بخشی از مقاله
تاثیر مولیبدن بر مکانیزم TWIP و TRIP در حین تغییر شکل پلاستیکی در فولاد Fe-33Mn-3Si-2Al
در فولادهای پرمنگنز به ویژه فولادهای TWIP که بر اساس دوقلویی مکانیکی تغییر شکل می یابند، انرژی نقص در چیده شدن (SFE) فاز آستنیت عامل مهمی در تغییر فاز ساختار و تغییر خواص مکانیکی فولاد است. از عوامل موثر بر روی SFE نقش ترکیب شیمیایی محسوس تر است. از این رو در این مقاله تاثیر افزودن مولبیدن بر SFE فاز آستنیت بررسی شده است. بدین منظور پس از ریخته گری،نورد گرم و آنیل، خواص مکانیکی و فازهای تشکیل شده در این فولادها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزودن بیش از 0/3% مولبیدن به ساختار مقدار SFE کاهش، پارامتر، و تغییر شکل بر اساس تغییر استحاله اتفاق می افتد.
. در بین فولادهای مورد استفاده در خودرو، فولادهای پرمنگنز با مکانیزم تغییر شکل TWIP' ترکیب فوق العادهای از انعطاف پذیری و استحکام را دارا میباشند. وجود و مرزهای دوقلویی در آنها مانند مرز هال - پیچ شده و انعطاف پذیری را نیز افزایش میدهد ۳-۱
مکانیزم تغییر شکل در فلزات با شبکه Roc به انرژی نقص در چیده شدن (SFE") آنها وابسته است [۴ بیان شده است که دوقلویی مکانیکی بیشتر در اتفاق میافتد. برای مقادیر استحاله تبدیل آستنیت به مارتنزیت برای مقادیر تغییر شکل عمدتاً به وسیله لغزش و کنترل می شود .1-5
برای تغییر شکل کامل به وسیله استحاله P TWi، بایال مقادیر SFE فورد بررسی قرار گیرد. یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار بر روی SFE عناصر آلیاژی می باشند، به طوریکه بعضی از عناصر مقدار SFE را افزایش و برخی دیگر موجب کاهش آن می شوند. منگنز عنصر اصلی فولادهای TWIP و پایدار کننده آستنیت می باشد (در مقادیر بالا) و دمای تغییر استحاله آستنیت به مارتنزیت را به شدت کاهش میدهد. کربن پایدار کننده آستنیت است و AL عموما باعث افزایش SFE می شود || ۹ ||. در حالیکه Si مقدار SFE را کاهش می دهد|۹].
در این مقاله تاثیر افزودن مولیبدن بر SFE فاز آستنیت و تغییر مکانیزمهای تغییر شکل و بررسی خواص مکانیکی فولاد Fe-33Mn-3Si-2Al مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق
فولاد با ترکیب شیمیایی جدول ۱، در کوره القایی تحت اتمسفر خنثی ریختهگری و سپس به منظور حذف جدایش عناصر آلیاژی به مدت ۱ ساعت در دمای C" ۱۲۰۰ تحت عملیات همگن سازی قرار گرفت. سپس عملیات نورد گرم در ۵ پاس متوالی و به منظور اعمال کرنش حقیقی ۷۰٪ روی آن انجام و سپس در هوا سرد شد (دمای انتهایی نورد C" ۹۰۰ بود). پس از نورد گرم، به منظور آنیل کامل، نمونه ها به مدت ۱۰ دقیقه دردمای C" ۱۱۰۰ در کوره نگهداری و سپس در هوا سرد شدند.
آزمایش کششی در دمای محیط و با نرخ کرنش انجام شد. نمونه ها طبق استاندارد ASTM E8M ماشین کاری شده و سپس در دستگاه کششی 4486 Instron مورد آزمایش قرار گرفتند.
برای مطالعه ریزساختار، نمونه ها طبق روال معمول (سنباده زنی، پولیش، حکاکی با نایتال ٪۵۰) آمادهسازی شده و بوسیله میکروسکوپ نوری و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه دانه ها نیز از روی تصاویر میکروسکوپ نوری و مطابق روش خطی اندازه گیری و با استفاده از رابطه Jefree
محاسبه شد. شناسایی فازها در زمینه نیز به کمک XRD انجام گرفت.
نتایج و بحت تصاویر میکروسکوپ نوری نمونه های قبل و بعد از آزمایش کشش در شکل ۱ نشان داده شده است. مشاهده می شود که تمامی ساختارها دارای دوقلویی های آنیل می باشند. منحنی اندازه دانه بر حسب درصد مولیبدن در شکل ۲ نیز نشان میدهد که با افزایش مولیبدن تا ۰/۳ ٪ اندازه دانه ها کاهش، و در مقادیر مولیبدن بیش از ۰/۳ رشد در ساختار را شاهد هستیم. این روند برای نمونه های بعد از آزمایش کشش نیز صادقی است. در شکل ۳ نتایج حاصل از XRD برای نمونههای قبلی و بعد از آزمایش کشش نشان داده شده است. برای نمونه های قبل از آزمایش کشش در تمامی در صدهای مولیبدن، فولاد دارای ساختار تکفاز آستنیتی می باشد. اما بعد از آزمایش کششی برای نمونه حاوی ۱/۳ ٪ مولیبدن فاز مارتنزیت با شبکه bCC نیز دیده شد.
باتوجه به نقش SFE در تغییر مکانیزم تغییر شکل || ۷، ۸، به دلیل اینکه نمونه فاقد مولیبدن و نمونه حاوی ۰/۳ ٪ بعد از تغییر شکل نیز زمینه آستنیتی خود را حفظ کرده اند، میتوان گفت که مکانیزم تغییر شکل در این نمونه ها بر اساس دوقلویی مکانیکی می باشد. اما از آنجایی که نمونه ۱/۳٪ مولیبدن قبل از تغییر شکل دارای زمینه آستنیتی بوده و بعد از تغییر شکل، فاز مارتنزیت نیز به وجود آمده است می توان گفت که مکانیزم تغییر شکل در این فولاد بر اساس تغییر استحاله آستنیت به مارتنزیت است(TRIP). همچنین بنظر میرسد که افزودن مولیبدن باعث تغییر در SFE ماده می شود به طوری که تا ۰/۳ ٪ مولیبدن حتی اگر کاهشی در مقدار SFE فولاد داشته باشیم این کاهش بحدی نیست که باعث تغییر مکانیزم تغییر شکل شود اما افزودن بیش از ۰/۳ ٪ مولیبدن باعث کاهش SFE زمینه شده به طوری که مقدار SFE را به زیر رسانده و همچنین باعث تغییر مکانیزم تغییر شکل می شود.
منحنی تنش-کرنش مهندسی حاصل از انجام آزمایش کشش و نتایج آزمایش کشش در شکل ۴ آورده
شده است. با توجه به شکل ۴-ب با افزایش مولیبدن سختی و داکتیلیته بطور چشمگیری افزایش یافته است به نحوی که تا ۰/۳ ٪ مولیبدن، استحکام نهایی ٪۴۲ (از ۴۶۸ به MPa۸۱۰) و تنش تسلیم ٪۵۰ (از ۲۰۰ به ۴۰۰ MPa) افزایش یافته است. با افزایش بیشتر مولیبدن داکتیلیته ۲۳٪ (از ۴۶ به ۵۹) افزایش یافت و همچنین استحکام نهایی ۳۰٪ (از ۸۱۱ به ۵۸۴MPa) تنش تسلیم به میزان و ۳۵٪ (از ۴۰۰ به ۲۶۰MPa) کاهش یافت.
برای اطلاع از نقش مولیبدن روی خواص مکانیکی مقایسه ای در بین فولادها انجام داده شد.
فولاد بدون مولیبدن و فولاد دارای ۰/۳ ٪ مولیبدن
برای اطلاع به کمک میکروسکپ الکترونی روبشی از سطح نمونه های آزمایش کشش آنالیز سطحی (X-Ray Map) گرفته شد که در شکل ۵ نشان داده شده است. با توجه به آنالیز سطحی (شکل ۵- الف و ب) و همچنین نقش مولیبدن به عنوان کار بیدزای قوی || ۶ || می توان گفت که در نمونه حاوی ۰/۳ ٪ مولیبدن به دلیل وجود مولیبدن و پراکندگی یکنواخت کربن و مولیبدن در ساختار، در صورت ایجاد کار بید، این
A V کاربیدها به طور یکنواخت توزیع شده و باعث بهبود سختی در این فولاد می شود.8-7
فولاد بدون مولیبدن و فولاد دارای ۱/۳ ٪ مولیبدن
از آنجایی که فولاد حاوی ۱/۳ ٪ مولیبدن با مکانیزم TRIP تغییر شکل یافته است داکتیلیته و تنش تسلیم بیشتری نسبت به فولاد بدون مولیبدن که با مکانیزم TWIP تغییر شکل یافته است دارا است که با نتایج دیگر محققان همخوانی کامل دارد || ۹ || اما چون این تغییر استحاله به وسیله مولیبدن به وجود آمده است، نقش مولیبدن در افزایش تنش تسلیم و داکتیلیته غیر قابل انکار است. با توجه به شکل ۵- الف و شکلی ۵-ج مشاهده می شود که در نمونه حاوی ۱/۳ ٪ مولیبدن تجمعی از عناصر مولیبدن و کربن در اطراف مرزدانه ها را شاهد هستیم. به همین دلیل کاربیدهای تشکیل شده در اطراف مرزدانه ها تجمع می کنند و باعث می شوند که زدانه ها به یکدیگ نگه داشته شده و از جدایشی در مرزدانهها نیز جلوگیری شود [۶، ۸].
فولاد حاوی ۰/۳ ٪ مولیبدن و ۱/۳٪ مولیبدن
می دهد که استحکام بالای نمونه حاوی ۰/۳ ٪ مولیبدن متوجه پراکندگی یکنواخت مولیبدن در ساختار است که باعث تشکیل کاربید به طور یکنواخت شده است ۷. اما داکتیلیته بالای نمونه حاوی ۱/۳ ٪ مولیبدن
مدیون تجمع کاربیدها در نزدیکی مرزدانه ها می باشد. که از جدایش مرز دانه ها جلوگیری کرده است ||۸||||.
