اثر تریپ (TRIP effect) چیست؟
اثر تریپ به معنی تشکیل مارتنزیت بر اثر شکل دهی است. در اینجا، لازم است میان شکل گیری مارتنزیت ناشی از از اعمال تنش (stress-induced)، و شکل گیری آن بر اثر تغییر شکل، تمایز قائل شویم. چراکه واژه تریپ، تنها بر حالت دوم یعنی تغییر شکل دلالت دارد.زمانی که آستنیت در دمایی بالاتر از Ms و پایینتر از دمای بحرانیِ MD دفرمه شود، تبدیل به مارتنزیت می شود. اما این تبدیل زمانی اتفاق می افتد که یک میزان تنش یا کرنش بحرانی به ساختار اعمال شود. یعنی به محض اینکه به این میزان بحرانی برسیم، آستنیت سرشار از کربن و نیمه پایدار شروع به تبدیل شدن به مارتنزیت می کند.
در نتیجه می توان گفت فولاد تریپ، توسط تغییر شکل پلاستیک سخت شده است. بنابراین اثر تریپ به این معنی است که تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت، به طور موضعی سبب سخت شدن فولاد شود. حال اگر این اثر در تمام فولاد اتفاق بیفتد، یک فولاد با نرخ بالای کرنش سختی خواهیم داشت که دلکتیلیته مطلوبی را همزمان با افزایش سختی رقم خواهد زد.میزان رخ دادن این اثر در فولاد تریپ تا حدود زیادی به عناصر آلیاژی ارزان قیمتی مانند کربن، منگنز، سیلیکون و آلومینیوم بستگی دارد. به خصوص افزودن سیلیکون باعث سخت شدن فولاد بر اثر تشکیل محلول جامد میشود.
ریزساختار فولاد تریپ
ابتدا تکلیف مان را با عبارت Transformation Induced Plasticity مشخص کنیم. شاید بهترین ترجمه فارسی برای این عبارت، "تغییر شکل مومسان در اثر تغییر حالت" باشد. بنابراین در این جا، منظور از TRIP، بهبود رفتار تغییر شکل مومسان فولاد، در اثر تغییر حالت آستنیت به مارتنزیت در نتیجه اعمال نیروهای مکانیکی است.ریزساختار فولاد TRIP شامل حداقل پنج درصد حجمی آستنیت باقی مانده است، که در فاز فریت اولیه جاسازی شده است. البته این ریزساختار شامل فازهای سختی مانند بینیت و مارتنزیت در مقادیر متنوع نیز هست.
اعمال شرایط ایزوترمال به طور ثابت (در دماهای متوسط) برای ایجاد ساختار بینیت در فولاد تریپ مورد نیاز است. حضور آستنیت باقی مانده در ریزساختار نهایی، آن هم در نسبت های حجمی بزرگ، نتیجه مقادیر بالای کربن و سیلیسیم در فولادهای تریپ است.یک شماتیک کلی از ریز ساختار فولاد TRIP در شکل زیر نشان داده شده است و یک تصویر میکروسکوپی نیز از فولاد تریپ 690 نیز در آن دیده می شود.
عملیات حرارتی تولید فولاد تریپ
فولادهای تریپ را می توان از طریق نورد سرد، نورد گرم یا گالوانیزه عمیق گرم با استحکام 500 تا 800 مگاپاسکال تولید کرد. اما آن چه اهمیت ویژه ای در تولید این فولاد دارد، عملیات حرارتی آن است.برای تولید یک فولاد مستحکم و داکتیل، فرآیند آنیل intercritical برای به دست آوردن توزیع فاز مطلوب ضروری است. در طی این عملیات حرارتی، فولاد به دمای بالای یوتکتوئید منتقل می شود که در آن منطقه، متریال شامل فازهای آستنیت و فریت است.
آستنیت یک فاز جامدِ دما بالا است که فقط در شرایط تعادلی در دماهای بالاتر از 727 درجه سلسیوس وجود دارد. پس از گرمایش تا بالای یوتکتوئید، فولاد تا دمایی حدود 400 درجه سلسیوس خنک می شود تا به آستنیت اجازه دهد که بینیتِ فریتی را تشکیل دهد. سپس دو مسیر برای حصول حالت نهایی وجود دارد که در شکل زیر مشخص است.این موضوع بسیار مهم است که تحول ایزوترمال یوتکتوئیدی، در دمایی کامل شود که تشکیل فریت بینیتی، به حد کافی آهسته باشد. این آهستگی سبب نفوذ کربن به فاز آستنیت می شود. در ادامه این موضوع را دقیقتر بررسی می کنیم.
غنی سازی آستنیت باقیمانده از کربن
حضور آستنیت باقی مانده در ریزساختار پایانی، نکتهای بسیار کلیدی در مفهوم فولاد TRIP است. بنابراین، دستیابی به حداکثر مقدار کربن ممکن در بخشهای آستنیتی نهایی، برای کاهش دمای MS به زیر دمای محیط ضروری است. البته این موضوع در فولادهایی که شامل 0.2 درصد کربن باشند، صدق می کند. از این رو عملیات حرارتی فولاد تریپ، به منظور غنی سازی فاز گاما با کربن در طول تبدیلات فازی اجرا می شود.سه فرآیند مهم در طول گرمایش تا دمای intercritical اتفاق می افتد:
نکته ای که برای دستیابی به خواص مورد نظر در فولاد تریپ ضروری است، اطمینان حاصل کردن از درصد کربن ابتدایی در ساختار (0.2 درصد) و درصد فریت حدودا 50 درصد است. البته همین مقادیر هم برای غنی سازی فاز آستنیت با کربن در آنیل intercritical کافی نیست.برای رسیدن به ماکزیمم محتوای کربن در آستنیت و جلوگیری از تحول مارتنزیتی در سرمایش نهایی تا دمای اتاق، مقادیر بیشتری از کربن لازم است. مشخص است که در حین تحول بینیتی، کربن توزیع مجدد می شود و ترکیب فریت/سمنتیت (کاربید) پدید می آید. یعنی کربن مصرف می شود!
بنابراین تنها راهی که برای جلوگیری از مصرف کربن داریم، اضافه کردن عناصر فریت زا است. این عناصر از رسوب کاربیدها جلوگیری می کنند و فازهایی عاری از کربن یعنی فریتِ بینیتی به وجود می آورند. از این رو شرایط مطلوب برای افزوده شدن کربن به آستنیت باقی مانده مهیا می شود.با توجه به نقش حیاتی عناصر آلیاژی در تاخیر تشکیل کاربید، بخش اعظمی از جزئیات تبدیل فاز و اثر پارامترهای آنیل در ریز ساختار فولاد تریپ، وابسته به ملاحظات ترکیب شیمیایی است.
ترکیب شیمیایی فولاد TRIP
فولادهای تریپ نوعی فولاد هیپویوتکتوئیدی به شمار می روند که به طور معمول حاوی 0.1 تا 0.4 درصد وزنی کربن است. همان طور که گفتیم، فولاد تریپ شامل عناصر آلیاژی است که از رسوب فاز سمنتیت که در فولادهای معمولی در دمای اتاق وجود دارد، جلوگیری می کنند.سیلیکون و آلومینیوم متداول ترین عناصری هستند که برای تثبیت فاز آستنیت در دمای اتاق به کار می روند. دیگر عناصر آلیاژی مانند تیتانیوم، نیوبیوم و وانادیوم نیز می توانند به بهبود استحکام فولاد TRIP کمک کنند.
نرخ های کار سختی در فولاد تریپ
در هنگام تغییر شکل فولادهای دوفازی (DP) فازهای ثانویه سخت، در زمینه نرم فریتی توزیع شده اند. این فازهای سخت سبب افزایش نرخ کارسختی در فولاد می شوند. با این حال، در مورد فولادهای تریپ، کرنش فزاینده، باعث تبدیل شدن آستنیت باقی مانده به مارتنزیت می شود.اما نرخ کارسختی فولاد TRIP در سطوح کرنش بالاتر، بیشتر می شود.قابلیت حفظ نرخ بالای کارسختی در سطوح بالاتر کرنش، موجب می شود که فولاد TRIP، انتخاب بهتری نسبت به فولادهای DP در کاربردهایی شامل شکل دهی شدید باشد.
آیا در فولادهای تریپ اثر سایز وجود دارد؟
شاید بدون بررسی دقیق اثر سایز در فازهای فولاد تریپ هم می توانستیم به این سوال پاسخ "بله" بدهیم. چراکه همیشه در فولادها اثر سایز وجود دارد! برخی فولادهای مدرن که حاوی جزایر آستنیتی در مقیاس نانو و یا فیلم های پراکنده شده در ماتریس مارتنزیتی باشند، علاوه بر استحکام بسیار بالا، شکل پذیری و چقرمگی مناسبی نیز از خود نشان می دهند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
