Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Morteza Shamanian esfahani
رحمت اله عمادي (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Ashrafi
حميد اشرفي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Friction Stir Welding of Ferrite-Martensite Dual Phase Steel and Evaluation of Weldment Properties
Dual phase (DP) steels are the most widely used type of advanced high strength steels which have allocated great attention from the automobile manufacturers. Application of these steels in tailored welded blanks needs welding. In this research, microstructure and tensile properties of DP600 steel sheets welded by friction stir welding (FSW) using different heat inputs were investigated. Microstructural and texture studies were performed by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and electron backscatter diffraction (EBSD). Mechanical properties of weldments were investigated by microhardness measurements, tensile test and digital image correlation technique. In order to study plastic deformation and damage mechanisms, the cross section of tensile tested specimens was analyzed using SEM and EBSD. The results showed that with increasing the FSW heat input, the microstructure of stir zone (SZ) become coarser and the volume fraction of displacive transformation products such as Widmanestatten ferrite and bainite increases. The texture of primary austenite in the SZ of sample welded by the lowest heat input is included strong B component and weak R, while for the sample welded with the highest heat input the texture consists of strong R and weak B components. The microhardness profiles showed that tempering of martensite leads to the formation of a softened zone in the heat affected zone (HAZ). The ultimate tensile strength of welded samples decreases with an increase in the heat input, while the yield strength is nearly unaffected. However, a joint efficiency of 87% can be achieved by FSW. Study of the strain distribution at different stages of tensile test showed that after the initiation of plastic deformation, the elongation is locally accumulated in the softened zones until the fracture occur in one of them. All the samples exhibited typical ductile fracture behavior with dimples on the fractured surfaces. Analysis of damage mechanisms for different specimens showed that the dominant void formation mechanism in the DP600 steel BM is ferrite-martensite interface decohesion. By tempering of martensite in the subcritical area of HAZ, the above mechanism become less important and voids start to nucleate at higher strains. EBSD investigations indicated that softening of martensite due to tempering leads to the more uniform strain distribution within the ferrite grains, resulting in the reduction of work hardening rate and enhancement of uniform plastic deformation and fracture strain of subcritical HAZ compared to the BM.
چکيده فولادهاي دوفازي معروف‌ترين و پراستفاده‌ترين گروه از خانواده فولادهاي پيشرفته استحکام بالا هستند که در سال‌هاي اخير مورد توجه بسياري از سازندگان خودرو قرار گرفته‌اند. استفاده از اين فولادها در لقمه‌هاي طراحي شده با جوشکاري نيازمند عمليات جوشکاري است. در اين تحقيق، ريزساختار و خواص کششي ورق‌هاي فولاد دوفازي DP600 جوشکاري شده به روش اصطکاکي- اغتشاشي با حرارت‌هاي ورودي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري و بافت توسط ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و پراش الکترون برگشتي بر روي نمونه‌ها انجام گرفت. رفتار مکانيکي اتصالات توسط ريزسختي‌سنجي، آزمون کشش و روش همبستگي تصاوير ديجيتال بررسي شد. به منظور بررسي مکانيزم‌هاي تخريب و تغيير شکل پلاستيک، مقطع نمونه‌هاي شکست آزمون کشش نيز توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي و پراش الکترون برگشتي بررسي شد. نتايج نشان داد که با افزايش حرارت ورودي در جوشکاري اصطکاکي-اغتشاشي، ساختار ناحيه اغتشاش درشت‌تر شده و کسر حجمي محصولات استحاله‌هاي توده‌اي مانند فريت ويدمن‌اشتاتن و بينيت در آن افزايش مي‌يابد. بافت آستنيت پيشين در ناحيه اغتشاش در شرايط جوشکاري با کمترين حرارت ورودي شامل مولفه قوي B و ضعيف R، و در شرايطي با بيشترين حرارت ورودي شامل مولفه قوي R و ضعيف B است. پروفيل ريزسختي نمونه‌ها نشان داد که تمپر شدن مارتنزيت سبب تشکيل يک ناحيه نرم شده در منطقه متاثر از حرارت مي‌شود. بررسي رفتار کششي نمونه‌ها نشان داد که استحکام کششي نهايي با افزايش حرارت ورودي کاهش مي‌يابد، در حالي‌که استحکام تسليم نسبت به فلز پايه دچار تغييرات قابل توجهي نمي‌شود. با وجود کاهش استحکام کششي نسبت به فلز پايه، راندمان اتصال در جوشکاري اصطکاکي- اغتشاشي فولاد دوفازي مي‌تواند به 87 درصد برسد. بررسي توزيع کرنش در مراحل مختلف آزمون کشش نشان داد که پس از شروع تغيير شکل پلاستيک، ازدياد طول به طور موضعي در نواحي نرم شده تجمع يافته تا در نهايت شکست زودرس نمونه از يکي از اين نواحي رخ دهد. بررسي سطوح شکست نشان داد که شکست همه نمونه‌ها مانند نمونه فلز پايه با مکانيزم نرم و تشکيل ديمپل رخ مي‌دهد. بررسي مکانيزم تخريب نمونه‌هاي مختلف نشان داد که در نمونه فولاد دوفازي، مکانيزم غالب تشکيل حفرات در حين آزمون کشش گسيختگي فصل مشترک فريت-مارتنزيت است که با تمپر شدن مارتنزيت در ناحيه زيربحراني منطقه متاثر از حرارت نمونه‌هاي جوشکاري شده، از سهم مکانيزم مذکور در جوانه‌زني کاسته شده و تشکيل حفرات در کرنش‌هاي بالاتري آغاز مي‌شود. همچنين، با استفاده از پراش الکترون برگشتي مشاهده شد که کاهش سختي مارتنزيت در اثر تمپر شدن سبب توزيع يکنواخت‌تر کرنش در دانه‌هاي فريت شده، که منجر به کاهش نرخ کارسختي و افزايش تغيير شکل پلاستيک يکنواخت و کرنش شکست ناحيه زيربحراني نسبت به فلز پايه مي‌شود. کلمات کليدي : فولاد دوفازي، جوشکاري اصطکاکي- اغتشاشي، ريزساختار، خواص کششي، مارتنزيت تمپر شده، بافت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی