ارزیابی مکانیزم های آسیب در فولادهای دوفازی استحکام بالا

تشخیص علت شکست مواد و میکرومکانیزم های حاکم بر آن، نقش قابل توجهی در توسعه مواد جدید و افزایش استحکام و مقاومت به شکست آن ها ایفا می کند. در تحقیق حاضر شکست نرم در فولادهای دوفازی استحکام بالا در مراحل مختلف ایجاد، رشد و به هم پیوستن حفره ها و ترک ها، مشخصهیابی و شناسایی شده است. این بررسی ها با انجام آزمون کشش، مقطع زدن و بررسی دقیق ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی در نمونه های ورق از فولاد dp780 با دو شکل هندسی بدون شیار و شیاردار، انجام گرفت. نمونه های تغییر شکل یافته از فولادهای دو فازی مذکور با سیستم ebsd مورد مطالعه و بررسی ریزساختاری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جوانه زنی حفره ها در این فولادها مستقل از تاثیر شیار عمدتا بر اساس دو مکانیزم گسستگی فصل مشترک بین فاز سخت ثانویه و فاز نرم زمینه و کشیده شدن و گلویی شدن دانه های مارتنزیت و ایجاد ترک و حفره در ناحیه گلویی شده، واقع می شود. بررسی های ebsd نشان داد که در فولادهای دو فازی با افزایش کرنش، عدم تطابق بین فریت و مارتنزیت زیاد تغییر نمی کند ولی عدم تطابق در فصل مشترک دو دانه فریت حاوی ذرات مارتنزیت نزدیک به هم بسیار افزایش می یابد. لذا شرایط برای ایجاد حفره در این مکان ها بسیار مساعد خواهد بود که این مساله با مشاهدات آزمایشگاهی تایید شد. از طرف دیگر مشاهده شد که بعلت بالاتر بودن غیر یکنواختی کرنش در دانه های بزرگ تر نسبت به دانه های کوچک تر، حفره ها ابتدا در مرز دانه های فریت درشت تر جوانه می زنند. به علاوه مشاهده شد که سینتیک رشد حفره در نمونه بدون شیار به طور قابل توجهی بیشتر از نمونه شیاردار است. این رفتار به کاهش بیشتر مقدار تنش سه محوری در وسط ناحیه گلویی در نمونه شیاردار در مقایسه با ناحیه بدون شیار نسبت داده شد. مشاهدات تجربی به عمل آمده نشان داد که علیرغم افت تنش سه محوری در ناحیه گلویی شده نمونه شیاردار، افزایش شدید کرنش موضعی در این ناحیه عامل غالب بوده و افزایش شدید دانسیته حفره ها را به همراه داشته است. این امر موجب افزایش احتمال اتصال حفره ها و کاهش کرنش شکست نهایی شده است. در بررسی سینتیک رشد حفره ها مشاهده شد که مدل های بر پایه مدل rice&treacey نمی توانند پیش بینی خوبی را برای رفتار فولاد دوفازی ارائه کنند، زیرا این مدل ها برای ساختار تک فازی توسعه داده شده اند. در عمل بررسی های انجام شده نشان داد که رشد حفره ها در ساختار دوفازی فریت-مارتنزیت شدیدتر از ساختار تک فازی است. بررسی دقیق مورفولوژی حفره ها همراه با آنالیز سطح شکست، نشان داد که در نمونه بدون شیار که تغییرات کرنشی یکنواختی را تا زمان شکست متحمل شده است، مکانیزم نهایی اتصال حفره ها عبارت از اتصال جانبی و برشی حفره های رشد کرده، است. این در حالی است که در نمونه شیاردار، اتصال حفره ها بواسطه پدیده اتصال ورقه ای حفره ها انجام می شود. با بررسی مدل های موجود نشان داده شد که شرایط بحرانی اتصال حفره ها در فولاد مذکور مستقل از اثر شیار، با معیار معرفی شده توسط brwon & embury تطابق بسیار خوبی دارد. در نهایت با بررسی دقیق رفتار شکست، ساختار مطلوب که مقاومت به آسیب بالاتری را دارا باشد، به صورت ساختاری دو فازی حاوی ذرات سخت و ریز ثانویه در زمینه فریتی دانه ریز که حاوی مقداری عناصر آلیاژی استحکام بخش باشد، پیشنهاد شد. بر اساس این نتایج فولادی دوفازی و فوق ریز دانه تولید گردید که خواص مطلوب را از نظر شکست و آسیب از خود نشان داد. استحکام کششی این فولاد با استحکام فولاد دو فازی dp980 که از جمله مستحکم ترین فولادهای دوفازی تجاری موجود است، قابل مقایسه است. از طرف دیگر انعطاف پذیری کل و یکنواخت این آلیاژ به ترتیب در حدود 12 و 36 درصد بیشتر از فولاد dp980 است که نشان از قابلیت بالای شکل دهی این ماده دارد.