تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی فولادهای دوفازی فوق ریز/ نانودانه با عملیات ترمومکانیکی

در سال های اخیر انواع مختلفی از فولادهای پیشرفته از جمله فولادهای دوفازی که نتیجه تلاش جهانی گروه وسیعی از محققان برای ارائه مجموعه ای از استحکام و شکل پذیری بالا می باشد، توسعه یافته اند. در تحقیق حاضر فولادهای دوفازی فوق ریزدانه با استفاده از فرایند ترمومکانیکی جدیدی بر اساس ریزساختارهای اولیه شامل اجتماعات فریت- کاربید و ساختارهای دوتایی فریتی- مارتنزیتی توسعه داده شده است. تأثیر متغیرهای فراوری نظیر درصد نورد، دما و زمان آنیل بین بحرانی بر تحولات ریزساختاری، خواص مکانیکی، رفتار کرنش سختی و مکانیزم های شکست بررسی شده است. نتایج ارزیابی های ریزساختاری وابستگی اندازه دانه فریت، کسر حجمی، مورفولوژی و اندازه جزایر مارتنزیتی را به ریزساختار اولیه و متغیرهای فرایند ترمومکانیکی نشان داد. ساختارهای دوفازی فوق ریزدانه با متوسط اندازه دانه فریت حدود µm 2 و توزیع یکنواخت شبکه زنجیره ای جزایر مارتنزیتی، با آنیل کوتاه مدت ساختارهای دوتایی 80% نورد سرد شده حاصل شد. بررسی سینتیک تبلور مجدد فریت و تشکیل آستنیت با مدل اصلاح شده جانسون - مل- آورامی- کلموگروف (jmak) نشان داد که وقوع تبلورمجدد کامل فریت قبل از تشکیل آستنیت، منجر به توزیع تصادفی آستنیت در زمینه فریتی و تشکیل ساختار شبکه زنجیره ای می شود. آزمون نانوفرورونده نشان داد که زمان نگهداری طولانی تر حین آنیل بین بحرانی، به دانه های فریت درشت تر و نرم تر در ریزساختارهای دوفازی 80% نورد سرد شده می انجامد. تغییرات نانوسختی مارتنزیت با زمان نگهداری بین بحرانی به تغییر در محتوای کربن آن نسبت داده شد. آزمون های کشش مشخصه های متداول فولادهای دوفازی نظیر تسلیم پیوسته، نسبت تسلیم پایین و انعطاف پذیری یکنواخت بالا را برای نمونه های دوفازی نشان داد. خواص مکانیکی نمونه های با ساختار دوفازی فوق ریزدانه جدید نسبت به نمونه اولیه افزایش چشمگیر داشت، به نحوی که علاوه بر استحکام کششی به مراتب بالاتر (200%~) نمونه آنیل بین بحرانی شده در دمای c?830 به مدت 8 دقیقه (mpa 1587) نسبت به نمونه اولیه (mpa 540)، انعطاف پذیری یکنواخت مشابه (7%~) حاصل شد. نتایج حاضر نشان داد که ممانعت از گسترش موضعی شدن کرنش در مجاورت دانه های فریت، توزیع یکنواخت کرنش در میان ریزساختار ناشی از ساختار شبکه زنجیره ای جزایر مارتنزیتی ریز و کاهش اندازه دانه فریت، شروع ناپایداری پلاستیک و گلویی شدن ماده را به تأخیر انداخته و به انعطاف پذیری قابل قبول حتی در سطوح استحکام خیلی بالا می انجامد. با بررسی کمّی مکانیزم های مختلف استحکام بخشی، مقدار تنش تسلیم فولاد دوفازی حاصل از آنیل بین بحرانی ساختار دوتایی 80% نورد سرد شده در دمای c?770 به مدت 8 دقیقه حدود mpa 4/430 محاسبه شد که در تطابق بسیار خوبی با مقدار اندازه گیری شده (mpa 422) بود. بررسی رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی حاضر نشان داد که آنالیزهای هولمن و کروسارد- جول (c-j)، تغییرشکل دومرحله ای و آنالیز c-j اصلاح شده، تغییرشکل سه مرحله ای را نشان می دهد. همه فولادهای دوفازی، نرخ کرنش سختی بالا در مراحل اولیه تغییرشکل نشان دادند که با افزایش کسر حجمی مارتنزیت افزایش یافت. تغییرات سختی، استحکام، انعطاف پذیری، رفتار کرنش سختی و مکانیزم شکست نمونه ها با متغیرهای ترمومکانیکی به مولفه های ریزساختاری نسبت داده شد. تحقیق حاضر نشان داد که با توجه به مقادیر قابل ملاحظه تعادل استحکام- انعطاف پذیری فولادهای دوفازی توسعه داده شده (j cm-3 100uts×ue >) در مقایسه با کارهای مشابه قبلی، این فولادها می توانند جایگزین های مناسبی برای فولادهای دوفازی تجاری نظیر dp600، dp800 و dp980 باشند.