25464

تاثير عمليات حرارتي بر ريزساختار فولادهاي كربن متوسط Fe-Al-Mn و بررسي خواص كششي و چقرمگي آن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1397

1400/4/28

دكتر حسين عربي- دكتر بهمن ميرزاخاني

دكتر يحيي پاليزدار

مهندسي مواد و متالورژي

صنعت خودروسازي در دهه¬هاي اخير رشد چشمگيري از خود نشان داده به‌نحوي‌كه شاخه¬هاي زيادي از علوم مهندسي ازجمله متالورژي درگير مسائل و مشكلات مشاهده‌شده در اين صنعت كرده است. يكي از چالش¬هاي اساسي در صنعت خودرو كه همواره موردبررسي و پژوهش بوده است، افزايش ايمني سرنشينان و درعين‌حال كاهش مصرف سوخت خودرو است كه تا اندازه¬ي زيادي به جنس بدنه¬ي خودرو مرتبط هستند. لذا طراحي بدنه¬ي خودروها به‌نحوي‌كه هر دو مؤلفه هم‌زمان حاصل شوند در سال¬هاي اخير اهميت چشمگيري پيداكرده است. به‌منظور دستيابي به اهداف بالا در اين پژوهش به بررسي تأثير پارامتر¬هاي فرآيند عمليات حرارتي كوئنچ و بخش¬بندي (Q&P) بر روي ريزساختار و خواص كششي يك فولاد پركاربرد در بدنه¬ي خودروها به نام -TRIPδ از خانواده¬ي فولاد¬هاي كربن متوسط Fe-Al-Mn-C با تركيب شيميايي Fe-4.84Al-1.09Mn-0.47C-0.36Si در شرايط متغير پرداخته شده است. نمونه¬هاي اوليه مورداستفاده در اين تحقيق به‌صورت ريختگي نورد گرم شده بوده كه در طي چهار مسير عمليات حرارتي متفاوت ابتدا در دو دماي 850 و 900 درجه سانتي¬گراد به مدت 1200 ثانيه آستنيته و سپس در دماي 150 درجه سانتي¬گراد در حمام روغن به مدت 20 ثانيه كوئنچ جزئي و درنهايت در دو دماي 350 و 430 درجه سانتي¬گراد در زمان¬هاي 100 و 500 و 1000 و 1600 و 2000 ثانيه بخش¬بندي شدند. بررسي¬ ريزساختار نمونه¬هاي مختلف توسط (OM)، (SEM) و (EBSD) انجام گرفت. اين بررسي¬ها نشان داد كه ريزساختار اين نمونه¬ها حاوي فاز فريت دلتا، مارتنزيت و آستنيت باقي¬مانده است. كسر حجمي آستنيت باقي¬مانده و ميزان كربن موجود در آستنيت به كمك الگوي پراش اشعه ايكس (XRD) محاسبه شد. همچنين با توجه از آزمايش كشش و سختي سنجي براي به دست آوردن شرايط بهينه خواص كششي استفاده شد. بر اين اساس استحكام تسليم، استحكام نهايي، درصد ازدياد طول كل، چقرمگي و سختي نمونه¬ها اندازه¬گيري شد. نتايج آزمايش كشش نشان مي¬دهد افزايش دما و زمان بخش¬بندي و همچنين افزايش دماي آستنيته كردن باعث خروج بيشتر كربن از مارتنزيت و نفوذ به آستنيت باقي¬مانده مي¬شود و پايداري آستنيت را افزايش مي¬دهد. علاوه بر اين مشخص شد كه بعد از عمليات حرارتي مختلف افزايش نسبتاً زيادي در درصد ازدياد طول اتفاق مي¬افتد كه منجر به افزايش چقرمگي مي¬شود. مقايسه داده¬هاي به‌دست‌آمده براي نمونه¬ي اوليه نشان مي¬دهد كه استحكام و درصد ازدياد طول افزايش‌يافته‌اند به‌نحوي‌كه در برخي از مسيرهاي عمليات حرارتي در حدود 27 درصد افزايش استحكام و در برخي نمونه¬هاي ديگر در حدود 100 درصد ازدياد طول نسبت به نمونه اوليه مشاهده‌شد. همچنين در نمونه-هايي كه حد بهينه¬اي از استحكام و شكل‌پذيري را به خود اختصاص داده¬اند رشد استحكام نسبت به نمونه اوليه در حدود 7 تا 11 درصد و ازدياد طول در حدود 70 تا 85 درصد از خود نشان داده¬اند. همه¬ي اين داده¬ها حاكي از افزايش چقرمگي و ضريب ايمني آلياژ براي كاربرد در بدنه خودرو است.

1400/07/25

Effect of heat treatment on the microstructure of Fe-Al-Mn medium carbon steels and study of its tensile properties and toughness

7/19/2022 12:00:00 AM

The automotive industry has shown significant growth in recent decades, involving many branches of engineering, including metallurgy, in the problems and issues observed in the industry. One of the major challenges in the automotive industry that has always been studied and researched is to increase occupant safety and at the same time reduce vehicle fuel consumption, which is largely related to the body material of the vehicle. Therefore, achieving both components simultaneously in designing of car body has become very important in recent years. To achieve the mentioned objectives in this study, the effect of quench and partitioning (Q&P) heat treatment process parameters on the microstructure and tensile properties of a δ-TRIP steel from the Fe-Al-Mn-C medium carbon steel family with a chemical composition of Fe-4.84Al-1.09Mn-0.47C-0.36Si has been investigated under variable conditions. The prototypes used in this research are in the form of hot rolled cast that are austenitized at two temperatures of 850 and 900 ° C for 1200 seconds during four different heat treatment paths and then partially quenched at 150 ° C in oil bath for 20 seconds and finally partitioned at 350 and 430 ° C, which are above the Ms temperature of this alloy, for 100, 500, 1000, 1600 and 2000 seconds. Microstructure of samples was investigated by (OM), (SEM), and (EBSD). These studies showed that the microstructure of these samples contained delta ferrite phase, martensite, and austenite. The fuzzy fraction of retained austenite and the amount of carbon in austenite were calculated using the X-ray diffraction pattern (XRD). Also, the tensile and hardness tests were applied to obtain the optimal conditions of tensile properties. And then, yield strength, final strength, percentage of total elongation, toughness, and hardness of the samples were calculated. The results of the tensile test shows that increasing partitioning time and temperature and austenitization temperature causes more carbon to escape from the martensite and infiltrate into the retained austenite and increase the austenite stability. In addition, it was found that after various heat treatments, a relatively large increase in the percentage of elongation occurs, which leads to an increase in toughness. Comparison of the data obtained from samples with the prototype shows that the strength and elongation percentage have increased in a way that in some heat treatment paths strength increases about 27% and in some other samples elongation increases about 100% compared to the prototype. Also, in some samples that have the optimal level of strength and ductility, the increase in strength is about 7-11% and the increase in elongation is about 70-85% compared to the prototype. All these data indicate an increase in the toughness and safety factor of this alloy for use in the automotive body.

فولاد TRIP، آستنيت باقي¬مانده، مارتنزيت،كوئنچ و بخش¬بندي

TRIP Steel, Retained Austenite, Martensite, Quench & Partitioning