Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,MohammadReza Forouzan,Behzad Niroumand
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما) محمدرضا فروزان (استاد مشاور) بهزاد نيرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Saeidi
نويد سعيدي

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
چکيده تشخيص علت شکست مواد و ميکرومکانيزم‌هاي حاکم بر آن، نقش قابل توجهي در توسعه مواد جديد و افزايش استحکام و مقاومت به شکست آن‌ها ايفا مي‌کند. در تحقيق حاضر شکست نرم در فولادهاي دوفازي استحکام بالا در مراحل مختلف ايجاد، رشد و به هم پيوستن حفره‌ها و ترک‌ها، مشخصه‌يابي و شناسايي شده است. اين بررسي‌ها با انجام آزمون کشش، مقطع زدن و بررسي دقيق ريزساختار با ميکروسکوپ الکتروني روبشي در نمونه‌هاي ورق از فولاد DP780 با دو شکل هندسي بدون شيار و شياردار، انجام گرفت. نمونه‌هاي تغيير شکل يافته از فولادهاي دو فازي مذکور با سيستم EBSD مورد مطالعه و بررسي ريزساختاري قرار گرفتند. نتايج نشان داد که جوانه‌زني حفره‌ها در اين فولادها مستقل از تاثير شيار عمدتا بر اساس دو مکانيزم گسستگي فصل مشترک بين فاز سخت ثانويه و فاز نرم زمينه و کشيده شدن و گلويي شدن دانه‌هاي مارتنزيت و ايجاد ترک و حفره در ناحيه گلويي شده، واقع مي‌شود. بررسي‌هاي EBSD نشان داد که در فولادهاي دو فازي با افزايش کرنش، عدم تطابق بين فريت و مارتنزيت زياد تغيير نمي‌کند ولي عدم تطابق در فصل مشترک دو دانه فريت حاوي ذرات مارتنزيت نزديک به هم بسيار افزايش مي‌يابد. لذا شرايط براي ايجاد حفره در اين مکان‌ها بسيار مساعد خواهد بود که اين مساله با مشاهدات آزمايشگاهي تاييد شد. از طرف ديگر مشاهده شد که بعلت بالاتر بودن غير يکنواختي کرنش در دانه‌هاي بزرگ‌تر نسبت به دانه‌هاي کوچک‌تر، حفره ها ابتدا در مرز دانه‌هاي فريت درشت‌تر جوانه مي‌زنند. به‌علاوه مشاهده شد که سينتيک رشد حفره در نمونه بدون شيار به طور قابل توجهي بيشتر از نمونه شياردار است. اين رفتار به کاهش بيشتر مقدار تنش سه محوري در وسط ناحيه گلويي در نمونه شياردار در مقايسه با ناحيه بدون شيار نسبت داده شد. مشاهدات تجربي به عمل آمده نشان داد که عليرغم افت تنش سه محوري در ناحيه گلويي شده نمونه شياردار، افزايش شديد کرنش موضعي در اين ناحيه عامل غالب بوده و افزايش شديد دانسيته حفره‌ها را به همراه داشته است. اين امر موجب افزايش احتمال اتصال حفره‌ها و کاهش کرنش شکست نهايي شده است. در بررسي سينتيک رشد حفره‌ها مشاهده شد که مدل‌هاي بر پايه مدل Rice Treacey نمي‌توانند پيش‌بيني خوبي را براي رفتار فولاد دوفازي ارائه کنند، زيرا اين مدل‌ها براي ساختار تک فازي توسعه داده شده‌اند. در عمل بررسي‌هاي انجام شده نشان داد که رشد حفره‌ها در ساختار دوفازي فريت-مارتنزيت شديدتر از ساختار تک فازي است. بررسي دقيق مورفولوژي حفره‌ها همراه با آناليز سطح شکست، نشان داد که در نمونه بدون شيار که تغييرات کرنشي يکنواختي را تا زمان شکست متحمل شده است، مکانيزم نهايي اتصال حفره‌ها عبارت از اتصال جانبي و برشي حفره‌هاي رشد کرده، است. اين در حالي است که در نمونه شياردار، اتصال حفره‌ها بواسطه پديده اتصال ورقه‌اي حفره‌ها انجام مي‌شود. با بررسي مدل هاي موجود نشان داده شد که شرايط بحراني اتصال حفره ها در فولاد مذکور مستقل از اثر شيار، با معيار معرفي شده توسط Brwon Embury تطابق بسيار خوبي دارد. در نهايت با بررسي دقيق رفتار شکست، ساختار مطلوب که مقاومت به آسيب بالاتري را دارا باشد، به صورت ساختاري دو فازي حاوي ذرات سخت و ريز ثانويه در زمينه فريتي دانه ريز که حاوي مقداري عناصر آلياژي استحکام بخش باشد، پيشنهاد شد. بر اساس اين نتايج فولادي دوفازي و فوق ريز دانه توليد گرديد که خواص مطلوب را از نظر شکست و آسيب از خود نشان داد. استحکام کششي اين فولاد با استحکام فولاد دو فازي DP980 که از جمله مستحکم‌ترين فولادهاي دوفازي تجاري موجود است، قابل مقايسه است. از طرف ديگر انعطاف پذيري کل و يکنواخت اين آلياژ به ترتيب در حدود 12 و 36 درصد بيشتر از فولاد DP980 است که نشان از قابليت بالاي شکل دهي اين ماده دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی