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.

استفاده از فولادهای میکروآلیاژ در تولید قطعات خودرو به روش فورج به خاطر صرفه جویی در هزینه ها و کاهش زمان تولید، در چند دهه اخیر گسترش زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق رفتار رشد دانه آستنیت با افزایش دمای پیش گرم و اثرات پارامترهای عملیات ترمومکانیکی بر روی فورج فولاد میکروآلیاژ و فولاد ck45 مورد بررسی قرار گرفت. برای ارزیابی ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه ها از آزمایش های متالوگرافی و مکانیکی استفاده شد. همچنین برای سرد کردن سریع نمونه ها بعد از فورج از دمش هوا و اسپری اب استفاده گردید. با استفاده از منحنی رشد دانه با دمای پیش گرم، دمای انحلال کربونتریدهای وانادیوم تقریبا 950 درجه سانتیگراد تعیین گردید. نتایج به دست آمده از تاثیر دمای پیش گرم بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژ نشان میدهد که در این فولاد به علت پایین بودن دمای انحلال رسوبات وانادیوم، تغییرات دمای پیش گرم از 1000 تا 1200 درجه سانتیگراد تاثیر زیادی بر روی آن ندارد. بنابراین میتوان برای کاهش انرژی پرس و اصطکاک قالب، دمای 1100 درجه سانتیگراد را به عنوان دمای پیش گرم انتخاب کرد. نتایج بدست آمده از فورج نمونه های فولاد میکروآلیاژ فولاد ck45 به وسیله پرسای پیچی، هیدرولیک و چکشی در کرنشهای 20و50و70 درصد نشان میدهد که به دلیل وجود عنصر میکروآلیاژ وانادیوم و همچنین بالا بودن درصد منگنز در فولاد میکروآلیاژ، ریزساختار نهایی در مقایسه با نمونه نرماله شده تقریبا مشابه است و سختی افت زیادی پیدا نکرده است. در حالی که در فولاد ck45 با افزایش نرخ کرنش و میزان کرنش، ریزساختار در مقایسه با نمونه نرماله، دشت دانهه تر شده و سختی کاهش زیادی پیدا کرده است در شرایط سرد کردن در هوای آرام ریزساختار نهایی در فولاد میکروآلیاژ شامل شبکه ضخیم فریت با کلنیهای درشت پرلبت میباشد. با افزایش سرعت سرد کردن بلافاصله بعد از فورج در فولاد میکروآلیاژ، اندازه کلنی های پرلبت کاهش زیادی یافته و شبکه فریت نیز نازکتر شده است با ریز شدن ساختار نهایی در فولاد میکروآلیاژ علاوه بر افزایش استحکام و سختی، تافنس نیز تا حدودی بهبود یافته است.

در این پژوهش تحولات ریزساختاری و تغییرات خواص مکانیکی آلیاژ برنج cu-35zn در اثر نورد سرد و آنیل از طریق کنترل سینتیک پدیده های بازیابی و تبلورمجدد مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی انجام این تحقیق تعیین شرایط بهینه جهت دست یابی به بیشترین میزان چقرمگی (سطح زیر منحنی تنش کرنش) با ریزساختار دوگانه شامل توزیع دانه های ریز و درشت در کنار هم و تبلورمجدد جزئی است. بدین منظور دو مسیر برای رسیدن به هدف تعریف شده مد نظر قرار داده شد. در روش اول ورق های برنجی آنیل شده به میزان 60، 75 و 90 درصد نورد سرد و در دماهای 300 تا 550 درجه سانتیگراد در کوره الکتریکی آنیل شدند. نتایج بررسی های انجام شده نشان داد در محدوده دمایی تبلورمجدد جزئی به علت استحکام بالا ناشی از نواحی تبلورمجدد نشده و همچنین در محدوده دمایی کاملا تبلورمجدد شده به علت انعطاف پذیری بالا ناشی از دانه های تبلورمجدد شده، چقرمگی بالایی حاصل شد. در روش دوم به منظور انجام عملیات آنیل در محیط های با نرخ انتقال حرارت بالاتر و دست یابی به خواص مکانیکی بهتر نمونه های 90 درصد نورد سرد شده به مدت 10 دقیقه در کوره حمام نمک آنیل شدند. تعدادی از نمونه ها در محدوده دمایی بازیابی (250درجه سانتیگراد)، تعدادی در محدوده دمایی تبلورمجدد (450 درجه سانتیگراد) و تعدادی نیز به منظور بررسی رقابت بین بازیابی و تبلورمجدد ابتدا در محدوده دمایی بازیابی و سپس در محدوده دمایی تبلورمجدد آنیل شدند. نتایج آزمون کشش نشان داد که برای نمونه های آنیل شده در محدوده دمای بازیابی، با کاهش دانسیته نابجایی ها در حضور دوقلوهای مکانیکی انعطاف پذیری به مقدار کم افزایش یافت. در محدوده دمای تبلورمجدد در زمان های آنیل 1 و 5 دقیقه با ایجاد تبلورمجدد جزئی و در زمان آنیل 10 دقیقه با ایجاد ریزساختار دوگانه استحکام و انعطاف پذیری بهبود پیدا کرد. در نمونه هایی که در دو محدوده دمایی بازیابی و تبلورمجدد آنیل شدند، بازیابی بخش کمی از انرژی ذخیره شده را مصرف کرده و با افزایش سهم بازیابی نسبت به تبلورمجدد در نمونه ها، به علت انجام تبلورمجدد جزئی استحکام کششی و استحکام تسلیم افزایش و انعطاف پذیری کاهش یافت. مقایسه نتایج در دو روش نشان داد که چقرمگی در کوره حمام نمک در محدودهmj/m3 220 تا mj/m3245 است در حالیکه در کوره الکتریکی بیشترین مقدار چقرمگی کمتر از mj/m3220 محاسبه شد.