر وقوع مكانيزم تبلور مجدد ديناميكي پيوسته، وقوع استحاله فازي آستنيت به فريت ناشي از كرنش نيز در مراحل انتهايي تغييرشكل (كرنش حقيقي 25/1) در ريزساختار آلياژ شناسايي شد. اين پديده را ميتوان به عنوان مكانيزم ديگري در راستاي ذخيره كرنش اعمالي براي توضيح نرم شدن سيلان مشاهده شده در تغيير شكل دماي محيط اين فولاد در نظر گرفت.

1401/12/14

An investigation into the room temperature formability behavior and correlated microstructure evolution of Fe–Mn–Al–C lightweight duplex steel

1/10/2024 12:00:00 AM

The present work deals with the room temperature compressive deformation behavior of a low density steel holding an apparent density of 6.8 gr/cm3 with the chemical composition of Fe–17.5Mn–8.3Al–0.74C–0.14Si. This steel exhibits remarkable compressive flow characteristics such as high strength and formability. Surprisingly, the experimented alloy is able to tolerate a high amount of compressive true strain (~2.5) without the appearance of any micro-cracking or macro-localized shearing. During the early stages of deformation, the stress increases, but decreases after reaching a peak, indicating the occurrence of softening at the higherlevels of straining. This is in contrast to the compressive flow behavior of other steels and even other alloys at ambient temperature, which continuously undergo hardening. The results indicate that there is a constant decline in work hardening rate, which is divided into four distinct stages. It is notable that the third stage shows a negative hardening rate, which suggests softening mechanisms are being activated. This is due to the development and evolution of the substructure. As result of these developments, dislocations are formed in the primary grains, small angle boundaries are formed, subgrains are formed, mobile dislocations are absorbed by small angle boundaries and are then removed in subgrains, and orientation angle is gradually increased. These developments include the formation of cell structure within the coarse austenite grains followed by a progressive transition into the subgrains holding low angle boundaries.The misorientation of low angle boundaries are gradually increased during deformation as a result of more dislocation formation and absorption into the pre-existing sub boundaries. The subgrain evolution continues up to the higher applied strain to complete dynamic recrystallization phenomenon. Accordingly, such mechanism appears to play an influential role in strain accommodation during room-temperature compressive deformation, explaining the observed softening and high formability. In addition, strain-induced austenite to ferrite transformation can also be considered as another strain compensation mechanism to explain the observed flow softening at the room temperature deformation.

فولاد سبك دو فازي؛ كار سختي؛ تحولات زيرساختاري؛ تبلور مجدد ديناميكي؛ استحاله فازي آستنيت به فريت

Dynamic recrystallization; Substructure; Compression; Superplasticity

aida azizi

hamidreza abedi