توصيفگر ها :
فولاد پيشرفته استحكام بالا , فولاد سريع سرد و بخش‌بندي شده , اندازه دانه آستنيت اوليه , خواص ريزساختاري و مكانيكي
چكيده فارسي :
به منظور كاهش ميزان مصرف سوخت خودروها و درنتيجه كاهش آلودگي هوا و همچنين بهبود امنيت سرنشينان خودروها، فولادهاي پيشرفته "سريع سرد و بخش‌بندي شده" با وزن كم و استحكام و انعطاف‌پذيري بالا توسعه يافته است. در راستاي تقويت خواص مكانيكي اين دسته از فولادها، راه‌هاي متنوعي نظير تغيير اندازه دانه آستنيت اوليه در طي سال‌هاي اخير صورت گرفته است. در اين پژوهش نيز، با به‌كارگيري عمليات حرارتي تركيبي آستنيته كردن كامل در پنج دما و زمان مختلف، بخش‌بندي دومرحله‌اي و سريع سرد كردن نهايي، تاثير پنج اندازه دانه مختلف آستنيت اوليه در دامنه 34 تا 181 ميكرومتر بر خواص ريزساختاري و مكانيكي فولادهاي پيشرفته سريع سرد و بخش‌بندي شده مورد پژوهش قرار گرفته است. نتايج آزمون پراش پرتو ايكس مشخص كرد، در حالي كه ريزساختار اصلي تمامي نمونه‌ها زمينه مارتنزيتي به همراه مقداري آستنيت باقي‌مانده بود، با كاهش اندازه دانه آستنيت اوليه، پايداري و ميزان آستنيت باقي‌مانده و مقدار جزاير آستنيت/مارتنزيتي در ريزساختار نهايي افزايش يافت و ميزان مارتنزيت تمپرشده كاهش پيدا كرد. همچنين بررسي تصاوير ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي نشان داد كه در نتيجه اين كاهش اندازه دانه، مقدار آستنيت بلوكي شكل در ريزساختار افزايش يافت و جزاير آستنيت/مارتنزيتي، غالبا در مرز سه‌گانه دانه‌هاي آستنيت اوليه تشكيل شد. اما، با افزايش اندازه دانه، تشكيل آستنيت‌هاي لايه‌اي افزايش يافت و آستنيت‌هاي باقي‌مانده با ضخامت‌هاي بيشتر در ريزساختار دانه‌درشت، اكثرا در مرز جزاير آستنيت/مارتنزيتي لايه‌اي يا بلوكي شكل و يا ميان تيغه‌هاي مارتنزيت تمپرشده حضور پيدا كرد. با افزايش اندازه دانه آستنيت اوليه تا مقادير نزديك 50 ميكرومتر، ماكروسختي نمونه‌ها كاهش يافت، اما با افزايش اندازه دانه از اين مقدار، مقادير ماكروسختي به يكباره افزايش پيدا كرد. خواص مكانيكي استخراج‌شده از هر دو آزمون پانچ برشي و كشش استاندارد به ترتيب بر روي دو نمونه ريز و درشت‌دانه در دماهاي آستنيته شدن 950 و 1150 درجه سانتي‌گراد نيز نشان دادند كه نمونه با اندازه دانه ريزتر داراي استحكام تسليم و كششي بالاتر و تغييرات طول كلي و انعطاف‌پذيري كمتري نسبت به نمونه درشت‌دانه بود. با اين حال، هر دو نمونه خواص چقرمگي و جذب انرژي تقريبا يكساني از خود نشان دادند. ارزيابي رفتار كارسختي نمونه‌ها نيز، مشخص كرد كه در مجموع، نمونه با اندازه دانه درشت‌تر، رفتار كارسختي بهتري نسبت به نمونه دانه‌ريز از خود به نمايش گذاشته است در حالي كه نرخ رخداد اثر "پلاستيسيته ناشي از استحاله مارتنزيتي" در اين نمونه كمتر از نمونه ديگر بوده است. همچنين، در شكست‌نگاري از نمونه‌ها مشخص شد كه سطح شكست هر دو نمونه ريزدانه و درشت‌دانه متشكل از تعداد زيادي ميكرو ترك ثانويه و فرورفتگي بود كه نشان از شكست غالبا نرم داشت. با اين وجود، صفحات شكست كليواژدر سطح شكست هر دو نمونه مشاهده شد. همچنين، مشاهده شد كه نوع شكست و رشد ترك در هر دو نمونه، تلفيقي از هر دو نوع مرزدانه‌اي و درون دانه‌اي بوده است، در حالي كه ميزان مكانيزم مرزدانه‌اي در نمونه با اندازه دانه ريز، بيشتر بود و به همين دليل، تغييرات طول كلي آن از نمونه آستنيته‌شده در دما 1150 درجه سانتي‌گراد كمتر شد.
چكيده انگليسي :
Decreasing the fuel consumptions rate in accordance of increasing air pollution as well as improving safety in automotive industry are the two main reasons as to why quench and partitioning steels have been developed. In recent years, variety of methods such as, changing the primary austenite grain size, have been employed to improve mechanical properties of these steels. In this research, the as-cast samples were fully austenitizated at five different temperature-time combination to achieve five different primary austenite grain sizes, varying from ~34 μm to ~181 μm in order to investigate its effects on microstructure and mechanical properties of non-ferritic quench and partitioning steels. XRD patterns revealed that all samples comprise some amount of retained austenite and high amount of martensite. As the primary austenite grain size reduced, the stability and carbon contents of retained austenite as well as the austenite/fresh martensite islands increased while tempered martensite volume displayed a decreasing trend. Also, it was observed from OM and SEM images that because of this reduction in grain size, more amount of blocky retained austenite appeared, austenite/martensite islands were mainly presented at triple primary austenite grain boundaries junctions and retained austenite grains in addition to lath martensites experienced a reduction in thickness. Obtained results from tensile and shear-punching tests confirmed that the finer the primary austenite grain size was, the higher yield and ultimate tensile strengths were achieved, while total elongation was deteriorated. Although a better total work hardening behavior was obtained from the sample austenitizated in 1150℃ with coarse primary austenite grain size, the transformation induced plasticity transformation rate was higher in the fine grain sample austenitizated in 950℃. Furthermore, occurrence of numerous micro-dimples on the fracture surface of both samples presented a major ductile fracture type, nonetheless, cleavage facets were observed on both surfaces. While combination of granular and intergranular fracture type was seen for both samples, fine primary austenite grain size samples were more prone to former type and this is the primary reason why its total elongation is weaker than the sample with 1150℃ austenitization temperature.
