تأثير مورفولوژي بينيت بر خواص مكانيكي فولاد سه فازي فريت- بينيت- مارتنزيت

Effect of Bainite Morphology on the Mechanical Properties of a Ferrite- Bainite- Martensite Triple-Phase Steel

فولادهاي دو و سه فازي خواص منحصر بفردي همچون رفتار تسليم پيوسته، نسبت استحكام تسليم به استحكام كششي كم، سرعت كار سختي بالا و درصد ازدياد طول همگن زياد دارند، لذا در صنايع خودروسازي به طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرند. هدف از اين مطالعه، ايجاد ريزساختار سه فازي فريتي- بينيتي - مارتنزيتي با استحكام بالا و شكل پذيري مطلوب مي باشد. در اين تحقيق، عمليات آستنيته كردن در دماي 850 درجه سانتي گراد به مدت 1 ساعت بر روي نمونه ­هاي فولاد 4140 انجام شد. سپس نمونه ها در دماي 720 درجه سانتي گراد (منطقه فريت-آستنيت) به مدت 3 دقيقه نگهداري و جهت بدست آوردن مورفولوژي هاي متفاوت بينيت، به حمام نمك با دماهاي متفاوت 380، 400، 420 و 450 درجه سانتي گراد به مدت 4 دقيقه انتقال داده شدند و در نهايت در آب به منظور تشكيل مارتنزيت كوئنچ گرديدند. مطالعه ريزساختار نمونه ها با ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه با افزايش دماي آستمپرينگ از 380 تا 450 درجه سانتي گراد، مورفولوژي از بينيت پايين به بينيت بالا تغيير مي كند. با انجام آزمون هاي سختي و كشش مشخص گرديد كه افزايش دماي آستمپرينگ موجب كاهش مقادير سختي، استحكام تسليم، استحكام كششي نهايي، ازدياد طول و همچنين كاهش مقادير n و K در رابطه هولمن مي­شود. شكست نگاري نمونه ­هاي تست كشش به وسيله استريو ميكروسكوپ نشان داد كه با افزايش دماي آستمپرينگ، سطح شكست از نرم به ترد تغيير مي ­كند.

Dual and triple phase steels have unique properties such as continuous yielding behavior, low ratio of yield strength to tensile strength, high work hardening rate and high homogenous elongation percentage; thus, they are used widely in automotive industries. The aim of this study is to develop a triple-phase microstructure of ferrite-bainite-martensite with high strength and desirable ductility. In this research, the samples of 4140 steel were austenitized at 850°C for 1 hour. Then, the samples were kept at temperature of 720°C (the ferrite-austenite region) for 3 minutes, and transferred to a salt bath at different temperatures of 380, 400, 420 and 450°C for 4 minutes to obtain various morphologies of bainite, finally quenched in water to form martensite. The observation of the microstructure by a scanning electron microscope showed that with increasing austempering temperature from 380 to 450°C, the morphology changes from lower bainite to upper bainite. Hardness and tensile tests revealed that by increasing the austempering temperature the hardness, yield strength, ultimate tensile strength, elongation and the amounts of “n” and “k” in the Holloman equation, decrease. Fractography of the tensile tested specimens by a stereo-microscope showed that with increasing the austempering temperature, the fracture surface changes from ductile to brittle.