Σχέση μικροδομής-ιδιοτήτων σε χάλυβες TRIP (Transformation Induced Plasticity) αυξημένης πλαστικότητας κατά την παραμόρφωση

Abstract

The requirements of the automobile industry for weight reduction and increase formability contributed to the development of TRIP steels, a class of steels combining a good balance of strength and ductility and a high energy absorption potential. These excellent properties are due to a fine complex microstructure consisting of ferrite, lamellae bainite, retained austenite and a small percentage of martensite. The effect of microstructure at the final mechanical properties was the purpose of this study. To achieve this, three basic objects were determined. The first object was to validate, refine and develop the experimental techniques necessary for the characterization of the TRIP steels. The second object was to study the reactions taking place at the isothermal bainitic holding, examine the factors that affect them and combine them with the final mechanical properties. Last, due to the third object we made an effort to produce in laboratory a steel with the same properties as the industrial. For the attainment of these objects Light Optical Microscopy (LOM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD), X-Ray Diffraction (XRD) and Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) techniques were used. For the investigation of the mechanical properties hardness measurements were made. The SEM techniques were necessary for these types of steels. A discussion of the data from magnetization measurements suggests that magnetization measurements lead to more reliable results than XRD measurements. EBSD technique proved to be a useful tool for the metallurgists combining crystallographic charecteristics with other characteristics of the grains of the material. The results showed that increase of intercritical annealing temperature increases the volume fraction of intercritical austenite and make them more stable. Increase of the isothermal bainitic temperature increases the speed of bainite reaction. By increasing the time of the bainitic holding the volume fraction of the retained austenite first increased for short periods and after decreased for longer periods of holding times. It was proved that through certain heat treatment we can produce experimental steel with same characteristics as the industrial one. Finally, it’s the first time in Greece that this technique is used for the characterization of a steel. So this study can become a basis for the future characterization of the steels and other crystalline materials.

Οι πολυφασικοί χάλυβες της κατηγορίας TRIP αποτελούν υλικά που χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία. Συνδυάζουν αυξημένες τιμές αντοχής σε θραύση και ολκιμότητα. Οι ιδιότητες οφείλονται στη σύνθετη μικροδομή η οποία αποτελείται από διάφορες φάσεις όπως φερρίτη, μπαινίτη, μετασταθή ωστενίτη και μικρά ποσοστά μαρτενσίτη. Ιδιαιτέρως σημαντική είναι η φάση του ωστενίτη η οποία εξαιτίας του ότι βρίσκεται σε μετασταθή κατάσταση, όταν δεχθεί εξωτερική παραμόρφωση μετασχηματίζεται στην πιο σταθερή μαρτενσιτική με ταυτόχρονη αύξηση της τελικής αντοχής σε θραύση του χάλυβα. Ο έλεγχος του κλάσματος όγκου και του μεγέθους κόκκου του ωστενίτη αποτελεί τον πιο σημαντικό παράγοντα διαμόρφωσης των τελικών ιδιοτήτων. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης της μικροδομής στις τελικές ιδιότητες των χαλύβων TRIP. Αρχικώς εφαρμόσθηκαν οι περισσότερες τεχνικές χαρακτηρισμού αυτού του τύπου χάλυβα και αξιολογήθηκαν. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι αντιδράσεις ισοθερμοκρασιακού μετασχηματισμού του ωστενίτη ενώ εξετάστηκαν και οι παράγοντες που τις επηρεάζουν. Επίσης πραγματοποιήθηκε συσχέτιση του κλάσματος όγκου του υπολειπόμενου ωστενίτη με τις μηχανικές ιδιότητες. Για την επίτευξη των παραπάνω χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές οπτικής μικροσκοπίας (LOM), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας (SEM), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας περίθλασης οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (EBSD), περίθλασης ακτινών Χ (XRD) καθώς και μαγνητικές μετρήσεις με τη μέθοδο SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Για την εξέταση των μηχανικών ιδιοτήτων πραγματοποιήθηκαν σκληρομετρήσεις. Από τα αποτελέσματα καταλήξαμε ότι η χρήση τεχνικών ηλεκτρονικής μικροσκοπίας κρίνονται απαραίτητες για την εξέταση αυτού του τύπου χάλυβα. Οι μαγνητικές μετρήσεις αποτελούν την πιο αξιόπιστη επιλογή για την μέτρηση του κλάσματος όγκου του ωστενίτη. Όσον αφορά τις παραμέτρους των θερμικών κατεργασιών καταλήξαμε ότι αύξηση στη θερμοκρασία ενδοκρίσιμης ανόπτησης αυξάνει το κλάσμα όγκου του ενδοκρίσιμου ωστενίτη και τη σταθερότητα αυτού. Με αύξηση στη θερμοκρασία μπαινιτικού μετασχηματισμού αυξάνεται η ταχύτητα της μπαινιτικής αντίδρασης. Αύξηση στη διάρκεια παραμονής στην μπαινιτική περιοχή συνεπάγεται αρχικά αύξηση και στη συνέχεια μείωση του κλάσματος όγκου του υπολειπόμενου ωστενίτη. Τελειώνοντας, θα πρέπει να τονιστεί ότι με την παρούσα εργασία για πρώτη φορά στην Ελλάδα γίνεται προσέγγιση της μικροδομής αυτής της κατηγορίας χάλυβα με τις τεχνικές EBSD.