ارزیابی ریزساختار و خواص مکانیکی فولادهای آستنیتی شبه پایدار fe-cr-mn-n نانو/فوق ریزدانه شده توسط عملیات ترمومکانیکی مارتنزیت

در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی فولادهای آستنیتی شبه پایدارfe-cr-mn-n حاوی مقادیر مختلف نیتروژن (کمتر از حدود 0/5 درصد وزنی) مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا اثر نیتروژن (n) بر میزان پایداری آستنیت )γ(، مکانیزم های تغییر شکل (شامل لغزش، استحاله مارتنزیتی و دوقلویی)، تشکیل رسوبات، خواص مکانیکی و خواص خوردگی بررسی شد. همچنین امکان پذیری دست یابی به ریزساختارهای نانو/فوق ریزدانه در این فولادها با استفاده از عملیات بازگشت مارتنزیت مطالعه گردید. بدین منظور از آزمون کشش در دماها و نرخ کرنش های متفاوت به همراه روش های مختلف ارزیابی ریزساختاری نظیر om، fetem، fesem، ebsd و xrd استفاده شد. نتایج نشان داد که نورد داغ (hr) فولاد ها در دمای ℃900 از طریق افزایش چگالی نابجایی ها و کارسختی باعث بهبود و ارتقاء خواص مکانیکی می گردد. استحاله ماتنزیت´? ناشی از تغییر شکل و پلاستیسیته حاصل از آن (trip) اثر قابل توجهی بر خواص این نوع فولادها دارد. در این ارتباط، آغاز استحاله ماتنزیتی در کرنش و نرخ مناسب مهم تر از کسر حجمی مارتنزیت می باشد. با افزایش n حضور نقائص چیده شدن (sf) و مارتنزیت ε در ریزساختار فولاد های hr کاهش و در مقابل دوقلوهای مکانیکی و نواحی دارای نظم کم دامنه (sro) افزایش می یابد. با افزایش n سختی و استحکام تسلیم فولاد های hr به صورت خطی افزایش می یابد. همچنین با افزایش n مقاومت خوردگی فولاد های hr در برابر خوردگی مرزدانه ای و موضعی بهبود می یابد. در مورد استحکام نهایی و کرنش شکست یک ارتباط غیر خطی وجود دارد. با افزایش n کسرحجمی رسوبات cr2n در فولاد های hr افزایش می یابد. انجام کارسرد اولیه به ترتیب باعث افزایش و کاهش کسر حجمی و اندازه این رسوبات می شود. طبق بررسی های ریزساختاری جوانه زنی رسوبات مشاهده شده عمدتا به صورت درون دانه ای است و در نتیجه اثر منفی بر شکل پذیری فولادها ندارند. خواص مکانیکی آلیاژهای مطالعه شده استحکام تسلیم gpa 1/1-1~، استحکام نهایی gpa 2/1-15/1~ و کرنش شکست 70%-40~ می باشد که به مراتب برتر از سایر فولادهای زنگ نزن آستنیتی تجاری متداول است. منحنی نرخ کارسختی-کرنش این فولادها رفتار سه مرحله ای دارد که ناشی از trip و تشکیل دوقلوهای مکانیکی (twip) است. بررسی رفتار سیلان این نوع فولادها نشان داد که به دلیل فعال بودن trip، مدل های متداول بر پایه معادله لودویک اصلاح شده برای توصیف رفتار سیلان آنها مناسب نمی باشد. از این رو با کامپوزیتی لحاظ نمودن ریزساختار (کامپوزیت آستنیت/مارتنزیت) مدل تحلیلی جدیدی برای پیش بینی رفتار آنها به صورت تابعی از کرنش ارائه شد که با نتایج تجربی همخوانی خوبی داشت. علاوه بر موارد فوق نشان داده شد که تمایل آستنیت به استحاله مارتنزیتی ناشی از تغییر شکل با افزایش نیرومحرکه و کاهش sfe افزایش می یابد. از این دو پارامتر می توان برای انتخاب ترکیب شیمیایی مناسب برای عملیات بازگشت مارتنزیت استفاده نمود. همچنین مشاهده شد می توان از عملیات بازگشت مارتنزیت برای ریزدانه کردن فولادهای آستنیتی شبه پایدارfe-cr-mn-n تا حد نانوفوق ریزدانه استفاده نمود. افزایش n تا حد بهینه ای (در این تحقیق حدود wt% 0/36) علیرغم کاهش کسر حجمی مارتنزیت می تواند منجر به بهبود نتیجه عملیات ریزدانه کردن شود. با افزایش درصد n استحکام فولاد های ریزدانه شده بدون افت چشمگیر کرنش شکست شدیدا افزایش می یابد به گونه ایکه فولاد 0.44n ریزدانه شده دارای استحکام تسلیم mpa 1324، استحکام کششی mpa 1467 و کرنش شکست 17% می باشد. اندازه گیری کسر حجمی مارتنزیت نشان داد که trip در فولاد های ریزدانه شده نیز سهم مهمی در افزایش استحکام و شکل پذیری ایفاء می کند.