ennemmin paikallista vai laajaa muovattavuustyyppiä. Heibel
et al. 13 mukaan paikallinen muovattavuus on materiaalin
kyky plastiseen muodonmuutokseen paikallisesti murtumatta,
kun laaja muovattavuus puolestaan kuvaa materiaalin
kykyä vastustaa paikallista kuroutumista, jolloin jännitys jakautuu
tasaisesti suhteellisen laajalle alueelle. Ensin mainittu
on tyypillistä monifaasiteräksille, joilla on hyvä reiänlaajennuskyky.
Jälkimmäiset ovat tyypillisesti kaksifaasiteräksiä,
joilla on korkea muokkauslujittumiskyky ja muokkauslujittumiseksponentti,
joka korreloi tasavenymän kanssa.
Tulokset ja niiden tarkastelu
Tulokset osoittivat, että lämpökäsittelyreittiä muuttamalla
ja koostumusmuutoksilla voitiin vaikuttaa ratkaisevasti mekaanisiin
ominaisuuksiin. Vetosauvojen murtopinnoista määritettiin
todellisen murtovenymän arvo, joka voitiin esittää
todellisen tasavenymän funktiona, ja näin ollen selvittää millainen
näytteen kuroutumiskyky oli vetokokeen aikana. Arvoja
vertaamalla tehtiin päätelmät terästen muovattavuuskyvystä,
kuten kuvassa 2 on tehty. Koeterästen vetokoetulokset
voitiin jakaa kuvaajan eri alueiden mukaisesti kolmeen luokkaan:
paikallinen, laaja ja tasapainotettu paikallinen-laaja
muovattavuus.
Kuvasta 2 nähdään, että koeteräksen 2.4 Q&P-prosessoidut
näytteet sekä pääosa koesarjan 2.1 – 2.4 näytteistä sijaitsi CP-
eli monifaasiteräksille tyypillisellä paikallisen muovattavuuden
alueella. Koesarjan 1.1 – 1.4 näytteet puolestaan osoittivat
enimmäkseen DP- eli kaksifaasiteräksille tyypillisiä
laajan muovattavuuden ominaisuuksia. Lämpökäsittelyä säätämällä
oli toisaalta mahdollista saavuttaa näiden kahden tyypin
yhdistelmä, jolla oli tasapainotetut ominaisuudet. Taulukossa
3 on esitetty mekaanisen aineenkoetuksen tulokset ja
jäännösausteniittipitoisuudet edellä mainituista näytteistä sekä
vertailun vuoksi tulokset myös kolmesta muuta vetokokeesta.
Tutkimusnäytteiden pienestä koosta johtuen suuremman
mittaluokan muovaustestit eivät olleet mahdollisia, mutta
tasapainotetut ominaisuudet merkitsisivät sekä korkeaa reiänlaajennuskykyä
että taivutettavuutta. Tasapainotetut ominaisuudet
kuvan 2 oikean yläkulman sektorista mitattiin
enimmäkseen näytteistä, joiden austemperointilämpötila oli
420 °C tai 450 °C, ja jotka koeterästen 1.1 ja 1.4 näytteiden
tapauksessa johtivat myös jäännösausteniitin esiintymiseen
lopullisessa mikrorakenteessa. Kuten taulukosta 3 nähdään,
koeteräksen 2.4 TRIP-hehkutettuun näytteeseen nro. 5 ei aikaansaatu
merkittävää määrää jäännösausteniittia kyseisellä
lämpökäsittelyllä, mutta mikrorakenteen sisältämä ferriitti
toisaalta nosti tasavenymää. Huomion arvoista oli, että austemperointilämpötila
480 °C johti martensiitin määrän kasvuun
lopullisessa mikrorakenteessa, mikä oli seurausta jäännösausteniitin
heikommasta stabiloitumisesta tällä alueella.
Koeteräksen 2.3 näytteen, joka oli austemperoitu 480 °C, tasavenymä
jäi verrattain matalaksi, mutta se toisaalta saavutti
korkean TFS-arvon kuten valtaosa Q&P-prosessoiduista
koeteräksen 2.4 näytteistä.
Kaksifaasialueella tehty hehkutus koeterässarjan 1.1 – 1.4
tapauksessa puolestaan johti pääosin DP-tyyppiseen muovattavuuteen,
joka oli odotettavissa korkean ferriittimäärän puolesta.
Lujuusvaihtelua ja eroja jäännösausteniitin määrässä
syntyi mikroseostuksen vaikutuksesta siten, että korkeimmat
tasavenymän arvot mitattiin titaanilla ja niobiumilla mikroseostetuista
teräksistä vanadiinilla mikroseostettujen terästen
tasavenymien jäädessä matalammaksi. Kun erkaumalujitus
toteutettiin vanadiinin avulla, lujuustaso nousi, mutta
jäännösausteniittipitoisuudet jäivät pienemmäksi. Vanadiinin
merkitystä on tarkasteltu lähemmin Metals-lehden artikkelissa
12, joka on vapaasti ladattavissa verkossa. Tulokset viittasivat
siihen, että vanadiinikarbidit ja –karbonitridit sitoivat
hiiltä, joka muutoin olisi ollut käytettävissä jäännösausteniitin
stabilointiin.
Jäännösausteniittimittaukset koeterästen 1.1 ja 1.4 näytteistä
osoittivat, että Si- ja Al-lisäyksillä oli mahdollista hidastaa
sementiitin erkautumista, kun liuoksessa olevaa hiiltä oli
käytettävissä jäännösausteniitin stabiloitiin austemperoinnin
aikana. Jäännöausteniittia huoneenlämpötilan mikrorakenteessa
sisältäneiden terästen näytteet saavuttivat vetokokeessa
korkeampia tasavenymiä ja muokkauslujittumiseksponentin
arvoja (n-arvo) verrattuna REF-vertailumateriaaliin.
Tasavenymän ja n-arvon nousun tulkittiin parantavan materiaalin
muovattavuuskykyä, sillä materiaalin kuroutumiskyky
ennen murtumista parani. Toisin sanoen materiaali kykeni
paikalliseen plastiseen muodonmuutokseen pidempään muovauksen
aikana ja näin ollen kesti suuremman muokkausasteen
ennen murtumaa. Tämän tulkittiin olevan seurausta mikrorakenteen
sisältämästä jäännösausteniitista, mutta toisaalta
myös mikrorakenteessa esiintyneestä hienorakeisesta ferriitistä,
jonka määrä kasvoi etenkin Al-seostuksen myötä.
Ferriitin ja jäännösausteniitin vaikutus koeterästen ominaisuuksiin
oli kaksijakoinen, mikä oli seurausta terästen
seostuksessa käytetyn hiilen määrästä ja sen vaikutuksesta
jäännösausteniitin stabilointiin. Koeterässarjassa 1.1 – 1.4, lopullinen
mikrorakenne sisälsi merkittäviä määriä jäännösausteniittia,
joista kuvassa 3b on esitetty tulos teräksestä 1.1 ja
kuvassa 4b tulos teräksestä 1.4. Toisaalta myös teräksessä 2.3
havaittiin pieni osuus jäännösausteniittia (kuva 4b), jolla ei
tässä tapauksessa kuitenkaan tulkittu olevan merkittävää vaikutusta
vetokoenäytteen tasavenymään. Kuvat 3a ja 4a esittävät
tosijännitys-tosivenymäkuvaajat vastaavista näytteistä.
Jäännösausteniitin stabiilisuuden todettiin olleen heikompi
koesarjan 2.1 – 2.4 näytteissä kuin 1.1 – 1.4 koeteräksissä.
Loppumikrorakenteesta ja mekaanisen aineenkoetuksen
tuloksista pääteltiin, että Al-seostetuissa koeteräksissä 2.3 ja
2.4 sementiitin muodostuminen oli hidastunut austemperoinnin
aikana, mutta jäännösausteniittisaarekkeet olivat muuttuneet
martensiitiksi loppujäähdytyksen aikana.
Vanadiinimikroseostettuun matalahiiliseen koeteräkseen
2.4 oli mahdollista saada pieni määrä jäännösausteniittia
kun käytössä oli Q&P-prosessointi TRIP-hehkutuksen sijasta.
XRD-mittausten tulokset on esitetty taulukossa 3, josta
nähdään, että näytteen nro. 5 jäännösausteniittimäärä oli
<2 tilavuus-%, joka on mittaustarkkuuden alapuolella, kun
näytteessä nro. 10 puolestaan havaittiin 3.1 tilavuus-%. Jälkimmäinen
mittaus tehtiin Q&P-prosessoidusta näytteestä
ja tulkittiin olevan seurausta siitä, että kaksifaasialueella
tehtävän hehkutuksen jälkeinen jäähdytysnopeus oli tässä tapauksessa
korkeampi kuin vastaavassa TRIP-hehkutetussa
näytteessä. Mikrorakenteessa esiintyneet jäännösausteniittisaarekkeet
olivat pienempiä, niiden stabilointi tapahtui tehokkaammin,
eivätkä ne olleet alttiita muuttamaan martensiitiksi
loppujäähdytyksessä huoneenlämpötilaan. >
www.ohutlevy.com OHUTLEVY 1/2021 • 13
/www.ohutlevy.com
