The effect of Ultra-Fast Heat treatments on the microstructure evolution of Automotive Steels

Banis, Alexandros

dc.contributor.author	Banis, Alexandros
dc.date.accessioned	2021-12-20T08:45:02Z
dc.date.available	2021-12-20T08:45:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54197
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21895
dc.rights	Default License
dc.subject	Ultra-fast heating	en
dc.subject	Steel	en
dc.subject	Microstructure characterization	en
dc.subject	Phase transformations	en
dc.subject	Martensite/Bainite	en
dc.subject	Τάχιστοι θερμικοί κύκλοι	el
dc.subject	Χάλυβας	el
dc.subject	Χαρακτηρισμός μικροδομής	el
dc.subject	Μετασχηματισμοί φάσεων	el
dc.subject	Μαρτενσίτης/Μπαινίτης	el
dc.title	The effect of Ultra-Fast Heat treatments on the microstructure evolution of Automotive Steels	en
dc.contributor.department	Laboratory of Physical Metallurgy and Center of Electron Microscopy	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Physical Metallurgy	en
heal.classification	Materials Science	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-12
heal.abstract	Αυτή η διατριβή έχει ως στόχο την πλήρη κατανόηση των φαινομένων μετασχηματισμού που λαμβάνουν χώρα όταν εφαρμόζονται υψηλοί ρυθμοί θέρμανσης σε τύπους χαλύβων της αυτοκινητοβιομηχανίας. Επικεντρώνεται στην εξέλιξη της μικροδομής μέσω των σταδίων θέρμανσης και ψύξης της θερμικής επεξεργασίας. Με την κατανόηση αυτών των φαινομένων, οι κατεργασίες Ultra-Fast Heating μπορούν αν ελεγχθούν καλύτερα με σκοπό τη βελτιστοποίηση των υπαρχόντων βαθμών και τη σχεδίαση νέων. Τέτοιοι βαθμοί μπορούν να ενσωματωθούν στους τρέχοντες Προηγμένους Χάλυβες Υψηλής Αντοχής 3ης γενιάς που συνίστανται από παρόμοιες μικροδομές και παρουσιάζουν ιδανικές μηχανικές ιδιότητες. Για το σκοπό αυτό, μελετάται η επίδραση του ρυθμού θέρμανσης, μέσω της χρήσης τεχνικών χαρακτηρισμού, στη σφαιροποίηση και διάλυση του σεμεντίτη, στην ανακρυστάλλωση του φερρίτη και στην πυρήνωση και ανάπτυξη του ωστενίτη, τα οποία τελικά οδηγούν στο σχηματισμό μπαινίτη και μαρτενσίτη, και σε υπολειπόμενο ωστενίτη κατά την βαφή. Από τα πειράματα, προκύπτει το συμπέρασμα ότι σε τάχιστες θερμικές επεξεργασίες, λόγω της καθυστερημένης και ατελούς διαλυτοποίησης του σεμεντίτη, εμφανίζεται ετερογένεια στη χημική σύσταση και στο μέγεθος κόκκου του πρότερου ωστενίτη. Αυτή η ετερογένεια έρχεται να εξηγήσει τον σχηματισμό του μπαινίτη παράλληλα με τον μαρτενσίτη και τη διατήρηση του ωστενίτη. Γενικά, οι χάλυβες που έχουν υποστεί τάχιστη θερμική κατεργασία εμφανίζουν καλύτερη αναλογία αντοχής / ολκιμότητας από τους συμβατικούς θερμαινόμενους χάλυβες. Αυτές οι εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες προκύπτουν από τις εκλεπτυσμένες μικτές μικροδομές τους. Αντιθέτως, στους χάλυβες που έχουν υποστεί συμβατικές θερμικές κατεργασίες, η μικροδομή αποτελείται μόνο από μαρτενσίτη, και έτσι η ολκιμότητα τους αναμένεται σχετικά χαμηλή. Αποδεικνύεται επίσης ότι η αντοχή του χάλυβα μπορεί να αυξηθεί χωρίς σημαντικές απώλειες στην ολκιμότητα, όταν εφαρμόζονται υψηλοί ρυθμοί θέρμανσης. Η πειραματική προσέγγιση που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διατριβή, επιβεβαιώνει μέσω τεχνικών χαρακτηρισμού την ικανότητα παραγωγής μικτών μικροδομών σε ένα μόνο βήμα, εξηγώντας τον ταυτόχρονο σχηματισμό μπαινίτη και μαρτενσίτη, και τη διατήρηση του ωστενίτη σε εξαιρετικά γρήγορους κύκλους θέρμανσης, όπως έχει προβλεφθεί μέσω πειραμάτων προσομοίωσης.	el
heal.abstract	This dissertation aims at a detailed understanding of the transformation phenomena that occur when high heating rates are applied to different steel grades of the automotive industry. It focuses on the evolution of microstructure through the heating and cooling stages of heating treatments. By understanding these phenomena, Ultra-Fast Heating treatments can be better controlled in order to optimize existing grades and design new ones. Such grades can be incorporated into the current 3rd Generation Advanced High Steel which consist of similar microstructures and exhibit ideal mechanical properties. For this purpose, the effect of the heating rate is studied, through the use of characterization techniques, on the spheroidization and dissolution of cementite, on the recrystallization of ferrite and on the nucleation and growth of austenite, which ultimately lead to the formation of bainite and martensite, and to retained austenite during quenching. From the experiments, it is concluded that in rapid heat treatments, due to the impeded and incomplete dissolution of the cementite, heterogeneity occurs in the chemical composition and grain size of the prior austenite. This heterogeneity comes to explain the formation of bainite along with martensite and the retainment of austenite. In general, ultra-fast heat-treated steels exhibit a better strength / ductility ratio than conventionally heated steels. These mechanical properties result from their refined mixed microstructures. In contrast, in conventionally treated steels, the microstructure consists only of martensite, and thus their ductility is expected to be relatively low. It is also shown that the strength of steel can be increased without significant losses in ductility when high heating rates are applied. The experimental approach used in this dissertation confirms through characterization techniques the ability to produce mixed microstructures in a single step, explaining the simultaneous formation of bainite and martensite, and the retainment of austenite in ultra-fast heating cycles, as predicted by simulation experiments.	en
heal.advisorName	Papaefthymiou, Spyros
heal.committeeMemberName	Fourlaris, Georgios
heal.committeeMemberName	Chatzitheodoridis, Elias
heal.committeeMemberName	Lekatou, Angeliki
heal.committeeMemberName	Chaidemenopoulos, Gregorios
heal.committeeMemberName	Michailidis, Nikolaos
heal.committeeMemberName	Tsakiridis, Petros
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	232
heal.fullTextAvailability	false