Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Morteza Shamanian esfahani
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Ashrafi
حمید اشرفی

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.
فولادهای دوفازی معروف‌ترین و پراستفاده‌ترین گروه از خانواده فولادهای پیشرفته استحکام بالا هستند که در سال‌های اخیر مورد توجه بسیاری از سازندگان خودرو قرار گرفته‌اند. استفاده از این فولادها در لقمه‌های طراحی شده با جوشکاری نیازمند عملیات جوشکاری است. در این تحقیق، ریزساختار و خواص کششی ورق‌های فولاد دوفازی DP600 جوشکاری شده به روش اصطکاکی- اغتشاشی با حرارت‌های ورودی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری و بافت توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش الکترون برگشتی بر روی نمونه‌ها انجام گرفت. رفتار مکانیکی اتصالات توسط ریزسختی‌سنجی، آزمون کشش و روش همبستگی تصاویر دیجیتال بررسی شد. به منظور بررسی مکانیزم‌های تخریب و تغییر شکل پلاستیک، مقطع نمونه‌های شکست آزمون کشش نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش الکترون برگشتی بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش حرارت ورودی در جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی، ساختار ناحیه اغتشاش درشت‌تر شده و کسر حجمی محصولات استحاله‌های توده‌ای مانند فریت ویدمن‌اشتاتن و بینیت در آن افزایش می‌یابد. بافت آستنیت پیشین در ناحیه اغتشاش در شرایط جوشکاری با کمترین حرارت ورودی شامل مولفه قوی B و ضعیف R، و در شرایطی با بیشترین حرارت ورودی شامل مولفه قوی R و ضعیف B است. پروفیل ریزسختی نمونه‌ها نشان داد که تمپر شدن مارتنزیت سبب تشکیل یک ناحیه نرم شده در منطقه متاثر از حرارت می‌شود. بررسی رفتار کششی نمونه‌ها نشان داد که استحکام کششی نهایی با افزایش حرارت ورودی کاهش می‌یابد، در حالی‌که استحکام تسلیم نسبت به فلز پایه دچار تغییرات قابل توجهی نمی‌شود. با وجود کاهش استحکام کششی نسبت به فلز پایه، راندمان اتصال در جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی فولاد دوفازی می‌تواند به 87 درصد برسد. بررسی توزیع کرنش در مراحل مختلف آزمون کشش نشان داد که پس از شروع تغییر شکل پلاستیک، ازدیاد طول به طور موضعی در نواحی نرم شده تجمع یافته تا در نهایت شکست زودرس نمونه از یکی از این نواحی رخ دهد. بررسی سطوح شکست نشان داد که شکست همه نمونه‌ها مانند نمونه فلز پایه با مکانیزم نرم و تشکیل دیمپل رخ می‌دهد. بررسی مکانیزم تخریب نمونه‌های مختلف نشان داد که در نمونه فولاد دوفازی، مکانیزم غالب تشکیل حفرات در حین آزمون کشش گسیختگی فصل مشترک فریت-مارتنزیت است که با تمپر شدن مارتنزیت در ناحیه زیربحرانی منطقه متاثر از حرارت نمونه‌های جوشکاری شده، از سهم مکانیزم مذکور در جوانه‌زنی کاسته شده و تشکیل حفرات در کرنش‌های بالاتری آغاز می‌شود. همچنین، با استفاده از پراش الکترون برگشتی مشاهده شد که کاهش سختی مارتنزیت در اثر تمپر شدن سبب توزیع یکنواخت‌تر کرنش در دانه‌های فریت شده، که منجر به کاهش نرخ کارسختی و افزایش تغییر شکل پلاستیک یکنواخت و کرنش شکست ناحیه زیربحرانی نسبت به فلز پایه می‌شود. کلمات کلیدی : فولاد دوفازی، جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی، ریزساختار، خواص کششی، مارتنزیت تمپر شده، بافت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی