Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفی زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Peiman Behjati
پیمان بهجتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Evaluation of microstructure and mechanical properties of nano/ultrafine grained Fe-Cr-Mn-N metastable austenitic steels prepared by martensite thermo-mechanical treatment
In this work, microstructure and mechanical properties of metastable austenitic Fe-Cr-Mn-N steels containing different amount of N (less than ~0.5 wt%) was studied. In addition, possibility of application of martensite thermomechanical treatment for grain refinement of these steels down to nano/ultrafine range was explored. It was observed that stacking faults and ?-martensite needles decreases with N, conversely, short range ordering and deformation twinning increases. Further, it was found that yield strength and hardness of the alloys linearly increases with N. In contrast, elongation and tensile strength of the alloys changed nonlinearly with increasing N. Influence of N on mechanical properties was mainly related to its effect on solid solution strength and deformation-induced ?´-martensitic transformation. Martensite thermomechanical treatment was employed to refine the microstructure of the steels down to nano/ultrafine size. It was observed that the finest austenitic microstructure is achieved in the 0.36 wt% N steel reversion annealed at 1173 K (900?C) for 100 s with an average grain size of about 217 nm. However, the superior mechanical properties was achieved in the 0.44 wt% N steel, exhibiting an ultrahigh strength (yield strength of 1324 MPa and tensile strength of 1467 MPa) with a good elongation of 17%. Keywords: Austenitic steels; Microstructure; deformation; Martensite; Twinning; Grain refinement.
: در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی فولادهای آستنیتی شبه پایدارFe-Cr-Mn-N حاوی مقادیر مختلف نیتروژن (کمتر از حدود 5/0 درصد وزنی) مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا اثر نیتروژن (N) بر میزان پایداری آستنیت )?(، 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 ?C900 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. مراحل استحاله مارتنزیتی ناشی از تغییر شکل به ترتیب عبارت است از: ´? ????. با افزایش N حضور نقائص چیده شدن (SF) و مارتنزیت ? 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 Cr 2 N 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% 36/0) 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. کلمات کلیدی: فولادهای آستنیتی؛ ریزساختار؛ تغییرشکل؛ مارتنزیت؛ دوقلویی؛ ریزدانه کردن؛

ارتقاء امنیت وب با وف بومی