بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر افزودن عنصر نیوبیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی یک فولاد دوفازی فوقریزدانه میباشد. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نیوبیوم تا 0/12 درصد وزنی، متوسط اندازه دانه های فریت کاهش و کسر حجمی مارتنزیت افزایش یافت. فولاد دوفازی فوقریزدانه - با متوسط اندازه دانه فریت - 1/40 0/37 ʽm حاوی 0/12 درصد وزنی نیوبیم، استحکام کششی 1203 MPa - حدود %120 بالاتر از نمونه فریتی پرلیتی اولیه - بدون کاهش انعطافپذیری را نشان داد. همچنین با افزایش درصد نیوبیوم شدت بافت کریستالی در نمونهها کاهش یافت.
کلمات کلیدی: فولاد دوفازی فوقریزدانه، بافت، عنصر میکروآلیاژی، نیوبیم.
مقدمه
در بسیاری از کلانشهرها، افزایش ناگهانی وسایل نقلیه طی دهههای گذشته آلودگیهای زیستمحیطی بسیاری را پدید آورده است. جمعیت وسایل نقلیه در جهان در سال 2050 میلادی دو برابر خودروهای در حال حاضر تخمین زده شده است .[1] این موضوع نگرانیهای جهانی را به دلیل مصرف بالای انرژی و آلودگیهای زیستمحیطی ناشی از آن ایجاد کرده است. از طرفی تولید خودروهایی با بالاترین ضریب ایمنی یکی از چالشهای پیش رو در صنایع خودروسازی میباشد. در این میان استفاده از مواد با نسبت بالای وزن به استحکام، ترکیبی همزمانی از ایمنی بیشتر سرنشینان خودرو و کاهش وزن وسایل نقلیه را به دنبال خواهد داشت. پاسخ صنایع فولاد به این چالش، معرفی نسل جدیدی از فولادها بوده که به "فولادهای پیشرفته استحکام بالا " - AHSS - معروفاند. به طور خاص، فولادهای دوفازی به عنوان یکی از پرکاربردترین فولادهای پیشرفته استحکام بالا، سهم قابلتوجهی در صنایع خودروسازی را به خود اختصاص دادهاند. این فولادهاعمدتاً در بدنه خودروها مورد استفاده قرار میگیرند. اصطلاح فولادهای دوفازی - DP - 1 اشاره به دستهای از فولادها دارد که متشکل از جزایر سخت مارتنزیت بوده که در زمینه نرم فاز فریت پراکنده شدهاند .[2] مطالعات اخیر نشان میدهد که در سالهای 2015 تا 2020 بیش از 20 نوع فولاد AHSS تجاری خواهند شد که حداقل 30 درصد از آنها را فولادهای دوفازی تشکیل میدهند .[3]
روشهای متعددی به منظور استحکامدهی فولادهای دوفازی نظیر استحکامدهی محلول جامد، استحکامدهی فازی، ریز کردن دانهها و رسوبزایی وجود دارد. از میان تمامی مکانیزمهای استحکامدهی، تنها مکانیزمی که بهطور همزمان استحکام و چقرمگی را بهبود میبخشد، ریزکردن دانههاست .[4] این در حالی است که با افزودن عنصر میکروآلیاژی و انتخاب یک روش ترمومکانیکی ساده میتوان به طور همزمان چندین مکانیزم استحکامدهی مانند محلول جامد، رسوبی و ریزدانه شدن را در این فولادها فعال نمود. به طور خاص، عنصر نیوبیوم در مقادیر بسیار کم باعث بر روی بازیابی، تبلور مجدد و تشکیل فاز مؤثر بوده و همچنین رسوبات ریز این عنصر منجر به افزایش استحکام میگردد .[5] با اینحال، تأثیر این عنصر بر رفتار کشش عمیق فولادهای دوفازی چندان مورد بررسی قرار نگرفته است. خواص کشش عمیق وابسته به بافت کریستالوگرافی میباشد. بنابراین در این مقاله تأثیر افزودن نیوبیوم بر بافت و متعقباً خواص مکانیکی فولاد دوفازی فوق ریزدانه توسط عملیات ترمومکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق
در ابتدا چهار فولاد با ترکیب شیمیایی مشابه و مقادیر مختلف نیوبیم - صفر، 0/06، 0/12 و 0/18 درصد وزنی - توسط روش ذوب القائی تحت خلاء ریختهگری شد. ترکیب شیمیایی نمونهها در جدول 1 نشان داده است.
عملیات همگنسازی در دمای 1000œC به مدت 2 ساعت بر روی نمونهها انجام گرفت. سپس نمونهها در کوره تا دمای محیط سرد شدند. به منظور تولید فولاد دوفازی فوقریزدانه، عملیات ترمومکانیکی نورد سرد آنیل بین بحرانی بازگشتی با شروع از ساختار دوتایی فریتی مارتنزیتی بر روی نمونهها انجام گرفت که نمودار آن در شکل1 نشان داده شده است. به منظور مشخصهیابی ساختارها و بافت کریستالی، از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل SEM - JSM7001F - مجهز به آشکارساز پراش الکترونهای برگشتی - EBSD - استفاده شد. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی، از آزمون کشش تکمحوری و براساس استاندارد ASTM E8M-04 استفاده شد. آزمون کشش توسط دستگاه Hounsfield مدل H50ks با سرعت فک 1 mm/min موازی با جهت نورد و در دمای محیط انجام گرفت.
نتیجه و بحث
بررسی ریزساختار: در شکل 2، تصاویر SEM از فولادهای دوفازی حاوی درصدهای مختلف نیوبیم که در زمان 6 دقیقه آنیل بین بحرانی شدهاند، نشان داده شده است. متوسط اندازه دانههای فریت در این ساختار 1/4 میکرون بوده که دستیابی به ساختارهای فوقریزدانه را توسط سیکل ترمومکانیکی به کار گرفته شده نشان میدهد. همچنین شکل 2، توزیع بسیار یکنواختی از جزایر مارتنزیتی را در زمینه فریت نشان میدهد. چنین ساختارهای یکنواختی توسط سان و همکارانش [6] با اعمال فرایندهای تغییر شکل پلاستیکی شدید - با کرنش اعمالی حدود - 4 و در دمای 500œC ایجاد شده است. در حالیکه در پژوهش حاضر این ساختار، با فرایند ساده نورد سرد - با کرنش اعمالی حدود - 1/9 و آنیل بین بحرانی بازگشتی توسعه یافته است. همچنین مشاهده می شود که با افزایش درصد وزنی نیوبیوم، اندازه دانه فریت کاهش یافته درحالیکه کسر حجمی مارتنزیت افزایش مییابد.
بررسی بافت کریستالی: شکل 4 تصاویر EBSD از یافت کریستالی نمونههای مختلف را نشان میدهد. با توجه به این تصاویر، نشان داده میشود که بافت کریستالی در تمامی نمونهها یک بافت تصادفی است. به منظور آنالیز دقیقتری از تأثیر نیوبیوم بر بافت کریستالی، تصاویر نقشههای قطبی از نمونههای مختلف در شکل 5 نشان داده شده است. همانگونه که مشخص است، با افزایش درصد نیوبیوم شدت بافت
