Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,MohammadReza Forouzan,Behzad Niroumand
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما) محمدرضا فروزان (استاد مشاور) بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Saeidi
نوید سعیدی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Investigation of damage mechanisms in high strength dual phase steels
The needs for new advanced high strength steels (AHSS) with high ductility and strength has been growing rapidly in recent years to satisfy the world demand for the development of energy-ef?cient automobiles. Large plastic deformation during forming of such materials, however, involves some deficiencies in terms of unpredicted ductile fracture. In the present study, ductile fracture mechanisms during room temperature uniaxial tensile testing of a modern high strength dual phase steel, namely DP780 steel, in two geometries of notched and un-notched specimens were studied. Detailed microstructural characterization of the strained and sectioned samples was performed by scanning electron microscopy (SEM). The results revealed that regardless of the specimen shape, interface decohesion, especially at martensite particles located at ferrite grain boundaries, as well as martensite necking and fracturing, were the most probable mechanisms for void nucleation. EBSD analysis revealed that void nucleation was predominantly promoted by the increase of ferrite-ferrite grain boundary misorientation with strain, especially at the boundaries incorporating adjacent martensite particles. Moreover, EBSD study of grain average misorientation, grain orientation spread and Kernel average misorientation of the deformed microstructures revealed that voids nucleation initially happened at ferrite-martensite interfaces neighboring rather large ferrite grains. Void growth kinetics was studied via microscopic observations as well as statistical analysis of different microstructural regions along longitudinal direction from the fracture surfaces. Examining different proposed models for the prediction of void growth behavior showed that neither the empirical Agrawal model nor Rice-Tracey (RT) family models could accurately predict the void growth behavior in the DP steel studied. Therefore, a modified model based on the RT family models was proposed which showed much lower prediction error compared with those of other models studied. Keywords: dual phase steel, ductile fracture mechanisms, EBSD analysis, DIC analysis, ultra-fine grained dual phase steel
تشخیص علت شکست مواد و میکرومکانیزم‌های حاکم بر آن، نقش قابل توجهی در توسعه مواد جدید و افزایش استحکام و مقاومت به شکست آن‌ها ایفا می‌کند. در تحقیق حاضر شکست نرم در فولادهای دوفازی استحکام بالا در مراحل مختلف ایجاد، رشد و به هم پیوستن حفره‌ها و ترک‌ها، مشخصه‌یابی و شناسایی شده است. این بررسی‌ها با انجام آزمون کشش، مقطع زدن و بررسی دقیق ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی در نمونه‌های ورق از فولاد DP780 با دو شکل هندسی بدون شیار و شیاردار، انجام گرفت. نمونه‌های تغییر شکل یافته از فولادهای دو فازی مذکور با سیستم EBSD مورد مطالعه و بررسی ریزساختاری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جوانه‌زنی حفره‌ها 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 دانه‌های مارتنزیت و ایجاد ترک و حفره در ناحیه گلویی شده، واقع می‌شود. بررسی‌های EBSD نشان داد که در فولادهای دو فازی با افزایش کرنش، عدم تطابق بین فریت و مارتنزیت زیاد تغییر نمی‌کند ولی عدم تطابق در فصل مشترک دو دانه فریت حاوی ذرات مارتنزیت نزدیک به هم بسیار افزایش می‌یابد. لذا شرایط برای ایجاد حفره در این مکان‌ها 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 دانه‌های بزرگ‌تر نسبت به دانه‌های کوچک‌تر، حفره ها ابتدا در مرز دانه‌های فریت درشت‌تر جوانه می‌زنند. به‌علاوه 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 حفره‌ها را به همراه داشته است. این امر موجب افزایش احتمال اتصال حفره‌ها و کاهش کرنش شکست نهایی شده است. در بررسی سینتیک رشد حفره‌ها مشاهده شد که مدل‌های بر پایه مدل Rice Treacey نمی‌توانند پیش‌بینی خوبی را برای رفتار فولاد دوفازی ارائه کنند، زیرا این مدل‌ها برای ساختار تک فازی توسعه داده شده‌اند. در عمل بررسی‌های انجام شده نشان داد که رشد حفره‌ها در ساختار دوفازی فریت-مارتنزیت شدیدتر از ساختار تک فازی است. بررسی دقیق مورفولوژی حفره‌ها 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 حفره‌ها عبارت از اتصال جانبی و برشی حفره‌های رشد کرده، است. این در حالی است که در نمونه شیاردار، اتصال حفره‌ها بواسطه پدیده اتصال ورقه‌ای حفره‌ها انجام می‌شود. 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 مستحکم‌ترین 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.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی