ارزیابی تأثیر افزودن نیوبیم بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد دوفازی فوق ریزدانه/نانوساختار شده به وسیله عملیات ترمومکانیکی

هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر افزودن عنصر میکروآلیاژی نیوبیم بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد دوفازی فوق ریزدانه می باشد. بدین منظور، چهار فولاد با ترکیب شیمیایی مشابه و مقادیر مختلف نیوبیم (صفر، 06/0، 12/0 و 18/0 درصد وزنی) توسط روش ذوب القائی تحت خلاء ریخته گری شد. سپس فولادهای دوفازی با ساختار فریتی- مارتنزیتی ساخته شده و از طریق عملیات ترمومکانیکی نورد سرد- آنیل بین بحرانی بازگشتی، ساختار فوق ریزدانه/نانوساختار در آن ها ایجاد گردید. در این عملیات، ساختارهای دوفازی به میزان 80% کاهش در ضخامت نورد سرد شده و سپس در دمای °c 770 به مدت زمان های 4، 6 و 8 دقیقه آنیل بین بحرانی بازگشتی شدند. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نیوبیم تا 12/0 درصد وزنی، متوسط اندازه دانه های فریت کاهش و کسر حجمی مارتنزیت افزایش یافت، با این حال در زمان های آنیل بین بحرانی 6 و 8 دقیقه، کسر حجمی مارتنزیت کم تر و اندازه دانه فریت بزرگ تر در نمونه حاوی 18/0 درصد وزنی نیوبیم مشاهده شد. نتایج حاصل از آزمون کشش، تأثیر رسوبات کاربید نیوبیم را در بهبود خواص مکانیکی تایید کرد. آزمون کشش، ترکیب بسیار خوبی از استحکام و انعطاف پذیری را در قالب میزان انرژی جذب شده (j.cm-3 160) و چقرمگی (mpa 229) در مقایسه با دیگر فولادهای دوفازی تجاری نشان داد. فولاد دوفازی فوق ریزدانه (با متوسط اندازه دانه فریت µm 37/0 ± 40/1) حاوی 12/0 درصد وزنی نیوبیم، استحکام کششی mpa 1203 ( حدود 120% بالاتر از نمونه فریتی-پرلیتی اولیه) بدون کاهش انعطاف پذیری را نشان داد. رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی توسط سه مدل مرسوم هولومن، کروسارد- جول (c-j) و c-j اصلاح شده بررسی و مشاهده شد که مدل های هولومن و c-j رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی را به صورت دو مرحله ای و مدل c-j اصلاح شده، رفتاری سه مرحله ای را نشان داده است. نوع شکست در فولادهای دوفازی شکست نرم بود به طوری که با افزایش درصد وزنی نیوبیم، قطر متوسط دیمپل ها کاهش یافت. تغییرات استحکام، انعطاف پذیری، رفتار کرنش سختی و رفتار شکست فولادهای دوفازی با تغییر درصد وزنی نیوبیم و زمان آنیل بین بحرانی، رابطه خوبی را با ویژگی های ریزساختاری نشان داد.