خواص خستگی فلزات می تواند تحت شرایط و پارامترهای مختلف دستخوش تغییر شود. یکی از عوامل مهمی که استحکام خستگی فولادها را مورد تأثیر قرار می دهد، ناخالصی های غیر فلزی هستند که در پروس? فولادسازی تشکیل می شوند. این ناخالصی ها، تحت تنش های خستگی موجب ایجاد تمرکز تنش در ساختار فولاد می گردند به طوریکه گاهاً ریزساختار توان مقاومت در برابر آن را نداشته و ترک ها از فصل مشترک ناخالصی- ریزساختار ایجاد و شروع به رشد می کنند. موراکامی و همکارانش، مدلی را پیشنهاد کردند که به وسیل? آن تأثیر ناخالصی، از جمله تمرکز تنش و اثر آن بر استحکام خستگی فولاد مشخص می گردد. در این پژوهش، اثر ناخالصی های غیر فلزی و زبری سطح بر استحکام خستگی فولاد 30mnvs6 که دارای ساختار و استحکام یکسان ولی از نظر میزان و اندازه ناخالصی متفاوت بودند، به طور کامل و با استفاده از تست خستگی و همچنین مدل موراکامی بررسی شده است. بررسی سطوح شکست به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی و نتایج حاصله نشان می دهد که با افزایش اندازه ناخالصی، استحکام خستگی افت کرده و پراکندگی نتایج نیز افزایش می یابد. همچنین زبری سطح موجب افت استحکام خستگی شده ولی همچنان ناخالصی ها عامل ایجاد ترک خستگی هستند. محاسبات نشان می دهد تا زمانی که تمرکز تنش ایجاد شده توسط ناخالصی ها از زبری سطح بیشتر باشد، ناخالصی ها منشأ شکست خستگی خواهند بود. نهایتاً مدل جدیدی نیز جهت پیش بینی اندازه بحرانی ناخالصی عامل شکست خستگی پیشنهاد گردید.

اساس طراحی قطعات در تولیدات مدرن مهندسی بر مبنای دو بخش سطح و مغز قطعه صورت می گیرد. سطوح قطعات فلزی در معرض پدیده های مخرب سطحی مانند خوردگی، خستگی و سایش قرار دارند. نیتروژن دهی پلاسما یکی از مهمترین روشهای عملیات حرارتی سطحی نفوذی ترموشیمیایی است که باعث افزایش سختی سطح، استحکام خستگی، مقاومت سایشی و خوردگی فولادها می شود. در این پژوهش تأثیر پارامترهای دما و زمان در فرایند نیتروژن دهی پلاسما بر ریزساختار و رفتار خستگی فولاد ابزار سردکار din 1.2210 کوئنچ و تمپر شده بررسی شد. بدین منظور نمونه ها با استفاده از دستگاه نیتروژن دهی پلاسما در دماهای 450?c و 550?c به مدت 6h و 500?c به مدت 3، 6 و 9h در ترکیب گاز 30%n2+70%h2 نیترورژن دهی شدند. کلیه نمونه ها با کمک میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (sem)، دستگاه تست میکروسختی و آنالیز تفرق اشعه ایکس (xrd) بررسی شدند. همچنین استحکام خستگی نمونه های کوئنچ- تمپر و نیترورژن دهی شده با دستگاه تست خستگی چرخشی- خمشی اندازه گیری شد. نتایج آنالیز تفرق اشعه ایکس نشان داد که در سطح کلیه نمونه های نیترورژن دهی شده فازهای fe4n:?? و ?:fe3n تشکیل می شود که با افزایش دمای نیتروژن دهی نسبت فاز ?? به ? افزایش می یابد. همچنین دیده شد که با افزایش عمق لایه نفوذی، استحکام خستگی فولاد افزایش می یابد. بررسی سطوح شکست نمونه های خستگی با sem نشان داد که مکانیزم غالب شروع ترک خستگی در نمونه های نیترورژن دهی شده، تشکیل ترک چشم ماهی است که منشأ آن ناخالصی های غیرفلزی موجود در داخل نمونه است.

فولادهای میکروآلیاژی از خانواده فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا شامل مقادیر محدودی عناصر کاربیدساز قوی نظیر ti، nb و v جهت کنترل رشد دانه های آستنیت می باشند. درجه حرارت و زمان عملیات حرارتی و یا جوشکاری تأثیر بسزائی بر دانه بندی آستنیت و متعاقباً ریزساختار و خواص مکانیکی این فولادها دارد. در این پژوهش تأثیر درجه حرارت و زمان آستنیته کردن بر رشد دانه های آستنیت اولیه در فولاد میکروآلیاژی ti-nbدار بررسی شد. بدین منظور نمونه هایی در درجه حرارت های ?c1300-900 به مدت یک ساعت آستنیته و سپس در آب سختگردانی شدند تا دانه بندی آستنیت اولیه در نمونه ها بدون هیچ گونه تغییری در دمای محیط حفظ گردد. جهت آشکارسازی مرزدانه های آستنیت در فولاد مورد پژوهش، چندین تکنیک متالوگرافی یک مرحله ای و دو مرحله ای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از میکروسکوپ های نوری و الکترونی نشان داد محلول های اچ شیمیایی مورد استفاده در تکنیک متالوگرافی یک مرحله ای حساسیتی به ظاهرسازی مرزدانه های آستنیت اولیه از خود نشان نمی-دهد و تکنیک متالوگرافی دو مرحله ای بر مبنای اکسیداسیون حرارتی در دمای بالا و سپس اچ شیمیایی به عنوان مناسب ترین روش جهت نمایان ساختن مرزدانه های آستنیت اولیه در فولاد تمیز مورد پژوهش انتخاب گردید. آشکارسازی دانه بندی آستنیت اولیه و نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپ های نوری، الکترونی (sem) و نیروی اتمی (afm) نشان داد که حضور رسوبات کاربیدی و کاربونیتریدی بسیار ریز حاوی عناصر میکروآلیاژی تیتانیم و نئوبیم منجر به بروز سه مد رشد دانه در فولاد مورد بررسی می گردد. بطوریکه در درجه حرارت های پایین آستنیته کردن که این ذرات رسوبی پایدار هستند، دانه های آستنیت با آهنگ ملایم و یکنواختی رشد می کنند و الگوی رشد دانه های آستنیت از نوع پیوسته است. اما در درجه حرارت های بالاتر، ذرات کاربونیتریدی شروع به انحلال و درشت شدگی نموده و الگوی رشد دانه های آستنیت از نوع ناپیوسته یا غیریکنواخت می باشد. با افزایش درجه حرارت و زمان آستنیته کردن، اندازه دانه های آستنیت در فولاد میکروآلیاژی ti-nbدار افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان آستنیته کردن اندازه دانه های آستنیت افزایش و نرخ رشد دانه های آن کاهش می یابد.

فولادهای کم آلیاژ دوفازی با ریزساختار فریتی- مارتنزیتی در طول چند دهه گذشته بطور گسترده ای توسعه یافته و خواص مکانیکی بهینه ای نظیر رفتار تسلیم پیوسته و ترکیبی از استحکام با ضربه پذیری بالا را ارائه نموده اند. در این پژوهش بر روی ارتباط بین خواص مکانیکی فولاد عملیات حرارتی پذیر aisi5140 با ریزساختارهای دوفازی فریتی- مارتنزیتی در مقایسه با شرایط کوئنچ تمپر معمولی با ریزساختار تماما مارتنزیتی تحقیق شده است. بدین منظور از طریق عملیات حرارتی کوئنچ پله ای در ناحیه دوفازی ?+?، کسر حجمی های مختلفی از فریت و مارتنزیت در محدوده دمای بحرانی ? 600 و با قرار دادن در زمان های مختلف بدست آمد. ابتدا نمونه ها در دمای ?900 به مدت 1 ساعت آستنیته شده و در کوره حمام نمک ?600 برای مدت زمان هایی بین 15 تا 35 ثانیه قرار گرفته و در نهایت در آب کوئنچ گردیدند. در ادامه به منظور بهینه سازی خواص ضربه پذیری، نمونه ها در دمای ?600 به مدت 30 دقیقه تمپر گردیدند. از میکروسکوپ نوری و الکترونی و همچنین آزمون های مکانیکی استفاده گردید تا روابط بین خواص مکانیکی با ریزساختارهای دوفازی در مقایسه با نمونه های تماما مارتنزیتی بررسی شود. نتایج تجربی ارائه شده در این پژوهش نشان می دهد که نمونه های تماما مارتنزیتی دارای بالاترین استحکام تسلیم و کششی نهایی بوده ولی خواص ضربه پذیری نمونه های دوفازی فریتی- مارتنزیتی در مقایسه با نمونه های تماما مارتنزیتی بطور گسترده ای افزایش یافته است. برای نمونه های دوفازی فریتی- مارتنزیتی با کاهش کسر حجمی مارتنزیت، استحکام کاهش ولی خواص ضربه پذیری افزایش می یابد. همچنین نمونه های دوفازی دارای تغییر طول بالاتری در مقایسه با نمونه های کوئنچ- تمپر مستقیم هستند. نتایج ارائه شده نشان می دهد به منظور بهینه سازی خواص مکانیکی فولاد aisi5140 در شرایط دوفازی فریتی- مارتنزیتی می بایست دو پارامتر کسر حجمی فازها و مورفولوژی آنها به طور دقیق کنترل شود.1

فولاد های دوفازی خواص مکانیکی چشمگیری مانند رفتار تسلیم پیوسته، ترکیب بهینه ای از استحکام و انعطاف پذیری و شکل پذیری بهتر نسبت به سایر فولاد های کم آلیاژ استحکام بالا با ترکیب شیمیایی مشابه دارا می باشند. در نتیجه فولاد های دوفازی در صنایع خودرو سازی کاربرد گسترده ای دارند که موجب کاهش وزن خودرو و افزایش ایمنی آن می گردد. فولاد های دوفازی معمولا شامل کسر حجمی مشخصی از فازی با استحکام بالا مانند مارتنزیت یا بینایت در زمینه ی نرم فریت می باشند. مطالعات انجام شده بر ریزساختارهای دوفازی فریتی-بینایتی بسیار محدود می باشد، بنابراین در این پژوهش ارتباط ریزساختار و خواص مکانیکی ریزساختارهای فریتی-بینایتی با کسر های حجمی مختلف از فازها مورد بررسی قرار گرفت.