بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد fe-31mn-3al-3si twip در هنگام تغییرشکل سرد

اخیراً، گروهی از فولادهای آستنیتی پرمنگنز همراه با برخی دیگر از عناصر آلیاژی معرفی شده اند که در آنها امکان دست یابی به ترکیب مناسبی از استحکام و انعطاف پذیری وجود دارد. با توجه به پایین بودن انرژی نقص در چیده شدن (sfe) در این فولادها، لغزش متقاطع نابجایی های گسترده به سختی صورت گرفته و در نتیجه تغییرشکل پلاستیکی ناشی از دوقلویی شدن (twip) در کنار لغزش نابجایی ها به عنوان مکانیزم های اصلی در تغییرشکل مشارکت می کنند. به وجود آمدن دوقلویی های مکانیکی به عنوان موانع قوی در برابر حرکت نابجایی ها، تاثیر زیادی بر خواص مکانیکی و به ویژه نرخ کارسختی می گذارد. به همین علت، در این پژوهش بررسی تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد پرمنگنز twip با ترکیب شیمیایی fe-31mn-3al-3si در هنگام تغییرشکل سرد مد نظر قرار گرفته است. از میکروسکوپ نوری، sem و tem برای تعیین اندازه دانه، میزان دوقلویی شدن مکانیکی، کسر تبلور مجدد یافته، ساختار نابجایی ها، چگونگی تداخل سیستم های دوقلویی، تاثیر جهت گیری کریستالی دانه ها بر فعالیت دوقلویی ها استفاده شد. از آزمایش کشش به منظور بررسی تاثیر اندازه دانه بر خواص مکانیکی، میزان دوقلویی شدن مکانیکی و تغییرات نرخ کارسختی استفاده گردید. همچنین با اندازه گیری دانسیته نابجایی ها به روش xrd، تنش سیلان فولاد twip مورد بررسی قرار گرفت. علاوه براین، از مدل سازی شبکه عصبی مصنوعی (ann) نیز برای پیش بینی تاثیر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی استفاده گردید. نتایج نشان داد که تشکیل نابجایی های صفحه ای قبل از دوقلویی شدن مکانیکی ضروری به نظر می رسد. به وجود آمدن این نوع از ساختار نابجایی ها به عواملی مانند وجود نظم کم دامنه (sro) در اثر بالا بودن کسر اتمی عناصر آلیاژی، اندازه دانه و جهت گیری بستگی دارد. پس از به وجود آمدن دانسیته نابجایی های صفحه ای مورد نیاز و ایجاد شبکه taylor، تداخل نابجایی ها روی دیواره شبکه باعث تشکیل جوانه های دوقلویی می گردد. علاوه براین، با ریزدانه شدن فولاد و افزایش تنش بحرانی دوقلویی شدن، سیستم های متعدد لغزش در هنگام تغییرشکل فعال شده و منجر به ایجاد یک ساختار نابجایی های درهم پیچیده و توقف دوقلویی شدن مکانیکی می گردد. همچنین، بررسی های ریزساختاری نشان داد که می توان ارتباط مناسبی بین چند مرحله ای شدن منحنی نرخ کارسختی و سینتیک دوقلویی شدن مکانیکی در فولاد twip ارایه کرد. از سوی دیگر، معادله تنش سیلان بدست آمده شامل هر دو اثر استحکام بخشی ناشی از تداخل نابجایی ها و ریز شدن دینامیکی ساختاری در اثر دوقلویی های مکانیکی، سازگاری خوبی با نمودار آزمایشگاهی دارد. همچنین به عنوان یک روش جدید، بکارگیری میزان نورد سرد بالا و آنیل در ناحیه تبلور مجدد جزئی، جاییکه هنوز مقدار مناسبی از دوقلویی های مکانیکی ایجاد شده در هنگام نورد سرد پایدار باقی مانده است، می تواند در دست یابی به یک فولاد twip با اندازه دانه زیرمیکرون و ترکیب مناسبی از استحکام و انعطاف پذیری مفید باشد. علاوه براین، مقایسه مقادیر پیش بینی شده توسط ann و مقادیر آزمایشگاهی نشان داد که مدل ایجاد شده توانایی خوبی برای پیش بینی خواص مکانیکی فولادهای پرمنگنز دارد.