مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی خستگی سیکل بسیار بالا در فولاد دوفازی 1000DP

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
حسین قاسمی مبارکه 1
سعید رهنما 1
رضوان عابدینی 2
رضا مسعودی نژاد 3
1 دانشگاه بیرجند
2 دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شیان جیائوتنگ، چین
10.48311/mme.25.1.43
چکیده
این پژوهش به بررسی شروع آسیب در ریزساختار فولاد دوفازی DP1000 تحت شرایط خستگی با سیکل بسیار بالا (VHCF) پرداخته است. ریزساختار این فولاد شامل فازهای فریت و مارتنزیت است که ترکیب این فازها خواص مکانیکی برجسته‌ای مانند استحکام بالا و مقاومت به خستگی را فراهم می‌کند. در این مطالعه، از یک روش دقیق عملیات حرارتی استفاده شد که منجر به بهینه‌سازی ریزساختار فولاد گردید. این فرآیند، توزیعی یکنواخت از فازهای فریت نرم (50%) و مارتنزیت سخت (50%) ایجاد کرد. همچنین، طراحی نمونه‌های دمبلی شکل برای آزمون خستگی فراصوت (20 کیلوهرتز) و استفاده از یک سیستم خنک‌کاری ترکیبی جدید، امکان کنترل پایدار دمای نمونه‌ها را در طول آزمایش فراهم ساخت. این روش کنترل دما، شرایطی را ایجاد کرد که آزمون‌ خستگی با سیکل بسیار بالا برای اولین بار بدون تأثیر تنش‌های حرارتی انجام شوند و نتایج با دقت و اطمینان بالاتری نسبت به تحقیقات پیشین ثبت شوند. به طوری که شکست برا اثر خستگی در تنش‌های 250 تا 300 مگاپاسکال اتفاق می‌افتد که منجر به بهبود 10 درصدی نسبت به سایر تحقیقات شده است. در این آزمایش، جابجایی انتهای آزاد نمونه‌ها با حسگر لیزری اندازه‌گیری و نمودار S-N ترسیم شد. نتایج نشان داد که ریزساختار بهینه‌شده، موجب تأخیر در شروع آسیب و کاهش نرخ رشد ترک گردید، در حالی که توزیع نامناسب فازها منجر به تسریع رشد ترک‌ها شد.
کلیدواژه‌ها
خستگی سیکل بسیار بالا
فولاد دوفازی
فراصوت
ترک
ریز ساختار
DP1000

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of Very High Cycle Fatigue in DP1000 Steel

نویسندگان English

Hossein Ghasemi Mobarakeh 1
Saeed Rahnama 1
Rezvan Abedini 2
Reza Masoudi Nejad 3
1 University of Birjand
2 Iran University of Science and Technology
3 Faculty of Human Settlements and Civil Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an-China
چکیده English

This study investigated damage initiation in the microstructure of DP1000 dual-phase steel under ultrasonic very high cycle fatigue (VHCF) conditions. The microstructure of this steel consists of ferrite and martensite phases, a combination of which provides outstanding mechanical properties such as high strength and fatigue resistance. In this study, a precise heat treatment method was employed to optimize the steels microstructure, resulting in a uniform distribution of 50% soft ferrite and 50% hard martensite. Additionally, the design of hourglass-shaped specimens for ultrasonic fatigue testing (20 kHz) and the implementation of a novel combined cooling system enabled stable temperature control during testing. This temperature control method allowed very high cycle fatigue testing to be conducted for the first time without the influence of thermal stresses, yielding results with greater accuracy and reliability compared to previous research. During the test, the displacement of the specimens free end was measured using a laser sensor and the S-N diagram was constructed. The results demonstrated that the optimized microstructure delayed damage initiation and reduced the crack growth rate, whereas an improper phase’s distribution accelerated crack growth

کلیدواژه‌ها English

Very High Cycle Fatigue
Dual-Phase Steel
Ultrasound
Crack
Microstructure
DP 1000
1- Balliger NK, Gladman T. Work hardening of dual-phase steels. Met Sci. 1981;15:95–108.
2- Keeler S, Kimchi M. Advanced high-strength steels application guidelines V5. WorldAutoSteel; 2015.
3- Sarwar M, Priestner R. Influence of ferrite-martensite microstructural morphology on tensile properties of dual-phase steel. J Mater Sci. 1996;31:2091–5.
4- Davies RG. Influence of martensite composition and content on the properties of dual phase steels. Metall Trans A. 1978;9:671–9.
5- Sonsino CM, Morgenstern C, Hanselka H. Betriebsfestigkeit von Aluminiumschweißverbindungen unter korrosiven Umgebungsbedingungen im Fahrzeugbau. In: GUS – Tagung Umwelteinflüsse erfassen, simulieren, bewerten; 26–28 March 2003; Pfinztal. p. 245–56.
6- Haibach E. Betriebsfestigkeit. 2nd ed. Düsseldorf: VDI-Verlag; 2002.
7- Wells JM, Buck O, Roth LD, Tier JK. Ultrasonic fatigue. In: Proceedings of first international conference on fatigue and corrosion; 1982; Philadelphia (USA): The Metal Society of AIME.
8- Bathias C, Paris PC. Gigacycle fatigue in mechanical practice. New York: Marcel Dekker Publishing; 2006.
9- Anbarlooie B, Hosseini-Toudeshky H, Hosseini M, et al. Experimental and 3D micromechanical analysis of stress–strain behavior and damage initiation in dual-phase steels. J Mater Eng Perform. 2019;28:2903–18.
10- Saha, D.C., Nayak, S.S., Biro, E. et al. Mechanism of Secondary Hardening in Rapid Tempering of Dual Phase Steel. Metall Mater Trans A 45, 6153–6162 (2014).
11- Najmul H. Abid, Rashid K. Abu Al-Rub, Anthony N. Palazotto, Micromechanical finite element analysis of the effects of martensite morphology on the overall mechanical behavior of dual phase steel, International Journal of Solids and Structures, Volumes 104–105, 2017, Pages 8-24, ISSN 0020-7683,
12- Mazaheri, Y., Kermanpur, A. & Najafizadeh, A. Microstructures, Mechanical Properties, and Strain Hardening Behavior of an Ultrahigh Strength Dual Phase Steel Developed by Intercritical Annealing of Cold-Rolled Ferrite/Martensite. Metall Mater Trans A 46, 3052–3062 (2015).
13- Chen, H., Gu, Z., An, H. et al. Precise nanomedicine for intelligent therapy of cancer. Sci. China Chem. 61, 1503–1552 (2018).
14- Diehl, M., An, D., Shanthraj, P. et al. Crystal plasticity study on stress and strain partitioning in a measured 3D dual phase steel microstructure. Phys Mesomech 20, 311–323 (2017).
15- DONG Danyang, LIU Yang, WANG Lei, SU Liangjin. EFFECT OF STRAIN RATE ON DYNAMIC DEFORMATION BEHAVIOR OF DP780 STEEL. Acta Metall Sin, 2013, 49(2): 159-166.
16- Ghaheri A, Shafyei A, Honarmand M. Effects of inter-critical temperatures on martensite morphology, volume fraction and mechanical properties of dual phase steels obtained from direct and continuous annealing cycles. Mater Des. 2014;62:305–19.
17- Trško L, Nový F, Bokůvka O, Jambor M. Ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode. J Vis Exp. 2018;(133):e57007.
18- Alireza Behvar, Meysam Haghshenas, A critical review on very high cycle corrosion fatigue: Mechanisms, methods, materials, and models,Journal of Space Safety Engineering,Volume 10, Issue 3,2023,Pages 284-323,ISSN 2468-8967,
19- Sarwar M, Priestner R. Influence of ferrite-martensite microstructural morphology on tensile properties of dual-phase steel. J Mater Sci. 1996;31:2091–5.
20- Ghadbeigi H, Pinna C, Celotto S, Yates JR. Local plastic strain evolution in a high strength dual-phase steel. Mater Sci Eng A. 2010;527:5026–32.
21- Porter DA, Easterling KE. Phase transformations in metals and alloys. 3rd ed. Taylor & Francis; 1992.
22- Dieter GE, Bacon DJ. Mechanical metallurgy. New York: McGraw-Hill; 1986.
23- Shen HP, Lei TC, Liu JZ. Microscopic deformation behaviour of martensitic–ferritic dual-phase steels. Mater Sci Technol. 1986;2:28–33.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 25، شماره 1
دی 1403
صفحه 43-54