بررسي تاثير نامتعارف ميكروساختارهاي دوفازي فريتي- بينيتي بر اصلاح خواص مكانيكي فولاد كم‌آلياژ MO40 در مقايسه با شرايط تمام بينيتي

Investigation of abnormal effect of dual-phase ferritic-bainitic microstructures on modification of mechanical properties of MO40 low alloy steel in comparison with full bainitic conditions

هدف از اين پژوهش، بررسي جزئيات ريزساختارها و خواص مكانيكي فولاد كم‌آلياژ MO40 در حالت دوفازي فريتي- بينيتي در مقايسه با شرايط تمام بينيتي مي‌باشد. براي اين منظور سيكل‌هاي عمليات حرارتي متنوعي براي ايجاد ميكروساختارهاي دوفازي فريتي- بينيتي، شامل آستنيته كردن نمونه‌ها در دماي ℃860 به مدت 50 دقيقه و سپس كوئنچ سريع نمونه‌ها به داخل حمام نمك مذاب اوليه با دماي ℃620 براي مدت زمان‌هاي متفاوت 1 الي 10 دقيقه به ‌منظور ايجاد كسرهاي حجمي مختلفي از فازهاي فريت و آستنيت تحول نيافته استفاده شد و بلافاصله پس از آن براي ايجاد بينيت از آستنيت تحول نيافته، اين نمونه‌ها به داخل حمام نمك مذاب ثانويه با دماي ℃350 به مدت زمان‌ 30 دقيقه انتقال داده ‌شده و در نهايت در آب كوئنچ گرديدند. همچنين براي ايجاد ريزساختار تمام بينيتي، نمونه‌ها پس از آستنيته شدن در دماي ℃860 به مدت 50 دقيقه، بلافاصله به داخل حمام نمك مذاب ℃350 منتقل و به مدت زمان 30 دقيقه نگه‌داري و در پايان در آب كوئنچ گرديدند. از آزمون‌هاي كشش، سختي‌سنجي در مقياس ماكرو و ميكرو، متالوگرافي نوري و الكتروني روبشي گسيل ميداني FE-SEM مجهز به آناليزور EDS براي بررسي تغييرات خواص مكانيكي و ريزساختاري استفاده شد. نتايج تجربي استخراج شده نشان مي‌دهد كه يك رابطه غيرخطي و نامتعارف بين خواص مكانيكي نمونه‌هاي دوفازي فريتي- بينيتي با تغييرات كسر حجمي فازهاي فريت و بينيت وجود دارد. خواص مكانيكي نمونه‌هاي دوفازي فريتي- بينيتي شامل 8 تا 12 درصد حجمي فاز فريت مرزدانه‌اي در مجاورت بينيت، به طور قابل توجهي بيش از ساير نمونه‌هاي دوفازي فريتي- بينيتي و حتي نمونه‌هاي تمام بينيتي مي‌باشد. اين اصلاح در خواص مكانيكي نمونه‌هاي دو فازي فريتي- بينيتي با كسرهاي حجمي 8 تا 12 درصد فريت ناشي از برهمكنش فازهاي بينيت و فريت مرزدانه‌اي مي‌باشد.

The purpose of this research is to investigate microstructural features and mechanical properties of MO40 low alloy steel under dual-phase ferritic-bainitic in comparison with those of full bainitic conditions. To do so, various heat treatment cycles including Austenitizing the samples at 860°C for 50 minutes, step quenching in primary 620°C salt bath for different duration times of 1 to 10 minutes, quenching in secondary 350°C salt bath for 30 minutes and then water quenching to room temperature in order to develop dual-phase ferritic-bainitic microstructures in the samples. The isothermal heat treatment in primary 620°C salt bath for various duration times was used in order to develop different volume fractions of ferritic phase in the microstructures, then the secondary 350°C salt bath was used for subsequent transformation of remaining prior austenite to bainite. Tensile test, micro and macro hardness testers, optical metallography and FE-SEM equipped with EDS were used for investigation of variations of mechanical properties and microstructural features. The experimental results show that there is a non-linear and abnormal relationship between the mechanical properties of dual-phase ferritic-bainitic samples and variations of ferrite and bainite volume fractions. The mechanical properties of dual-phase ferritic-bainitic samples involving 8-12 vol% grain boundary ferrite in the vicinity of bainite is considerably higher than other dual phase ferritic-bainitic samples and even full bainitic ones. This improvement in mechanical properties of dual-phase ferritic-bainitic samples involving 8-12 vol% ferrite is originating from interaction of bainite crystals on grain boundary ferrite.