Utilizing multi-scale modeling and experimentation to uncover the role of micro-deformation mechanisms on the performance of high-strength steels

Burada sunulan çalışmanın ilk amacı, yüksek manganezli östenitik çeliklerin, farklı yüksek hızlı mekanik yükleme şartları altındaki deformasyon davranışlarının incelenmesi ve kimyasal kompozisyon ve sıcaklığın bu davranışlar üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. Bu doğrultuda, mikroyapı gözlemleri mikro ölçekli deformasyon mekanizmalarına odaklanarak gerçekleştirilmiştir. Düşük deformasyon hızı altında gerçekleşen kayma-ikizleme etkileşimi yerine, yüksek deformasyon hızı altındaki yoğun mekanik ikizlemeler optik mikroskop, derin gören mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve geçirmeli elektron mikroskobu yardımı ile gözlemlenmiştir. Buna ilaveten, yerinde termal kamera kullanımı ile plastik deformasyon sırasındaki ısı değişimi gözlenmiştir. Bu gözlemlerin sonucunda, önceden oluşmuş mekanik ikizlemelerin içerisindeki nano ikizlemelerin yüksek manganezli östenitik çeliklerin gerinim sertleşmesine katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bahsedilen çalışmanın sonuçları, yüksek manganezli östenitik çeliklerin, yüksek deformasyon hızlı çekme-basma-darbe yüklemeleri altındaki karışık işlem sertleşme mekanizmalarını daha detaylı anlaşılmasını sağlamıştır. Yüksek manganezli östenitik çeliklerin mikro ölçekli deformasyon mekanizmalarının incelenmesi, Hadfield çeliğinin olağan dışı sertleşme kapasitesine, dinamik germe yaşlandırmasının etkisinin ve hidrojen depolama malzemelerinin mekanik özelliklerine, hidrojen arayer atomunun etkilerinin modellenmeleri ile genişletilmiştir. Bu amaçlar doğrultusunda, yeni bir, çok ölçekli modelleme yöntemi geliştirilmiştir. Spesifik olarak, dinamik germe yaşlandırması çalışmasında, karbon atomlarının kesme gerilimi etkisini geleneksel Voce sertleşme denklemi ile birleştiren, yeni bir sertleşme denklemi önerilmiştir. Önerilen model, dinamik germe yaşlandırmasını ve sonucunda meydana gelen Hadfield çeliklerinin deformasyon davranışındaki negatif gerinim duyarlılığını hesaplayabilmektedir. Hidrojen depolama malzemelerinin mekanik özelliklerine, hidrojen arayer atomunun etkilerinin modellemesi çalışmasında, geleneksel kristal plastisite denklemleri, hidrojen kaynaklı oluşan kesme gerilimi etkisini içerecek şekilde tadil edilmiştir. Bahsedilen hidrojen etkisinin deneysel olarak gözlemlenip, modelleme sonuçlarının geçerli kılınabilmesi için, hidrojen içeren malzemelere düşük gerinim hızında ve oda sıcaklığında çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneysel ve modelleme çalışmaları sonuçları, hidrojen etkisinin kristal plastisite denklemlerine eklenmesine ve hidrojen gevrekleşme mekanizmasının daha detaylı anlaşılmasına önemli bir katkı sağlamaktadır.