تاثیر ویژگی‌های ریزساختار بر رفتار فولاد با سمانتیت کروی‌شده با استفاده از روش پلاستیسیته کریستالی

روش پلاستیسیته کریستالی به عنوان یک ابزار قدرتمند، بطور گسترده‌ای در شبیه‌سازی رفتار و ریز‌ساختار ورق‌های فولادی تک فاز فریتی و یا ورق‌های فولادی دوفاز فریتی-مارتنزیتی و فریتی-پرلیتی مورد استفاده قرار گرفته‌است. در این پژوهش برای اولین بار به مدل‌سازی 3 بعدی رفتار ورق‌های فولادی با سمانتیت کروی‌شده با قابلیت شکل‌پذیری بالا و بررسی تاثیر ویژگی‌های ریزساختار در رفتار آن با استفاده از روش اجزای محدود کریستالی پرداخته شده‌است. برای این منظور یک نرم‌افزار پیش‌پردازش با قابلیت شبیه‌سازی ویژگی‌های ریزساختار این نوع فولاد طراحی شد. خواص ذرات سمانتیت به صورت ترد و شکننده منظور شد. برای توصیف رفتار دانه‌های نرم فریت نیز بعد از اعمال بافت تصادفی به آنها، از روش پلاستیسته کریستالی و زیربرنامه هوانگ و نرم‌افزار آباکوس استفاده شد. بعد از کالیبراسیون و استخراج متغیرهای سخت‌شوندگی، به بررسی تاثیر برخی از ویژگی‌های ریزساختار پرداخته شد. محاسبات نشان داد که با افزایش درصد فاز سمانتیت تنش‌ها بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. همچنین تاثیر وجود بافت غالب در راستای نورد باعث کاهش تنش‌ها شد. نوار ذرات سمانتیت در راستای جانبی عمود بر راستای نورد نیز به علت تجمع نابجایی‌ها و افزایش تمرکز تنش در این منطقه باعث بالارفتن تنش‌های ماده می‌شود.

effect of microstructure features on the mechanical properties of spheroidized steel by crystal plasticity method.

finite element method based on crystal plasticity becomes a powerful tool in investigating mechanical properties of ferritic steel and dual phase steel. in this work, a three-dimensional, microstructure-based representative volume element method is employed for simulating the mechanical properties of the alloy steel 42crmo4, a typical spheroidized ferrite–cementite steel. a computer program has been developed to generate automatic models considering microstructural features such as grain size, volume fraction, distribution of particles, ferrite texture and carbide bands in ferrite–cementite steel. the spheroidized cementite is generally without plastic deformation under the normal tensile test even at the fracture moment. crystal plasticity constitutive law is employed to model the ferrite grains employing huang’s code in abaqus software. material hardening parameters are determined and calibrated by comparing simulated tensile tests with experimental stress-strain curves. to study the influence of microstructure features and the capability of this method to predict the material mechanical behavior, several 3d samples including different microstructural features are modeled. the results show that when the proportion of cementite in the steel increases, the strength of the steel increases accordingly. although in this study a random texture is assigned to crystalline aggregates, the code is capable of working with any texture data. also, effects of ferrite grain size and carbide band which leads to the microstructure inhomogeneity and stress concentration are studied.