بخشی از مقاله
چکیده:
در تحقیق حاضر، رفتار کششی فولاد فریتی - پرلیتی با استفاده از یک مدل پیشرفته مبتنی بر ریز ساختار واقعی و به روش اجزاء محدود مورد شبیه سازی قرار گرفت. حجم مشخصه3 مورد استفاده در این شبیه سازی با استفاده از ریز ساختار واقعی فولاد مورد شبیه سازی که با استفاده از روش های معمول متالوگرافی آشکار گردیده بود؛ ایجاد شد. جهت شبیه سازی رفتار کششی فولاد در تحقیق حاضر، از منحنی های تنش - کرنش هر یک از فاز های سازنده فولاد؛ یعنی فریت و پرلیت گزارش شده در مراجع استفاده شد. نمونه های کشش ورقی شکل از فولاد مورد شبیه سازی تهیه شد و تحت آزمایش کشش قرار گرفت.
منحنی های تنش - کرنش مهندسی حاصل از آزمایش کشش با آنچه که از شبیه سازی تخمین زده شده بود مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که تطبیق بسیار خوبی میان آنها وجود دارد. با این مقایسه، مشخص شد که مدل استفاده شده در این تحقیق جهت شبیه سازی رفتار کششی قادر است که حتی کرنشی را که در آن ناپایداری پلاستیک به وقوع می پیوندد به خوبی تخمین بزند؛ چیزی که در دیگر روش های شبیه سازی رفتار کششی بر پایه ریز ساختار امکان پذیر نیست.
خسارت داکتیل در شبیه سازی حاضر، به صورت تمرکز کرنش پلاستیک و بدون هیچگونه فرضی جهت ایجاد خسارت در هر یک از فازها تخمین زده شد. نتایج پژوهش حاضر مشخص کرد که با استفاده از این فرض ساده و بدون در نظر گرفتن معیارهای پیچیده خسارت رفتار کششی فولاد فریتی - پرلیتی به خوبی قابل پیش بینی می باشد.
مقدمه:
از آنجایی که خواص مکانیکی و فیزیکیمواد شدیداً به ریزساختار آنها وابسته است، لذا توسعه روشهایی که بوسیله آنها بتوان ریزساختار بهینه مواد با بهترین عملکرد در شرایط کاری را طراحی و پیشبینی کرد، از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد
در میان این روشها آنالیز اجزاء محدود ریزساختار با بهرهگیری از مدلهای مختلف سلول واحد بسیار مورد توجه میباشد. لذا جهت دستیابی به ریز ساختار بهینه روش های عددی مانند - - FEM به کار گرفته شد.[2] با استفاده از شبیه سازی میکرومکانیکی می توان به شبیه سازی در مقیاس میکرو پرداخت و نتایج آن را در مقیاس ماکرو به کار برد.
در این پژوهش با بهرهگیری از مدل ریز ساختار واقعی، رفتار کششی فولاد فریتی پرلیتی با در نظر گرفتن ویژگیهای ریزساختاری مورد آنالیز قرار گرفته است. به طور کلی فولاد فریتی پرلیتی به دو روش تولید می شود . 1 عملیات حرارتی . 2 عملیات نورد گرم.[4] در این پژوهش از روش اول جهت تولید فولاد فریتی پرلیتی استفاده شده است. منحنی های تنش- کرنش حاصل از آزمایش کشش وشبیه سازی با یکدیگر مقایسه و رفتار تغییر شکل فریت و پرلیت و نحوه شکست فولاد فریتی پرلیتی بررسی گردید.
روش آزمایش:
در این پژوهش به منظور تولید فولاد فریتی پرلیتی از روش عملیات آستنیته کردن فولادهایی که ترکیب شیمیایی آن در جدول1 آمده است و حاوی0/1 درصد وزنی کربن و 0/19 درصد وزنی کربن می باشد، استفاده شد. لازم به ذکر است که در این پژوهش از نتایج مربوط به آزمایش کشش فولاد کاملاً فریتی و کاملاً پرلیتی که در مرجع[ 5] آمده نیز استفاده شد که ترکیب این فولادها نیز در جدول1 آمده است. در ابتدا ورقهای فولادی با ضخامت یک میلیمتر متعلق به دونمونه فولاد حاوی 0/1 و 0/19 درصد وزنی کربن به مدت 60 دقیقه در محدوده دمایی 950- 10000C در کوره قرار گرفتند سپس در هوا گذاشته شدند تا به آرامی سرد شوند تا تحت استحاله هم دمای قرار گیرند. بعد از این استحاله باقی مانده در دمای بالای اتاق به پرلیت تبدیل می شود و فولاد فریتی پرلیتی تشکیل می گردد. سپس جهت ارزیابی رفتار تغییر شکل فولاد فریتی پرلیتی از ورقها نمونه های آزمایش کشش تهیه شد و این نمونه ها تحت آزمایش کشش تک محوری قرار گرفتند.
بعد از عملیات حرارتی که مدت زمان عملیات حرارتی و میزان درصد حجمی پرلیت به دست آمده در جدول 2 آمده است، نمونهها جهت بررسی ریزساختار، آمادهسازی شدند. به این منظور قطعاتی از نمونههای کشش جدا شده و مانت شدند. سپس مرحله سمبادهزنی با استفاده از سمبادههای60، 120، 240، 320، 400، 600 و 1200بر روی نمونهها انجام شد. سپس نمونهها با آلومینا پولیش شدند تا سطحی آینهای ایجاد شود. سپس نمونهها به مدت 9 ثانیه در محلول نایتال % 2 اچ شده و پس از شستشو با الکل، با میکروسکوپ نوری بررسی شدند و کسر حجمی پرلیت با استفاده از نرم افزار image tool اندازه گیری شد.
مقدار میانگین پرلیت 18/4 و34 درصد در دو نمونه فولادی به دست آمد. بمنظور شبیه سازی فرایند کشش نمونههای فولاد فریتی پرلیتی و بدست آوردن منحنیهای تنش-کرنش مربوطه، فرایند آزمون کشش با رعایت تمامی جوانب و اعمال تمامی شرایط مرزی به روش اجزا محدود مورد شبیهسازی قرار گرفت. جهت انجام شبیهسازی از نرمافزار چندمنظوره آباکوس استفاده شد. در این پژوهش به منظور شبیهسازی رفتار کششی فولاد فریتی پرلیتی از مدل ریز ساختار واقعی، استفاده شد. برای ایجاد چنین مدلی ، ابتدا لازم است تا تصویری باینری - اکیدا سیاه و سفید - از ریزساختار توسط نرمافزار Image Tool ایجاد شود. سپس با اعمال مش بندی و بار گذاری بر روی آن، شبیه سازی آزمون کشش انجام می گیرد و منحنی تنش - کرنش و سطح شکست از نرم افزار استخراج می گردد. شکل 1 و شکل 2 تصویر باینری و مش بندی شده را نشان می دهد.
جدول:1 ترکیب شیمیایی 4 فولاد مورد استفاده در این پژوهش
جدول :2 عملیات حرارتی و درصد حجمی پرلیت در این پروژه
جهت شبیه سازی آزمون کشش باید از شرایط مرزی استفاده کنیم. اعمال بارگذاری به این صورت است که نودهای واقع در سمت چپ نمونه - روی محور - Y در جهت X مقید شدهاند. به این معنی که این نودها در جهت X فاقد جابجایی هستند و در جهت Y آزادانه می توانند حرکت کنند و نودهای پایین - روی محور - Xدر جهت Y مقید شده اند. با اعمال جابجایی یکسان در جهت X به تمامی نودهای موجود در سمت راست نمونه، بارگذاری صورت پذیرفت.
با توجه به اینکه این مدل در واقع نماینده قسمتی از نمونه کشش میباشد که از قسمتهای طولی آن انتخاب شده است، لذا در طول بارگذاری دو ضلع بالا و راست مدل بایستی بصورت خطوط صاف باقی بمانند و دچار انحنا نشوند. برای اعمال چنین شرایطی بایستی از قیدگذاری استفاده کرد. لذا حرکت تمامی نودهای ردیف بالایی و سمت راست مدل مقید به حرکت یک نود شدند. نوع قید استفاده شده عبارت است ازMPC 1 که در بخش Property نرمافزار آباکوس موجود است. در این مدلسازی رفتار پرلیت و فریت بصورت الاستیک-پلاستیک در نظر گرفته شد
