Farklı Mikroyapısal Değişkenlerin Yüksek Manganlı Fe-%33Mn Çeliğinin Pekleşme Davranışına Etkilerinin Araştırılması

Abstract

İleri yüksek mukavemetli çelikler sahip olmuş oldukları yüksek mukavemet, yüksek süneklik ve yüksek pekleşme kabiliyeti gibi üstün özellikler sayesinde otomotiv, demiryolu, savunma sanayi uygulamalarında ve yapı endüstrisi gibi pek çok farklı alanda tercih edilmektedir. Bu projede yeni nesil yüksek mukavemetli çelikler sınıfından olan yüksek manganlı çeliklerin pekleşme davranışına etki eden farklı mikroyapısal değişkenlerin etkisi kristal plastisite modellemesi yoluyla araştırılmıştır. Öncelikle östenitik Fe-33Mn çeliğinin 1x10-4 s -1 gerinim hızındaki malzeme davranışının, tane sayısı gibi faktörleri girdi olarak kullanarak kristal plastisite modellemesi yapılmıştır ve pekleşme sabitleri bulunmuştur. Daha sonra bulunan pekleşme sabitleri sabit tutularak, malzeme dokusu, hız gradyanı, gerinim artışı ve etkileşim tensörü cinsi gibi tek bir mikroyapısal girdi değiştirilerek bu girdilerin malzemenin toplam pekleşme davranışına etkisi açığa çıkarılmıştır. Spesifik olarak, proje önerisinin üzerine konularak farklı karbon konsantrasyonlarının pekleşme sabitlerine olan etkisi de hesaplanmıştır. Bahsi geçen çeliğin oda sıcaklığında ve düşük gerinim hızındaki malzeme davranışı proje yürütücüsünün daha önceki çalışmalarında çekme testi yardımı ile makro ölçekte gözlemlenmiştir. Fe-33Mn çeliğinin seçilme nedeni, yüksek mangalı östenitik çeliklerinin sahip olduğu çok yüksek pekleşme kapasitesi ile birlikte yüksek süneklik değerleri ve aşınma direnci sayesinde uzay-havacılık, otomotiv, savunma sanayi gibi öncül sektörlerde yer alması ve önümüzdeki yıllarda çok daha fazla miktarda yer alacağına inanılmasıdır. Bu konunun seçilme nedeni ise, bugüne kadar yapılan kristal plastisite çalışmalarında deneysel davranışı modelleyebilmek için genelde tek tip malzeme dokusu, hız gradyanı, gerinim artışı ve etkileşim tensörü kullanılmıştır. Bu doğru bir yaklaşım olmasına rağmen bu girdilerin toplam malzeme pekleşme davranışına etkisi bilinmemektedir. Bu kapsamda kristal plastisite modellemeleri Visco-Plastic Self-Consistent (VPSC) algoritması yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Fe-33Mn çeliğinin düşük gerinim hızındaki tek eksenli deformasyon davranışı voce tipi pekleşme teorisi ile modellenmiştir ve bulunan Voce parametreleri bütün simülasyonlarda aynı kalmıştır. Böylelikle değişik mikroyapısal değişkenlerin Fe-33Mn çeliğinin pekleşme davranışına etkileri aynı pekleşme teorisi ile açığa çıkarılmıştır.

High strength steels are preferred in many different fields such as automotive and railway applications and construction industry thanks to their superior properties including high strength, high ductility and high deformation hardening. In this project, the effect of different microstructural variables on the hardening behavior of high manganese Fe-33Mn steels was investigated by crystal plasticity modeling. Firstly, the crystal plasticity modeling of the ironbalanced austenitic steel with 33 manganese (Fe-33Mn) in its chemical composition was carried out with experimental inputs such as grain size and corresponding voce hardening parameters were found. Afterwards, a single microstructural input such as material texture, velocity gradient, strain increase or interaction tensor type was changed and the effect of these inputs on the strain hardening behavior of the Fe-33Mn steel was identified. Specifically, different carbon concentrations were also included in the crystal plasticity modeling simulations in order to observe the effect of different chemical compositions on the hardening response. The aforementioned material which is high manganese Fe-33Mn austenitic steel was selected in this project owing to the superior material properties. The reason for choosing this topic is that even though crystal plasticity computations are carried out under certain conditions such as, specific initial texture, velocity gradient, strain increment and type of interaction tensör in which it is the right approach, the individual roles of these variables have not known yet. Within this scope, crystal plasticity computations were performed by the help of Visco-Plastic Self-Consistent (VPSC) algorithms. The uniaxial strain hardening response of Fe-33Mn steel at room temperature was modeled using voce-type hardening model and corresponding Voce hardening parameters was used rest of the simulations. Thus, the effects of different microstructural variables on the strain hardening response of Fe-33Mn steel was clarified using same hardening model.