در این تحقیق به بررسی تحولات ریزساختاری، تغییرات بافت، خواص مکانیکی و بررسی های اولیه در زمینه رفتار خوردگی اتصال غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 aisiبه فولاد کم کربن 37 stبا استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شد. برای انجام جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، سرعت های چرخشی 400، 600 وrpm800و سرعت های پیشروی 50، 100 وmm/min150به کار گرفته شد. بررسی های فازی توسط آزمون پراش اشعه ایکس (xrd) و آزمون طیف سنجی اشعه ایکس (eds) و بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) انجام شد. تغییرات بافت نمونه ها با استفاده از آزمون پراش الکترونی از الکترون های برگشتی (ebsd) بررسی شد. خواص مکانیکی اتصال با استفاده از آزمون کشش، آزمون سوراخ برشی و آزمون ریزسختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص خوردگی اتصال نیز توسط آزمون تافل و آزمون غوطه-وری بررسی شد. نتایج نشان داد با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جوش های سالم بین این دو فولاد به دست می آید. بررسی های فازی در مرز اتصال، عدم تشکیل کاربید و ترکیبات بین فلزی را نشان داد. بررسی های ریزساختاری نیز مشخص کرد، بیشترین میزان کاهش اندازه دانه ها، در ناحیه اغتشاشی سمت فولاد زنگ نزن آستنیتی نمونه جوشکاری شده با سرعت چرخشی rpm600 و سرعت خطی mm/min50 رخ می دهد. آزمون ebsdنشان داد بافت در ناحیه اغتشاشی به سمت صفحات و جهات متراکم تغییر کرده است. نمونه های آزمون کشش جوشکاری شده با سرعت چرخشی ثابت rpm400 و سرعت های پیشروی 50، 100 وmm/min150از ناحیه جوش دچار شکست شدند. این درحالی است که محل شکست سایر نمونه های جوشکاری شده فلز پایه فولاد37 st بود. نتایج آزمون سوراخ برشی بیشترین استحکام برشی نهایی و بیشترین استحکام تسلیم برشی را برای نمونه جوشکاری شده با سرعت چرخشی rpm600 و سرعت پیشروی mm/min50 نشان داد. با این وجود این نمونه کمترین میزان ازدیاد طول را داشت. بیشترین میزان ریزسختی در ناحیه اغتشاشی سمت فولاد 316 aisiنمونه جوشکاری شده با سرعت چرخشی rpm600 و سرعت خطی mm/min50 به دست آمد. نتایج بررسی رفتار خوردگی نشان داد اگرچه ناحیه جوش در نمونه های جوشکاری شده رفتار خوردگی نزدیک به فلز پایه 37 stدارد، با این وجود پتانسیل خوردگی بالاتر و جریان خوردگی بیشتری از خود نشان می دهد. نتایج آزمون غوطه وری نیز نشان داد که کمترین میزان مقاومت به خوردگی حفره ای مربوط به ناحیه اغتشاشی سمت فولاد 37 stاست که دلیل آن می تواند افزایش چگالی نابجایی ها و مرز دانه ها در این ناحیه باشد.

از آنجا که در علوم مهندسی سعی می¬شود با تحلیل نتایج آزمایشگاهی روابطی جهت پیشبینی رفتار ماده در شرایط نسبتا مشابه ارائه شود، یکی از زمینه¬های پژوهشی اثبات درستی این روابط و اصلاح پارامترهای موجود در آن¬ها با استفاده از انجام آزمون¬هایی در شرایط مختلف است. با در نظر گرفتن اینکه هرگونه تغییر شکل پلاستیک در ماده باعث تغییر در دانسیته عیوب خطی می¬شود، محاسبه انرژی ذخیره شده در ماده در کنار تخمین دانسیته عیوب خطی در حین تغییر شکل پلاستیک از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش تغییر شکل پلاستیک در اثر آزمون کشش ساده تک محوری با سرعت کرنش ثابت تا کرنش¬های مختلف انجام شد و در ادامه با استفاده از نتایج آزمون¬های پراش پرتو ایکس (xrd)، تغییرات سرعت فراصوت (uv) و گرما سنجی افتراقی (dsc) اقدام به انجام این محاسبات برای نمونه آلومینیم خالص تجاری کشیده شده در کرنش¬های مختلف شده است. با توجه به نوع پارامترهای متغیر در این آزمون¬ها، نتایج ارائه شده هر کدام مربوط به بخشی از تغییرات دانسیته نابجایی¬ها و انرژی تخمین زده شده است. در ادامه با استفاده از دانسیته نابجایی¬ها و قرار دادن آن در رابطه تیلور منحنی تنش سیلان نمونه بر حسب کرنش رسم و با منحنی بدست آمده از دستگاه کشش مقایسه شد. با مقایسه نتایج بدست آمده از روش تجربی و همچنین روش محاسباتی، تنش اصطکاکی در رابطه تیلور بدست آمد و میزان انحراف داده¬ها از واقعیت مشخص شد. انحراف ناچیز منحنی تنش سیلان با منحنی تنش - کرنش حقیقی نشان از دقت بالای روش محاسباتی بکار رفته در این پژوهش است. در ادامه با مقایسه نتایج آزمون¬های پراش پرتو ایکس و تغییرات سرعت فراصوت میزان و درصد نابجایی¬های قفل شده و قابل حرکت محاسبه شد و در بخش نهایی محاسبه انرژی ذخیره شده در نمونه با استفاده از رابطه آن با دانسیته نابجایی¬ها و مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمون گرماسنجی افتراقی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد تغییر شکل ناشی از کشش ساده در آلومینیوم خالص تجاری باعث افزایش دانسیته نابجایی¬ها شده و درصد بالایی از این افزایش متعلق به نابجایی¬های قفل شده است در جایی که درصد نابجایی¬های قابل حرکت تقریبا در تمامی مراحل تغییر شکل ثابت می¬¬ماند.

در پژوهش حاضر تاثیر مسیر های کرنش در فرایند نورد تجمعی پیوندی (arb) بر خواص مکانیکی و ریز ساختاری نوار های برنج 40/60 مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از نورد تجمعی پیوندی مستقیم (مسیر a) و همچنین نورد تجمعی پیوندی با زاویه های چرخش 90 درجه در جهت پادساعتگرد (مسیر bc)، 90± (مسیر ba) و 180 درجه (مسیر c) استفاده شد. در فرایند نورد تجمعی پیوندی با مسیر a نمونه ها در سیکل دوم چرخانده نشد در حالی که در مسیرهای bc، ba و c نمونه ها پس از نورد در سیکل اول به ترتیب 90 درجه در جهت پادساعتگرد ، 90± و 180 درجه حول محور عمود بر جهت نورد چرخانده شد. جهت انجام این پژوهش از نوارهای برنج 40/60 تجاری با ضخامت 1 میلی متر و در ابعاد 6 × 10 سانتی متر برای مسیر های a و c و 6 × 6 سانتیمتر برای مسیرهای ba و bc استفاده گردید. فرایند نورد تجمعی پیوندی با مسیرهای مختلف تا 5 سیکل (کرنش معادل 0/4) روی ورق های برنجی با موفقیت انجام شد. به منظور بررسی شرایط پیوند های ایجاد شده در طی فرایند نورد تجمعی پیوندی از میکروسکوپ نوری استفاده شد. نتایج نشان داد که در مسیر های a و c با افزایش تعداد سیکل، پیوندهای ایجاد شده در سیکل های قبل بهبود یافته است ولی در مسیر های ba و bc، پیوند های ایجاد شده در فصل مشترک عدم چسبندگی بیشتری را نسبت به دو مسیر قبل نشان دادند. به منظور بررسی خواص مکانیکی ورق های نورد تجمعی شده با مسیر های مختلف از آزمون کشش تک محوری و سختی سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که استحکام کششی و سختی در تمامی مسیر ها تا سه برابر نمونه اولیه افزایش یافت. همچنین برای درک بهتر کرنش برشی اعمالی، این کرنش برشی شبیه سازی شده و برای هر چهار مسیر ارائه و با هم مقایسه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی کرنش های برشی نشان داد که کرنش های برشی بیشترین مقدار خود را زمانی دارا هستند که مسیر کرنش در حین فرایند تغییر نکند. علاوه بر این، اندازه دانه های فرعی ایجاد شده، چگالی نابجایی ها و میکروکرنش در ورق های arb شده با آنالیز داده های پراش پرتوایکس و به کار گیری روش ریت ولد در هر مسیر تخمین و با هم مقایسه شد. نتایج نشان داد که اندازه دانه فرعی در هر مسیر به طور متوسط بین nm 32-22 بود. بررسی سطوح شکست نمونه های نورد تجمعی شده در مسیر های مختلف پس از آزمون کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت و مشخص شد که شکست در ورق های تولید شده در هر چهار مسیر دارای شکست نرم با مکانیزم دیمپل های برشی است.

پیش بینی دقیق خواص و ابعاد محصولات فولادی، به مدل¬سازی رفتار ترمومکانیکی فولاد در حین تغییرشکل، تکامل ریزساختار در مراحل مختلف و استحاله¬های فازی حین سرد کردن کنترل شده پس از تغییرشکل نیاز دارد. به علت تعداد بسیار زیاد متغیرهای درگیر در یک فرایند تغییرشکل، اغلب برای طراحی یک محصول با خواص مورد نظر لازم است تعداد قابل توجهی آزمون¬های آزمایشگاهی انجام شود. رویکرد سعی و خطا نه تنها به هزینه های تولید می افزاید، بلکه زمان تولید یک محصول را نیز افزایش می دهد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن مقاومت به خوردگی مطلوب، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین به¬طور محدود درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرند. پدیده پلاستیسیته ناشی از استحاله (trip) آستنیت به مارتنزیت در فولادهای زنگ نزن آستنیتی شبه پایدار به عنوان یکی از مکانیرم¬های استحکام¬بخشی مهم مطرح بوده و اخیراً به منظور توسعه فولادهای فوق ریزدانه/نانوساختار مورد استفاده قرار گرفته است. از آن¬جایی که خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن آستنیتی به شدت وابسته به استحاله مارتنزیتی ناشی ازکرنش می باشد، پیش بینی مقدار فاز مارتنزیت که تعیین کننده خواص مکانیکی ماده است بسیار حائز اهمیت می باشد. در کار حاضر پدیده trip برای آزمون کشش تک محوره و عملیات نورد تخت یک فولاد زنگ نزن آستنیتی کم نیکل (aisi 201) به روش المان محدود شبیه¬سازی شد. در مدل شبیه¬سازی حاضر که با استفاده از نرم افزار abaqus توسعه یافته، المان¬های دوبعدی بر اساس مدل اُلسن-کهن رفتار فولاد را حین آزمون¬های کشش و نورد پیش¬بینی می¬کند. آزمون کشش تحت زیربرنامۀ abaqus/umat و عملیات نورد تحت زیربرنامۀ abaqus/vumat کدنویسی شد. به منظور اعتبارسنجی خروجی نرم¬افزار، نتایج حاصل از شبیه¬سازی با اطلاعات تجربی حاصل از آزمون کشش تحت دو مقدار متفاوت سرعت کرنش روی فولاد مورد نظر مقایسه شد و تطابق خوبی بدست آمد. میزان تجربی کسر حجمی مارتنزیت تشکیل شده در حین آزمون کشش در سرعت¬های کشش مختلف با خروجی نرم¬افزار توافق داشت. برای بخش نورد نیز با نرخ کرنشی نزدیک به نرخ کرنش آزمون کشش آزمایش¬های عملی انجام گرفت و توافق قابل قبول در مورد میزان تجربی کسر حجمی مارتنزیت تشکیل شده در حین نورد با خروجی نرم¬افزار حاصل گردید.

هدف این پژوهش، ارائه یک الگوریتم متالورژیکی برای توصیف تحولات ریزساختار فولادهای کربن- منگنز حین نورد گرم است. در این پژوهش، داده های آزمون پیچش گرم و داده های خط نورد گرم صنعتی استفاده می شود. این داده ها برای محاسبه کرنش حقیقی، نرخ کرنش و تنش جریان میانگین سیمز، شعاع غلتک تخت شده، کرنش اضافی و لغزش بین غلتک و ورق استفاده شده اند. سپس با توجه به این پارامترهای مکانیکی، تنش جریان میانگین بر پایه معادله بهبودیافته میساکا برای پیش بینی رفتار ورق فولادی کربن- منگنز توسعه یافته است. این مدل مقدار عناصر آلیاژی، میزان تبلور مجدد بین مراحل، انباشت کرنش و امکان شروع تبلور مجدد بین مراحل را درنظر می گیرد. همچنین یک الگوریتم متالورژیکی شامل پیش بینی تحولات ریزساختار حین نورد گرم (محدوده آستنیت) و تبدیل فاز، برای فولادهای کربن- منگنز توسعه یافته است.