نوید سعیدی-Navid Saeidi

چكيده

تشخيص علت شكست مواد و ميكرومكانيزم‌هاي حاكم بر آن، نقش قابل توجهي در توسعه مواد جديد و افزايش استحكام و مقاومت به شكست آن‌ها ايفا مي‌كند. در تحقيق حاضر شكست نرم در فولادهاي دوفازي استحكام بالا در مراحل مختلف ايجاد، رشد و به هم پيوستن حفره‌ها و ترك‌ها، مشخصه‌يابي و شناسايي شده است. اين بررسي‌ها با انجام آزمون كشش، مقطع زدن و بررسي دقيق ريزساختار با ميكروسكوپ الكتروني روبشي در نمونه‌هاي ورق از فولاد DP780 با دو شكل هندسي بدون شيار و شياردار، انجام گرفت. نمونه‌هاي تغيير شكل يافته از فولادهاي دو فازي مذكور با سيستم EBSD مورد مطالعه و بررسي ريزساختاري قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه جوانه‌زني حفره‌ها در اين فولادها مستقل از تاثير شيار عمدتا بر اساس دو مكانيزم گسستگي فصل مشترك بين فاز سخت ثانويه و فاز نرم زمينه و كشيده شدن و گلويي شدن دانه‌هاي مارتنزيت و ايجاد ترك و حفره در ناحيه گلويي شده، واقع مي‌شود. بررسي‌هاي EBSD نشان داد كه در فولادهاي دو فازي با افزايش كرنش، عدم تطابق بين فريت و مارتنزيت زياد تغيير نمي‌كند ولي عدم تطابق در فصل مشترك دو دانه فريت حاوي ذرات مارتنزيت نزديك به هم بسيار افزايش مي‌يابد. لذا شرايط براي ايجاد حفره در اين مكان‌ها بسيار مساعد خواهد بود كه اين مساله با مشاهدات آزمايشگاهي تاييد شد. از طرف ديگر مشاهده شد كه بعلت بالاتر بودن غير يكنواختي كرنش در دانه‌هاي بزرگ‌تر نسبت به دانه‌هاي كوچك‌تر، حفره ها ابتدا در مرز دانه‌هاي فريت درشت‌تر جوانه مي‌زنند. به‌علاوه مشاهده شد كه سينتيك رشد حفره در نمونه بدون شيار به طور قابل توجهي بيشتر از نمونه شياردار است. اين رفتار به كاهش 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 كه عليرغم افت تنش سه محوري در ناحيه گلويي شده نمونه شياردار، افزايش شديد كرنش 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 كاهش كرنش شكست نهايي شده است. در بررسي سينتيك رشد حفره‌ها مشاهده شد كه مدل‌هاي بر پايه مدل Rice&Treacey نمي‌توانند پيش‌بيني خوبي را براي رفتار فولاد دوفازي ارائه كنند، زيرا اين مدل‌ها براي ساختار تك فازي توسعه داده شده‌اند. در عمل بررسي‌هاي انجام شده نشان داد كه رشد حفره‌ها در ساختار دوفازي فريت-مارتنزيت شديدتر از ساختار تك فازي است.

بررسي دقيق مورفولوژي حفره‌ها همراه با آناليز سطح شكست، نشان داد كه در نمونه بدون شيار كه تغييرات كرنشي يكنواختي را تا زمان شكست متحمل شده است، مكانيزم نهايي اتصال حفره‌ها عبارت از اتصال جانبي و برشي حفره‌هاي رشد كرده، است. اين در حالي است كه در نمونه شياردار، اتصال حفره‌ها بواسطه پديده اتصال ورقه‌اي حفره‌ها انجام مي‌شود. با بررسي مدل هاي موجود نشان داده شد كه شرايط بحراني اتصال حفره ها در فولاد مذكور مستقل از اثر شيار، با معيار معرفي شده توسط Brwon & Embury تطابق بسيار خوبي دارد. در نهايت با بررسي دقيق رفتار شكست، ساختار مطلوب كه مقاومت به آسيب بالاتري را دارا باشد، به صورت ساختاري دو فازي حاوي ذرات سخت و ريز ثانويه در زمينه فريتي دانه ريز كه حاوي مقداري عناصر آلياژي استحكام بخش باشد، پيشنهاد شد. بر اساس اين نتايج فولادي دوفازي و فوق ريز دانه توليد گرديد كه خواص مطلوب را از نظر شكست و آسيب از خود نشان داد. استحكام كششي اين فولاد با استحكام فولاد دو فازي DP980 كه از جمله مستحكم‌ترين فولادهاي دوفازي تجاري موجود است، قابل مقايسه است. از طرف ديگر انعطاف پذيري كل و يكنواخت اين آلياژ به ترتيب در حدود 12 و 36 درصد بيشتر از فولاد DP980 است كه نشان از قابليت بالاي شكل دهي اين ماده دارد.

ABSTRACT  

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 ...