Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفی زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Mahdi Karkeh Abadi
محمدمهدی کرکه آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Evaluation of Microstructure and Prediction of Mechanical Properties of TWIP Steels Using Artiificial Neural Network Modeling
In recent years, a great attention has been paid up on development of high manganese austenitic steels exhibiting high tensile strength and exceptional total elongation. Due to the low stacking fault energy (SFE), cross slip becomes more difficult in these steels and mechanical twinning is then the favored deformation mode beside of dislocation gliding. These alloys are therefore named as twinning-induced plasticity (TWIP) steels. On the other hand, twin boundaries act as strong obstacles for the subsequent movement of dislocations and affect mechanical properties, especially strain hardening rate. In this work, artificial neural network (ANN) models were developed in order to predict the process parameters affecting the tensile properties of high manganese austenitic TWIP steels. In these models, chemical composition (%Mn, %Al, %Si, and %C), cold rolling reduction, annealing/solution-treatment temperature and time, and strain rate were chosen as inputs. In all extracted data, other conditions such as achieving to TWIP steel (combination of large cold rolling reduction and subsequently annealing treatment in the partial recrystallization region), tensile test temperature and etc. were kept similar. The yield strength, engineering tensile strength and engineering total elongation were considered as outputs. The required databases for training and testing of these models were taken from some experiments as well as literature. All data were divided in two groups, 80% for training and 20% for testing. Both random and non-random (the last data) were used for the testing set. In order to validate the ANN models, several tensile tests were conducted under similar condition of cold rolling-annealing. To prepare the TWIP plates, several plates were cast, homogenized, cold rolled to 85% thickness reduction and subsequently annealed in the temperature range of 500–900°C for 30 min. Tensile tests were carried out with a strain rate of 10 -3 s -1 at room temperature. Specimens were characterized by X-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy. The results showed better mechanical properties when annealed at temperature of 750 °C. Under this condition, a mixture of recrystallized and unrecrystallized regions with high density of mechanical twins was characterized. Based on the modeling results, a better correlation was found for the models with one single output instead of multiple outputs. A reasonable agreement was found between the results of tensile tests with the modeling predictions showing the robustness of the present ANN modes. Key Words High manganese steel, TWIP steel, Twinning, Stacking fault energy (SFE), Mechanical properties, Artificial neural network (ANN).
اخیراً گروهی از فولادهای آستنیتی پرمنگنز همراه با برخی از عناصر آلیاژی معرفی شده اند که در آن‌ها امکان دست یابی به ترکیب مناسبی از استحکام و انعطاف پذیری وجود دارد. در این فولادها، انرژی نقص چیدمان ((SFE پایین بوده، در نتیجه لغزش متقاطع نابجایی های گسترده به سختی صورت گرفته و تغییرشکل پلاستیکیِ ناشی از دوقلویی شدن (TWIP)، در کنار لغزش نابجایی ها به عنوان مکانیزمی اصلی در تغییرشکل مشارکت می‌کند. از طرف دیگر، به وجود آمدن دوقلویی های مکانیکی به عنوان موانعی قوی در برابر حرکت نابجایی ها، تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی و به ویژه نرخ کارسختی بر جای می گذارد. در این پژوهش، خواص مکانیکی فولادهای TWIP، با استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی پیش بینی گردیده است. بدین منظور ترکیب شیمیایی (درصدهای وزنی منگنز، آلومینیوم، سیلیسیم و کربن)، درصد کار سرد، نرخ کرنشِ آزمون کشش، دما و زمان آنیل به عنوان متغیرهای ورودی شبکه ی عصبی در نظر گرفته شده و سایر شرایط مانند تکفاز بودن ماده ی اولیه، روش دستیابی به فولاد TWIP (ترکیبی از کار سرد سنگین و سپس عملیات آنیل) و دمای آزمون کشش مشابه در نظر گرفته شدند. خروجی های مدل نیز تنش تسلیم، استحکام کششی نهایی و ازدیاد طول نسبی هستند. داده های مورد نیاز برای آموزش و آزمون این مدل ها از مراجع تهیه شدند. در همه ی مدل ها، 80% داده ها برای آموزش شبکه و 20% آن‌ها برای آزمون انتخاب شدند. آزمون داده ها به دو صورت تصادفی از میان تمامِ داده ها و غیر تصادفی (20% پایانیِ آن‌ها) صورت گرفت. برای اعتبار سنجی مدل ها نیز تعدادی آزمایش کشش (با شرایط تولیدِ نورد سرد-آنیل) انجام شد. پس از ریخته‌‌گری و همگن‌‌سازی شمش، از نورد سرد و عملیات آنیل بعدی به منظور تولید ورق فولاد TWIP استفاده گردید. نورد سرد نمونه‌ها در دمای محیط و بدون تغییر در جهت نورد و با استفاده از روانکار انجام شد. این روند برای همه ی نمونه ها تا 85 درصد کاهش ضخامت ادامه یافت. نمونه‌‌های نورد سرد شده جهت بررسی تأثیر دمای آنیل بر خواص مکانیکی، در محدوده دمایی 500‌‌ ‌‌تا C? 900 به مدت30 دقیقه آنیل شدند. سپس آزمون کشش در دمای محیط و با نرخ کرنش s -1 001/0 انجام پذیرفت. برای شناسایی فازهای موجود در ریزساختار از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) و به منظور بررسی ریزساختار از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (SEM) استفاده گردید. نتایج بررسی های متالورژیکی نشان داد که بهترین خواص مکانیکی زمانی بدست می آید که دمای آنیل حدود C?750 است. در این حالت ساختاری آمیخته از نواحی تبلور مجدد یافته و تبلور مجدد نیافته با چگالی بالایی از دوقلویی های مکانیکی (یعنی منطقه ی تبلور مجدد جزئی) وجود دارد. نتایج بررسی های مدل‌سازی نشان داد که بهره گیری از سه شبکه ی عصبی جداگانه به جای یک شبکه، نتایج بهتری می دهد. همچنین نتایج اعتبار سنجی مدل ها بوسیله ی آزمایشات کشش انجام شده، نشاندهنده ی توانایی مدل های آموزش دیده برای پیش بینی خواص مکانیکی بود. کلمات کلیدی: فولاد آستنیتی پرمنگنز، فولاد TWIP، دوقلویی، انرژی نقص چیدمان، خواص مکانیکی، شبکه ی عصبی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی