مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی توزیع هیدروژن در ناحیه نوک ترک با استفاده از پلاستیسیته بلوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر-دانشکده مهندسی مکانیک
2 دانشگاه صنعتی اصفهان- دانشکده مکانیک
10.48311/mme.2026.119676.82989
چکیده
تردی هیدروژنی می تواند باعث تغییر در خواص مکانیکی فولادها تحت تاثیر بارگزاری استاتیکی و خستگی شود. مهم ترین موضوع در بررسی پدیده تردی هیدروژنی، تحلیل نفوذ هیدروژن در ساختار فولاد می باشد. در این مطالعه یک مدل میکرو مکانیکی با استفاده از مدل سازی هم زمان پلاستیسیته بلوری و نفوذ هیدروژن جهت تحلیل نفوذ و توزیع هیدروژن در ریز ساختار فریت پرلیتی فولاد A516 Gr.70 تحت بارگزاری استاتیکی ارائه می شود. جهت مدل سازی دقیق ریز ساختار فولاد مذکور با استفاده از تصویر برداری الکترونی (SEM) و پراش الکترونی (EBSD)، دانه بندی و جهات کریستالی فریت و پرلیت موجود در ریز ساختار اندازه گیری و مشخص گردید. حجمک نماینده (RVE) مورد استفاده در مدل پلاستیسیته بلوری با توجه به نتایج آنالیزهای EBSD و SEM ایجاد و با اعمال بار گزاری مکانیکی و مقایسه نتایج تنش و کرنش با مقادیر حاصل از آزمون کشش پارامترهای موادی پلاستیسیته بلوری محاسبه و اعتبار سنجی گردید. با استفاده از مدل المان محدود بیان شده اثر محل قرارگیری نوک ترک در نقاط مختلف ریز ساختار بر توزیع هیدروژن و پارامتر جوانه زنی ترک بررسی می شود. مشخص گردید مقدار هیدروژن و پارامتر جوانه زنی ترک زمانی که نوک ترک در فاز پرلیت قرار دارد بیشترین مقدار را دارند و زمانی که نوک ترک در فاز فریت قرار گیرد این مقادیر کاهش می یابند و احتمال وقوع شکست زمانی که نوک ترک در فاز پرلیت قرار دارد بیشتر می باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis of Hydrogen Distribution Near the Crack Tip via the Crystal Plasticity Framework

نویسندگان English

majid hemmatzadeh 1
Iradj sattari-far 1
mohammad silani 2
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology,
چکیده English

Hydrogen embrittlement in steels causes changes in mechanical behavior under static and fatigue loads, which is why examining the phenomenon of hydrogen embrittlement is of interest in various industries where steel equipment is exposed to hydrogen. The most important and fundamental topic in studying hydrogen embrittlement is the analysis of hydrogen diffusion in the steel structure. In this work, a micromechanical model based on coupled crystal plasticity and hydrogen diffusion is developed and applied to model hydrogen diffusion and storage in ferrite- pearlite microstructure of A516 Gr.70 steel. Particular emphasis is laid on mechanical influences on hydrogen transport, invoked by internal stresses and by trapping of dislocations generated by plastic strains. Crystal orientations measured by electron backscatter diffraction (EBSD) were mapped onto precise scanning electron microscopy (SEM) micrographs of ferrite and pearlite morphologies. Crystal plasticity model was carried out using the representative volume element (RVE) generated from the EBSD analysis. The homogenized stress–strain curve of the realistic RVE was validated with the experimental data. Based on the ferrite-pearlite structure of the material and the results of EBSD analysis, the developed finite element model was used to investigate the effect of the crack tip location on hydrogen distribution after mechanical loading and using a fracture initiation parameter (FIP), the likelihood of failure at different points was examined. It was determined that the hydrogen concentration and FIP in the pearlite phase are higher than in the ferrite phase; however, the dimensions under maximum hydrogen concentration are larger in the ferrite phase.

کلیدواژه‌ها English

Hydrogen embrittlement
Ferrite-pearlite microstructure
EBSD
Crystal plasticity model
Fracture initiation parameter

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مرداد 1405