Bu tədqiqat beynitik poladın istilik emalı şəraitinin çevrilmə kinetikasını, mikrostruktur formasını, çevrilmədən qaynaqlanan daxili gərginlikləri və mexaniki davranışı necə dəyişdirdiyini təcrübələrlə üçölçülü faza-sahəsi simulyasiyalarını birləşdirərək araşdırıb. Fe–0,19C–1,48Si–2,38Mn ağırlıq faizsi tərkibli laboratoriya poladı austenitləşdirmədən sonra 673 K və ya 723 K-də 45 dəqiqə izotermik saxlanılıb. Təcrübələrdə 673 K emalı daha incə beynitik ferrit və 765 ± 5 MPa axma möhkəmliyi; 723 K emalı isə daha qalın ferrit və 667 ± 5 MPa axma möhkəmliyi yaradıb. Faza-sahəsi modeli bu temperatur meylini və eksperimental dartılma əyrilərinin ümumi sıralamasını yenidən hasil edib; lakin hər iki temperaturda beynitik ferrit qalınlığını artıq hesablayıb. Çoxoxlu axma davranışı Barlat91 modeli ilə proqnozlaşdırılıb, lakin yalnız x istiqamətindəki bir oxlu dartılma cavabı eksperimental olaraq sınaqdan keçirilib.

Model nəticələrinə görə aşağı saxlama temperaturu daha böyük həddən artıq soyuma və daha güclü çevrilmə hərəkətverici qüvvəsi yaradır. İstilik çıxarma əmsalının 0,25 s⁻¹ qiymətindən 0,5 s⁻¹ qiymətinə qaldırılması soyumanı və çevrilməni sürətləndirir, mexaniki relaksasiya üçün daha az vaxt saxlayır və çevrilmədən qaynaqlanan daha yüksək daxili gərginliklər yaradır. Ən böyük model axma səthi 673 K və 0,5 s⁻¹ şəraitində əldə edilib. Bununla belə 0,25 s⁻¹ istifadə edilən simulyasiyalar eksperimental dartılma əyriləri ilə daha yaxın uyğunluq göstərib. Buna görə ən yüksək model möhkəmliyi ilə təcrübəyə ən yaxın istilik yolu eyni şərait deyil.

Türkiyə baxımından qiymətləndirmə: Tədqiqatın yanaşması avtomobil təbəqələri, dəmir yolu poladları, dişli və podşipnik materialları, ağır maşın hissələri, aşınmaya davamlı poladlar və istilik emalı dizaynı baxımından Türkiyədə tətbiq oluna bilər. Yerli polad istehsalçıları və tədqiqat mərkəzləri müxtəlif ərinti tərkibləri üçün faza-sahəsi modellərini dilatometr, SEM/EBSD, X-şüa difraksiyası, sərtlik və çoxistiqamətli mexaniki sınaqlarla doğrulayaraq daha az sınaq istehsalı ilə istilik emalı pəncərələri hazırlaya bilər. Lakin mövcud nəticələr tək laboratoriya tərkibi, iki izotermik temperatur və bir oxlu dartılma doğrulaması ilə məhduddur. Türkiyədə istehsal olunan konkret polad markasının möhkəmliyi, yorulma ömrü, qaynaqlanma qabiliyyəti, istehsal xərci və ya sənaye sobasının performansı bu tədqiqatdan birbaşa çıxarıla bilməz.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Beynitik poladlar yüksək möhkəmlik, qırılma tokluğu və aşınma davamlılığını eyni mikrostrukturda birləşdirə bildiklərinə görə avtomobil, dəmir yolu, aviasiya və ağır mühəndislik tətbiqlərində dəyərlidir. Lakin “beynit” vahid formalı faza deyil. İstilik emalı şəraitindən asılı olaraq beynitik ferrit lövhələrinin:

• Qalınlığı,
• Uzunluğu,
• İstiqaməti,
• Variant paylanması,
• Aralarındakı qalıq austenit miqdarı,
• Yaratdıqları yerli daxili gərginliklər

dəyişə bilər. Bu xüsusiyyətlər yalnız bir oxlu axma möhkəmliyinə deyil, müxtəlif istiqamətlərdən tətbiq olunan dartılma, sıxılma və sürüşmə yükləri altında plastik davranışa da təsir göstərir.

Tədqiqatın əsas sualını belə yekunlaşdırmaq olar: Saxlama temperaturu və ətraf mühitə istilik ötürülməsinin intensivliyi beynitik çevrilməni necə dəyişir; yaranan üçölçülü mikrostruktur, daxili gərginlik və kristal istiqamətləri mexaniki möhkəmliyə və anizotropik axma səthinə necə əks olunur?

Tədqiqatın təklif etdiyi proses–mikrostruktur–xassə zənciri

Tədqiqatçılar aşağıdakı əlaqəni qurmağa çalışıblar:

İstilik emalı şəraiti → temperatur tarixçəsi → austenitdən beynitə çevrilmə kinetikası → beynitik ferrit morfologiyası və qalıq austenit → çevrilmədən qaynaqlanan daxili gərginliklər → dartılma davranışı və çoxoxlu axma səthi.

Bu zəncirin ilk hissəsi faza-sahəsi modeli ilə, mexaniki hissəsi kristal plastikliklə, makroskopik anizotropik axma davranışı isə Barlat91 fenomenoloji axma meyarı ilə təmsil olunub.

Eksperimental polad necə istehsal olunub?

Təxminən 80 kg ağırlığında laboratoriya külçəsi vakuum induksiya sobasında istehsal olunub. Külçənin başlanğıc kəsiyi 140 × 140 mm²-dir. Material 1200 °C-də homogenləşdirilib, sonra 60 × 60 mm² kəsikli pəstələrə döyülüb. İkinci homogenləşdirmə beş saat davam edib və sonra sobada soyutma aparılıb.

Tərkib optik emissiya spektroskopiyası ilə, karbon miqdarı isə yanma analizi ilə müəyyən edilib.

İstilik emalı necə həyata keçirilib?

Nümunələr duz vannasında A_c3 temperaturundan 60 K yuxarıda 300 saniyə austenitləşdirilib. Mənbə dəqiq A_c3 qiymətini vermir. Tam austenitik struktur əldə edildikdən sonra nümunələr sürətlə ikinci duz vannasına köçürülüb.

İki izotermik emal tətbiq olunub:

• 673 K-də 45 dəqiqə saxlama,
• 723 K-də 45 dəqiqə saxlama.

Saxlamadan sonra nümunələr su ilə otaq temperaturuna soyudulub. Hər iki emalda beynitik ferrit əsaslı mikrostruktur yaranıb. Eksperimental görüntülər 673 K-də yaranan ferrit lövhələrinin 723 K-də yarananlardan daha incə olduğunu göstərir.

Eksperimental mikrostruktur necə araşdırılıb?

Nümunə səthləri 1200 grit SiC kağıza qədər zımparalanıb, 6 və 1 µm almaz pastası ilə cilalanıb və %3 Nital ilə aşındırılıb. İkinci elektron görüntüləri sahə emissiyalı Zeiss Sigma mikroskopunda:

• 30 µm apertura,
• 15 kV sürətləndirici gərginlik,
• 9 mm iş məsafəsi

istifadə edilərək alınıb.

Tədqiqatın Şəkil 5-i 673 və 723 K nümunələri üçün “tərs qütb fiquru xəritələri” təqdim edir. Belə istiqamət xəritələri adətən elektron geri səpilmə difraksiyası məlumatlarına əsaslanır; lakin bu versiyada EBSD cihazı, addım intervalı, indeksləşdirmə nisbəti və məlumat təmizləmə əməliyyatları izah edilməyib.

Faza-sahəsi modeli nəyi təmsil edir?

Faza-sahəsi üsulunda hər faza və ya kristal variant fəza və zamanla dəyişən fasiləsiz sahə dəyişəni ilə göstərilir. Kəskin sərhədi açıq şəkildə izləmək əvəzinə fazalar arasındakı sərhəd müəyyən qalınlığa malik keçid sahəsi kimi həll olunur.

Faza sahələrinin zamanla dəyişməsi aşağıdakı çoxfazalı kinetik tənliklə ifadə olunub:

\[ \dot{\phi}_{\alpha}(\mathbf{x},t) = -\frac{1}{N} \sum_{\beta\neq\alpha} M_{\alpha\beta} \left( \frac{\delta F}{\delta\phi_{\alpha}} - \frac{\delta F}{\delta\phi_{\beta}} \right). \]

Burada \(\phi_{\alpha}\) müəyyən faza və ya variantın sahə dəyişənini, \(M_{\alpha\beta}\) interfeys hərəkətliliyini, \(F\) isə ümumi sərbəst enerjini göstərir.

Ümumi sərbəst enerji:

\[ F=\int_{\Omega} \left( f_{\mathrm{chem}}+ f_{\mathrm{int}}+ f_{\mathrm{el}} \right)d\Omega \]

kimi müəyyən edilib. Üç əsas töhfə bunlardır:

• Kimyəvi enerji: Faza çevrilməsini təmin edən termodinamik hərəkətverici qüvvə,
• İnterfeys enerjisi: Faza və variant sərhədlərinin yaranma xərci,
• Elastik enerji: Çevrilmə deformasiyası və qəfəs uyğunsuzluğundan yaranan mexaniki enerji.

Karbon daşınması necə nəzərə alınıb?

Yerli karbon konsentrasiyası diffuziya tənliyi ilə həll olunub:

\[ \dot{c}= \nabla\cdot \left[ \sum_{\alpha}\phi_{\alpha}D_{\alpha}\nabla c_{\alpha} + \sum_{\alpha,\beta}J_{\alpha\beta} \right]. \]

\(D_{\alpha}\) hər fazanın diffuziya əmsalı matrisini, \(J_{\alpha\beta}\) isə diffuz interfeys yanaşmasında yarana biləcək süni həll olmuş maddə tutulmasını azaltmaq üçün istifadə olunan anti-trapping axınını təmsil edir.

Faza-sahəsi və diffuziya tənlikləri müntəzəm şəbəkədə sonlu fərqlər üsulu ilə diskretləşdirilib, zaman inteqrasiyası açıq irəli Euler üsulu ilə aparılıb.

Çevrilmədən qaynaqlanan gərginliklər necə hesablanıb?

Model sonlu deformasiya şəraitində elastik, plastik və çevrilmə komponentlərini multiplikativ şəkildə ayırıb:

\[ \mathbf{F} = \mathbf{F}^{el} \mathbf{F}^{pl} \mathbf{F}^{tr}. \]

Burada:

• \(\mathbf{F}^{el}\), elastik deformasiya qradienti,
• \(\mathbf{F}^{pl}\), plastik deformasiya qradienti,
• \(\mathbf{F}^{tr}\), faza çevrilməsindən yaranan deformasiya qradientidir.

Elastik deformasiya Green–Lagrange ölçüsü və St. Venant–Kirchhoff hiperelastik yanaşması ilə hesablanıb. Mexaniki tarazlıq problemi sürətli Fourier çevrilməsi əsaslı spektral həlledici ilə həll olunub.

Kristal plastiklik modeli

Plastik deformasiya kristaldakı aktiv sürüşmə sistemlərinin cəmi ilə təmsil olunub:

\[ \mathbf{L}^{p} = \sum_{s=1}^{N} \dot{\gamma}^{s} \mathbf{m}^{s}\otimes\mathbf{n}^{s}. \]

\(\dot{\gamma}^{s}\) müvafiq sürüşmə sisteminin sürüşmə sürətini, \(\mathbf{m}^{s}\) sürüşmə istiqamətini və \(\mathbf{n}^{s}\) sürüşmə müstəvisinin normalını göstərir.

Sürüşmə sürəti həll olunmuş sürüşmə gərginliyindən asılı qüvvət qanunu ilə verilib:

\[ \dot{\gamma}^{s} = \dot{\gamma}_{0} \left| \frac{\tau^{s}}{\tau_{c}^{s}} \right|^{n} \mathrm{sgn}(\tau^{s}). \]

Sürüşmə müqavimətinin plastik deformasiya ilə dəyişməsi sərtləşmə qanunu ilə hesablanıb. Tədqiqat istifadə olunan fenomenoloji kristal plastiklik modelinin birbaşa temperaturdan asılı olmadığını açıq şəkildə qeyd edir.

İstilik çıxarma və gizli istilik necə modelləşdirilib?

Nümunə temperaturu Newton soyuma qanununun çevrilmənin gizli istiliyi ilə genişləndirilmiş forması ilə hesablanıb:

\[ \dot{T}(t) = -r\left[T(t)-T_s\right] + \frac{Q}{\rho C_p}\dot{f}. \]

Burada:

• \(T\), nümunə temperaturu,
• \(T_s\), soyutma mühitinin və ya vannanın temperaturu,
• \(r\), istilik çıxarma əmsalı,
• \(Q\), beynitik çevrilmənin gizli istiliyi,
• \(\rho\), sıxlıq,
• \(C_p\), xüsusi istilik,
• \(\dot{f}\), çevrilən faza həcm payının dəyişmə sürətidir.

Çevrilmə zamanı ayrılan gizli istilik soyumanı müvəqqəti yavaşlada və ya temperaturda kiçik yenidən yüksəlmə yarada bilər. Şəkil 3-də təxminən beşinci saniyə ətrafındakı plato və ya yüksəliş bu təsirlə izah edilib.

Üçölçülü simulyasiyanın qurulması

Şəkil 2-də hər istilik şəraiti üçün üçölçülü mikrostrukturlar göstərilir. Müxtəlif rənglər 24 Kurdjumov–Sachs beynitik ferrit variantını, qara sahələr isə qalıq austeniti təmsil edir.

Temperatur əyriləri nə göstərib?

Dörd hesablamanın hamısı 900 K-dən başlayıb. Gözlənildiyi kimi 673 K vanna şəraitləri daha aşağı son temperatura çatıb. Eyni vanna temperaturunda:

• \(r=0{,}5\ \mathrm{s}^{-1}\) daha sürətli başlanğıc soyuması,
• \(r=0{,}25\ \mathrm{s}^{-1}\) daha uzun keçici soyuma prosesi

yaradıb.

Vanna temperaturu çatılacaq son termal səviyyəni, istilik çıxarma əmsalı isə bu səviyyəyə çatma sürətini müəyyən edən əsas dəyişən kimi şərh olunub.

Beynitik ferrit həcm payı

Şəkil 4-də beynitik ferrit həcm payı temperatur azaldıqca artıb. 673 K şəraitləri simulyasiya müddəti ərzində 723 K şəraitlərindən daha yüksək son beynitik ferrit payına çatıb.

İstilik çıxarma əmsalı son faza payını temperatur qədər güclü dəyişdirməyib; lakin çevrilmənin nə qədər sürətlə baş verdiyini və yaranan morfologiyanı nəzərəçarpacaq şəkildə dəyişdirib. 723 K və 0,25 s⁻¹ şəraiti ən aşağı son beynitik ferrit payını verib.

Eksperimental və hesablanmış ferrit qalınlığı

Təcrübə və simulyasiya eyni meyli göstərib: saxlama temperaturu artdıqca beynitik ferrit qalınlaşır. Lakin hesablanmış qiymətlər mütləq baxımdan böyükdür. Fərq xüsusilə 673 K-də nəzərəçarpandır.

Tədqiqatçılar bu sapmanı model ayırdetmə qabiliyyəti və görüntü əsaslı qalınlıq müəyyənləşdirmə üsulunun məhdudiyyəti ilə əlaqələndiriblər. Simulyasiya statistikalarında ferrit qalınlığı təxminən 6–7 piksel ilə təmsil edildiyinə görə kiçik fərqlər şəbəkə qeyri-müəyyənliyi daxilində qala bilər.

Sahə, uzunluq və forma statistikaları

Şəkil 6-da sahə, uzunluq-en nisbəti, uzunluq və qalınlıq paylanmaları müqayisə olunub. Mənbədəki şərhlərə görə:

• 673 K və 0,5 s⁻¹ ən böyük sahə və ən uzun beynitik xüsusiyyətləri yaradıb.
• 673 K şəraitləri daha uzunsov xüsusiyyətlərlə əlaqələndirilib.
• 723 K şəraitləri daha qısa və daha kompakt xüsusiyyətlər göstərib.
• 723 K və 0,25 s⁻¹ şəraitində uzun termal məruzqalma yan böyümə və kobudlaşma üçün daha çox vaxt verib.
• Qalınlıq paylanmalarındakı fərqlər şəbəkə ayırdetmə qabiliyyəti səbəbindən etibarlı şəkildə ayrılmayıb.

Burada “daha böyük sahə və ya uzunluq” ilə “daha qalın ferrit” eyni ölçü deyil. 673 K və sürətli istilik çıxarma şəraitində xüsusiyyətlər daha uzun və uzunsov ola bilər, halbuki lövhə qalınlığının fiziki olaraq daha incə olması gözlənilir.

Sahə və uzunluq paylanmaları yalnız simulyasiya görüntülərindən çıxarılıb. Bunlarla müqayisə oluna biləcək eksperimental sahə və uzunluq paylanmaları tədqiqatda yoxdur.

Çevrilmədən qaynaqlanan daxili gərginliklər

Şəkil 7 dörd istilik emalı şəraitindən sonrakı yerli von Mises gərginlik paylanmalarını göstərir. Gərginliklər mikrostruktur daxilində homogen deyil; müəyyən ferrit lövhələrində, variant sərhədlərində və mexaniki uyğunsuzluq sahələrində cəmlənir.

Ən yüksək yerli gərginliklər 673 K və 0,5 s⁻¹ şəraitində hesablanıb. Sürətli çevrilmə çevrilmə deformasiyasını qısa müddətdə yaradır və plastik relaksasiya üçün daha az vaxt saxlayır. Daha yavaş istilik çıxarma isə mexaniki uyğunlaşma üçün daha uzun müddət verir.

Şəkildəki miqyas təxminən 3,3 × 10⁷ ilə 1,3 × 10⁹ Pa arasındadır. Bu qiymətlər makroskopik dartılma gərginliyi deyil, hesablama həcmindəki yerli və məhdud gərginliklərdir. Model çatlama, zədələnmə və bütün gərginlik boşalma mexanizmlərini ehtiva etmədiyi üçün mütləq pik qiymətlər real hissədə birbaşa ölçülə bilən gərginlik kimi şərh olunmamalıdır.

Dartılma sınaqları

Bir oxlu dartılma sınaqları B5×25 silindrik nümunələrdə aparılıb:

• Ölçü diametri: 5 mm,
• Ölçü uzunluğu: 25 mm,
• Sınaq temperaturu: otaq temperaturu,
• Deformasiya sürəti: 0,001 s⁻¹,
• Cihaz: ZwickRoell Z100 elektromexaniki universal sınaq maşını.

673 K emalı 723 K-yə nisbətən təxminən 98 MPa daha yüksək axma möhkəmliyi verib. Tədqiqatçılar bu fərqi daha yüksək beynitik ferrit payı, daha incə ferrit quruluşu və aşağı temperaturun yaratdığı daha güclü çevrilmə hərəkətverici qüvvəsi ilə əlaqələndiriblər.

Sınaq təkrarlarının sayı, ±5 MPa qiymətinin standart sapma olub-olmaması və axma möhkəmliyinin hansı ofset üsulu ilə müəyyən edildiyi mənbədə açıqlanmayıb.

Eksperimental və hesablanmış dartılma əyriləri

Şəkil 8 eksperimental əyrilərlə dörd simulyasiya əyrisini müqayisə edir. Model hər iki istilik çıxarma əmsalında da 673 K nümunəsinin 723 K nümunəsindən daha yüksək gərginlik daşıdığını yenidən hasil edib.

\(r=0{,}25\ \mathrm{s}^{-1}\) istifadə olunan əyrilər təcrübələrə ən yaxın nəticələri verib. Buna qarşılıq \(r=0{,}5\ \mathrm{s}^{-1}\) istifadə olunan simulyasiyalar daha yüksək möhkəmlik proqnozlaşdırıb. Mənbə bunu:

• Daha sürətli çevrilmə,
• Daha incə ferrit yaranması,
• Plastik axına qarşı daha çox mikrostruktur maneəsi,
• Daha yüksək qalıq daxili gərginlik

ilə izah edir.

Barlat91 axma səthi nəyi göstərir?

Bir oxlu dartılmada axma tək gərginlik qiyməti ilə ifadə oluna bilər. Çoxoxlu gərginlik hallarındasa elastik və plastik sahələri ayıran axma səthi tələb olunur.

Tədqiqatda altı gərginlik komponentini və anizotropik davranışı təmsil edə bilən Barlat91 meyarından istifadə olunub. Modelin ümumi forması:

\[ \Phi=2\sigma_y^n \]

bərabərliyi ilə müəyyən edilib; ikinci və üçüncü gərginlik invariantları ilə altı anizotropiya parametrindən istifadə olunub. Mənbə BCC materiallar üçün \(n=6\), FCC materiallar üçün \(n=8\) qiymətini göstərir. Çoxfazalı beynitik ferrit–qalıq austenit strukturu üçün son Barlat91 uyğunlaşdırmasında hansı \(n\) qiymətinin istifadə olunduğu açıq yazılmayıb.

Əvvəlcə x istiqamətindəki dartılma davranışı eksperimental əyriyə görə qiymətləndirilib. Daha sonra eyni kristal plastiklik parametrləri ilə dartılma–sıxılma və sürüşmə ağırlıqlı əlavə yük yolları ədədi olaraq tətbiq olunub. Bu ədədi axma nöqtələri Barlat91 səthinin müəyyən edilməsində istifadə olunub.

Axma səthlərinin əsas nəticəsi

Şəkil 11-dəki səthlər dairəvi deyil. Bu, mikrostrukturun izotropik von Mises meyarı ilə tam təsvir edilə bilməyən istiqamətdən asılı plastik cavab verdiyini göstərir.

Axma səthi ölçüsünün sıralaması ümumilikdə belədir:

1. 673 K, 0,5 s⁻¹: ən böyük səth və ən yüksək model axma müqaviməti,
2. 723 K, 0,5 s⁻¹,
3. 673 K, 0,25 s⁻¹,
4. 723 K, 0,25 s⁻¹: ən kiçik səth.

Aşağı temperatur və sürətli istilik çıxarma daha yüksək çevrilmə hərəkətverici qüvvəsi, daha sürətli mikrostruktur yaranması və daha yüksək daxili gərginliklər vasitəsilə axma səthini xaricə doğru genişləndirib.

Axma davranışı niyə anizotropikdir?

Tədqiqat anizotropiyanı dörd mikrostruktur amili ilə əlaqələndirir:

• Beynitik ferrit lövhələrinin istiqamətli və uzunsov forması,
• 24 Kurdjumov–Sachs variantının bərabər olmayan həcm payları,
• Variantdan asılı çevrilmə deformasiyaları,
• Mikrostruktur daxilində heterogen qalıq gərginliklər.

Yük ferrit lövhələrinə paralel, perpendikulyar və ya sürüşmə istiqamətində tətbiq olunduqda müxtəlif sürüşmə sistemləri və faza sərhədi məhdudiyyətləri aktivləşə bilər. Buna görə axma müqaviməti yalnız ümumi ferrit payından deyil, yükləmə istiqamətindən də asılıdır.

Sürüşmə ağırlıqlı yükləmədə temperatur təsiri niyə azalıb?

Axma səthinin bəzi sürüşmə ağırlıqlı sahələrində 673 və 723 K əyriləri bir-birinə yaxınlaşıb. Tədqiqatçılar bunu sürüşmə yükləməsinin daha geniş kristal istiqamətləri qrupunu aktivləşdirməsi və tək dominant morfoloji istiqamətin təsirini azaltması ilə izah edirlər.

Xüsusilə 0,5 s⁻¹ şəraitlərində 2, 4, 9, 10, 13, 15, 20 və 23 nömrəli bəzi Kurdjumov–Sachs variantlarının oxşar həcm paylarına malik olması sürüşmə istiqamətində kollektiv cavabın yaxınlaşmasına töhfə verə bilər. Bu izah model əsaslı şərhdir və çoxoxlu təcrübə ilə sınanmayıb.

Tədqiqatın güclü tərəfləri

• Laboratoriya poladı istehsal olunub və kimyəvi tərkibi ölçülüb.
• İki nəzarətli izotermik beynit emalı tətbiq olunub.
• Mikrostruktur və bir oxlu dartılma davranışı eksperimental araşdırılıb.
• Faza çevrilməsi, karbon diffuziyası, gizli istilik və mexaniki qarşılıqlı təsir eyni çərçivədə birləşdirilib.
• Üçölçülü mikrostrukturda 24 kristal variant və qalıq austenit təmsil olunub.
• Simulyasiyanın ferrit qalınlığını artıq hesabladığı açıq bildirilib.
• Yerli daxili gərginliklərin makroskopik dartılma gərginliyi olmadığı qeyd olunub.
• Bir oxlu doğrulamadan çoxoxlu proqnoza keçidin model əsaslı olduğu izah olunub.
• İstilik emalı, mikrostruktur və axma səthi arasında inteqrə əlaqə qurulub.

Tədqiqatın məhdudiyyətləri

• Tədqiqat resenziyadan keçməyib.
• Yalnız bir polad tərkibi araşdırılıb.
• Yalnız 673 və 723 K izotermik saxlama temperaturları eksperimental müqayisə olunub.
• Simulyasiya beynitik ferrit qalınlığını kəmiyyətcə artıq hesablayıb.
• Simulyasiyanın sahə və uzunluq paylanmaları eksperimental doğrulanmayıb.
• Daxili gərginliklər X-şüa, neytron difraksiyası və ya mikrogerginlik üsulu ilə ölçülməyib.
• Zədələnmə, çatlama və qırılma mexanizmləri modelə daxil edilməyib.
• Yalnız x istiqamətində bir oxlu dartılma cavabı eksperimental qiymətləndirilib.
• Çoxoxlu axma səthləri və sürüşmə cavabı eksperimental doğrulanmayıb.
• Dartılma sınağı təkrar sayı və qeyri-müəyyənlik hesabı açıqlanmayıb.
• EBSD və ya tərs qütb fiquru xəritəsinin yaradılması detalları verilməyib.
• Barlat91 parametrlərinin tam ədədi qiymətləri və əks identifikasiya detalları təqdim olunmayıb.
• Cədvəl 5-də gərginlik və sərtləşmə parametrlərinin vahidləri uyğunsuz görünür.
• Faza-sahəsi hesablamalarının zaman addımı, ümumi hesablama müddəti, avadanlığı və yaxınsama araşdırması bildirilməyib.
• Məlumat və kod üçün açıq depo keçidi verilməyib.

Tədqiqat nəyi dəstəkləyir?

• Aşağı izotermik temperatur bu poladda daha incə beynitik ferrit və daha yüksək axma möhkəmliyi ilə əlaqəlidir.
• Faza-sahəsi modeli temperaturdan asılı ferrit qalınlığı meylini keyfiyyətcə tuta bilər.
• İstilik çıxarma əmsalı çevrilmə sürətinə və daxili gərginliyin inkişafına təsir göstərə bilər.
• Sürətli çevrilmə daha yüksək yerli çevrilmə gərginlikləri yarada bilər.
• 673 K emalı 723 K emalından daha yüksək eksperimental axma möhkəmliyi verib.
• Faza-sahəsi/kristal plastiklik modeli eksperimental bir oxlu möhkəmlik sıralamasını yenidən hasil edib.
• Simulyasiya olunan beynitik mikrostruktur istiqamətdən asılı axma davranışı göstərir.
• Barlat91 modeldən alınan anizotropik axma nöqtələrini makroskopik səthlə təmsil edə bilər.

Tədqiqat nəyi sübut etmir?

• 673 K və 0,5 s⁻¹ şəraitinin real istehsalda hər baxımdan ən yaxşı istilik emalı olduğunu sübut etmir.
• Hesablanmış yerli daxili gərginliklərin real poladda eyni böyüklükdə olduğunu göstərmir.
• Çoxoxlu axma səthlərini eksperimental doğrulamır.
• Modelin başqa polad tərkiblərinə birbaşa ötürülə biləcəyini sübut etmir.
• Daha yüksək dartılma möhkəmliyinin daha yüksək toqluq, yorulma ömrü və ya aşınma davamlılığı verəcəyini göstərmir.
• Qalıq austenitin deformasiya zamanı martensitə çevrilməsini eksperimental izləmir.
• Sənaye miqyasındakı temperatur qradientlərini, hissə həndəsəsini və ya soba dəyişkənliyini həll etmir.
• Barlat91 modelinin von Mises, Hill48 və ya başqa meyarlardan eksperimental üstün olduğunu sübut etmir.

Mühəndislik baxımından mənası

Tədqiqatın ən mühüm töhfəsi istilik emalı temperaturunu yalnız son sərtlik və ya dartılma möhkəmliyi ilə əlaqələndirmək əvəzinə, aradakı mikrostruktur mexanizmləri həll etməyə cəhd göstərməsidir. Belə çərçivə inkişaf etdirildikdə istehsalçı hər mümkün istilik emalını fiziki olaraq sınaqdan keçirmədən əvvəl:

• Beynit çevrilmə sürətini,
• Ferrit qalınlığını və istiqamətini,
• Qalıq austenit paylanmasını,
• Yerli daxili gərginlik sahələrini,
• Müxtəlif yük istiqamətlərində axma müqavimətini

ədədi olaraq skan edə bilər.

Lakin bu tədqiqat hələ tam mənada sənaye “virtual material laboratoriyası” deyil. Mütləq mikrostruktur ölçülərinin, çoxoxlu mexaniki cavabın və yerli gərginliklərin daha əhatəli təcrübələrlə doğrulanması lazımdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqat dizaynının texniki xülasəsi

Əsas kəmiyyət nəticələri

• 673 K-də eksperimental beynitik ferrit qalınlığı 0,15 ± 0,05 µm-dir.
• 723 K-də eksperimental beynitik ferrit qalınlığı 0,26 ± 0,08 µm-dir.
• 673 K faza-sahəsi nəticəsi 0,341 µm-dir.
• 723 K faza-sahəsi nəticəsi 0,382 µm-dir.
• 673 K-də eksperimental axma möhkəmliyi 765 ± 5 MPa-dır.
• 723 K-də eksperimental axma möhkəmliyi 667 ± 5 MPa-dır.
• Aşağı temperatur emalı təxminən 98 MPa daha yüksək eksperimental axma möhkəmliyi verib.
• 0,25 s⁻¹ istifadə edilən simulyasiyalar eksperimental dartılma əyrilərinə ən yaxın nəticələri verib.
• 0,5 s⁻¹ istifadə edilən simulyasiyalar daha yüksək model möhkəmliyi və daha yüksək daxili gərginlik yaradıb.
• Ən böyük hesablanmış axma səthi 673 K və 0,5 s⁻¹ şəraitinə aiddir.
• Daxili gərginlik xəritələrində yuxarı miqyas təxminən 1,3 GPa-dır; bu qiymət yerli model gərginliyidir.

Vizual materialların elmi funksiyası

Mənbədəki texniki uyğunsuzluqlar

• Cədvəl 5-də gərginlik parametrlərinin vahidləri verilən ədədi qiymətlərlə birlikdə fiziki baxımdan qeyri-adi böyüklüklər yaradır.
• Sərtləşmə tənliklərində \(a\) üstü istifadə olunduğu halda Cədvəl 5 “Hardening Index m” verir; iki simvol arasındakı əlaqə izah edilməyib.
• Barlat91 üçün BCC və FCC-yə ayrı \(n\) qiymətləri verilib, lakin iki fazalı mikrostrukturun makroskopik uyğunlaşdırılmasında seçilən qiymət bildirilməyib.
• Tərs qütb fiquru xəritələri üçün EBSD eksperimental şəraiti verilməyib.
• Başlıqda eksperimental doğrulama vurğulansa da, çoxoxlu axma davranışı eksperimental deyil, model əsaslıdır.

Nəticələrin ehtiyatlı şərhi

Tədqiqat istilik emalı temperaturunun eksperimental mikrostruktur qalınlığına və bir oxlu axma möhkəmliyinə təsirini etibarlı meyl səviyyəsində göstərir. Faza-sahəsi modeli bu meyli yenidən hasil edir; lakin mütləq ferrit qalınlığı baxımından hələ kəmiyyət dəqiqliyinə çatmayıb.

Daxili gərginlik və çoxoxlu axma səthi nəticələri fiziki mexanizmləri araşdırmaq və yeni təcrübələr layihələndirmək baxımından dəyərlidir. Lakin onlar birbaşa ölçülmədiyinə görə doğrulanmış material məlumatı deyil, təcrübə ilə sınanmalı model proqnozları kimi qəbul edilməlidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatın tam orijinal adı: Experimentally validated process–microstructure–property relations of bainitic steels derived from phase-field simulations

Müəlliflər: Dhanunjaya Kumar Nerella, Muhammad Adil Ali, Oguz Gulbay, Oleg Shchyglo və Ingo Steinbach.

Müəllif ardıcıllığı: Mənbədə verildiyi kimi qorunub.

Birgə birinci müəllif: Bərabər töhfə və ya birgə birinci müəlliflik məlumatı yoxdur.

Məsul müəllif: Dhanunjaya Kumar Nerella.

Əlaqə ünvanı: Yüklənmiş mətndə e-poçt ünvanı yoxdur. Ruhr Universität Bochum-un rəsmi tədqiqatçı qeydi `dhanunjaya.nerella@rub.de` ünvanını göstərir.

Qurum 1: Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation, Ruhr University Bochum, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum, Şimali Reyn-Vestfaliya, Almaniya.

Qurum 2: Steel Institute, RWTH Aachen University, Intzestraße 1, 52072 Aachen, Şimali Reyn-Vestfaliya, Almaniya.

DOI:10.2139/ssrn.7176521

Rəsmi mənbə keçidi:SSRN rəsmi qeyd səhifəsi

Nəşr platforması: SSRN.

Göndərilmə tarixi: 3 İyul 2026.

Nəşr ili: 2026.

Jurnal: Bu versiyada müəyyən jurnal adı və ya qəbul məlumatı yoxdur.

Nəşriyyat: Mətn “Preprint submitted to Elsevier” ifadəsini daşıyır; lakin konkret Elsevier jurnalı və ya qəbul edilmiş nəşr qeydi göstərilməyib.

Mənbə növü: Eksperimental istilik emalını, mikrostruktur xarakterizasiyasını və dartılma sınaqlarını üçölçülü faza-sahəsi, kristal plastiklik və fenomenoloji axma səthi modelləşdirməsi ilə birləşdirən preprint tədqiqat məqaləsi.

Resenziya statusu: Tədqiqat resenziyadan keçməyib.

Müəllif töhfələri: Bu versiyada ayrıca CRediT və ya tapşırıq əsaslı müəllif töhfə bəyanı yoxdur.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat Almaniya Federal Ministry of Research, Technology and Space tərəfindən DiStEL layihəsi, layihə nömrəsi 13XP5226E çərçivəsində dəstəklənib.

Maraqlar toqquşması: Bu versiyada ayrıca maraqlar toqquşması və ya rəqabət aparan maraqlar bəyanı yoxdur.

Məlumatlara çıxış: Faza-sahəsi simulyasiya məlumatlarının əsaslandırılmış sorğu əsasında müəlliflərdən əldə edilə biləcəyi bildirilib. Açıq məlumat deposu keçidi verilməyib.

Koda çıxış: Mənbə kodu, istifadə olunan proqram versiyası, iş skriptləri və ya yenidən hasil etmə paketi paylaşılmayıb.

Eksperimental doğrulama sərhədi: Eksperimental müqayisə mikrostruktur qalınlığı meyli və x istiqamətindəki bir oxlu dartılma cavabı ilə məhduddur. Daxili gərginliklər, digər yük istiqamətləri və Barlat91 çoxoxlu səthləri model əsaslı proqnozlardır.

Morfologiya doğrulama sərhədi: Faza-sahəsi modeli temperaturdan asılı qalınlaşma meylini tutub; lakin ferrit qalınlığını xüsusilə 673 K-də artıq hesablayıb. Simulyasiya olunan sahə və uzunluq paylanmaları eksperimental məlumatlarla müqayisə edilməyib.

Mənbə tutarlılığı xəbərdarlığı: Kristal plastiklik parametr cədvəlindəki gərginlik və sərtləşmə vahidləri izah tələb edən böyüklüklər verir. Barlat91 üst seçimi və EBSD ölçmə şəraiti də aydın deyil. Bu məqamlar mənbə səssizcə düzəldilmədən qeyd olunub.

Bu Azərbaycan dilində məzmun yüklənmiş tədqiqatın eksperimental üsulları, tənlikləri, cədvəlləri, mikrostruktur görüntüləri, gərginlik xəritələri və mexaniki nəticələri əsasında hazırlanıb. Tədqiqatda olmayan sənaye istehsal uğuru, yorulma performansı, toqluq artımı, hissə təhlükəsizliyi və ya Türkiyəyə məxsus mexaniki xassə iddiası əlavə edilməyib.