Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفي زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Peiman Behjati
پيمان بهجتي

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.
چکيده: در اين تحقيق ريزساختار و خواص مکانيکي فولادهاي آستنيتي شبه پايدارFe-Cr-Mn-N حاوي مقادير مختلف نيتروژن (کمتر از حدود 5/0 درصد وزني) مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا اثر نيتروژن (N) بر ميزان پايداري آستنيت )?(، مکانيزم هاي تغيير شکل (شامل لغزش، استحاله مارتنزيتي و دوقلويي)، تشکيل رسوبات، خواص مکانيکي و خواص خوردگي بررسي شد. همچنين امکان پذيري دست يابي به ريزساختارهاي نانو/فوق ريزدانه در اين فولادها با استفاده از عمليات بازگشت مارتنزيت مطالعه گرديد. بدين منظور از آزمون کشش در دماها و نرخ کرنش هاي متفاوت به همراه روش هاي مختلف ارزيابي ريزساختاري نظير OM، FETEM، FESEM، EBSD و XRD استفاده شد. نتايج نشان داد که نورد داغ (HR) فولاد ها در دماي ?C900 از طريق افزايش چگالي نابجايي ها و کارسختي باعث بهبود و ارتقاء خواص مکانيکي مي گردد. استحاله ماتنزيت´? ناشي از تغيير شکل و پلاستيسيته حاصل از آن (TRIP) اثر قابل توجهي بر خواص اين نوع فولادها دارد. در اين ارتباط، آغاز استحاله ماتنزيتي در کرنش و نرخ مناسب مهم تر از کسر حجمي مارتنزيت مي باشد. مراحل استحاله مارتنزيتي ناشي از تغيير شکل به ترتيب عبارت است از: ´? ????. با افزايش N حضور نقائص چيده شدن (SF) و مارتنزيت ? در ريزساختار فولاد هاي HR کاهش و در مقابل دوقلوهاي مکانيکي و نواحي داراي نظم کم دامنه (SRO) افزايش مي يابد. با افزايش N سختي و استحکام تسليم فولاد هاي HR به صورت خطي افزايش مي يابد. همچنين با افزايش N مقاومت خوردگي فولاد هاي HR در برابر خوردگي مرزدانه اي و موضعي بهبود مي يابد. در مورد استحکام نهايي و کرنش شکست يک ارتباط غير خطي وجود دارد. با افزايش N کسرحجمي رسوبات Cr 2 N در فولاد هاي HR افزايش مي يابد. انجام کارسرد اوليه به ترتيب باعث افزايش و کاهش کسر حجمي و اندازه اين رسوبات مي شود. طبق بررسي هاي ريزساختاري جوانه زني رسوبات مشاهده شده عمدتا به صورت درون دانه اي است و در نتيجه اثر منفي بر شکل پذيري فولادها ندارند. خواص مکانيکي آلياژهاي مطالعه شده استحکام تسليم GPa 1/1-1~، استحکام نهايي GPa 2/1-15/1~ و کرنش شکست 70%-40~ مي باشد که به مراتب برتر از ساير فولادهاي زنگ نزن آستنيتي تجاري متداول است. منحني نرخ کارسختي-کرنش اين فولادها رفتار سه مرحله اي دارد که ناشي از TRIP و تشکيل دوقلوهاي مکانيکي (TWIP) است. بررسي رفتار سيلان اين نوع فولادها نشان داد که به دليل فعال بودن TRIP، مدل هاي متداول بر پايه معادله لودويک اصلاح شده براي توصيف رفتار سيلان آنها مناسب نمي باشد. از اين رو با کامپوزيتي لحاظ نمودن ريزساختار (کامپوزيت آستنيت/مارتنزيت) مدل تحليلي جديدي براي پيش بيني رفتار آنها به صورت تابعي از کرنش ارائه شد که با نتايج تجربي همخواني خوبي داشت. علاوه بر موارد فوق نشان داده شد که تمايل آستنيت به استحاله مارتنزيتي ناشي از تغيير شکل با افزايش نيرومحرکه و کاهش SFE افزايش مي يابد. از اين دو پارامتر مي توان براي انتخاب ترکيب شيميايي مناسب براي عمليات بازگشت مارتنزيت استفاده نمود. همچنين مشاهده شد مي توان از عمليات بازگشت مارتنزيت براي ريزدانه کردن فولادهاي آستنيتي شبه پايدارFe-Cr-Mn-N تا حد نانوفوق ريزدانه استفاده نمود. افزايش N تا حد بهينه اي (در اين تحقيق حدود wt% 36/0) عليرغم کاهش کسر حجمي مارتنزيت مي تواند منجر به بهبود نتيجه عمليات ريزدانه کردن شود. با افزايش درصد N استحکام فولاد هاي ريزدانه شده بدون افت چشمگير کرنش شکست شديدا افزايش مي يابد به گونه ايکه فولاد 0.44N ريزدانه شده داراي استحکام تسليم MPa 1324، استحکام کششي MPa 1467 و کرنش شکست 17% مي باشد. اندازه گيري کسر حجمي مارتنزيت نشان داد که TRIP در فولاد هاي ريزدانه شده نيز سهم مهمي در افزايش استحکام و شکل پذيري ايفاء مي کند. کلمات کليدي: فولادهاي آستنيتي؛ ريزساختار؛ تغييرشکل؛ مارتنزيت؛ دوقلويي؛ ريزدانه کردن؛

ارتقاء امنیت وب با وف بومی