High Strain Rate Mechanical Behavior of Advanced High Strength Steels

Xia, Peikang (2020). High Strain Rate Mechanical Behavior of Advanced High Strength Steels. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.64476.

Description

Title: High Strain Rate Mechanical Behavior of Advanced High Strength Steels
Author/s:
  • Xia, Peikang
Contributor/s:
  • Sabirov, Ilchat
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Department: Ciencia de los Materiales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

Full text

[img] PDF - Users in campus UPM only until 7 April 2021 - Requires a PDF viewer, such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
Download (11MB)

Abstract

Los requisitos de aligeramiento y optimización de la eficiencia del combustible de los vehículos promovieron el desarrollo de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS), que se caracterizan por su alta resistencia y ductilidad. Hasta ahora, se han propuesto tres generaciones de AHSS y se han llevado a cabo importantes actividades de investigación sobre ellos. La gran mayoría de estos estudios se centró en el diseño microestructural para mejorar las propiedades mecánicas de tracción básicas de los AHSS. Sin embargo, su comportamiento a altas tasas de deformación apenas se ha estudiado, a pesar de su relevancia significativa para aplicaciones automovilísticas. Esta tesis se centra en la respuesta de tres AHSS a la carga dinámica. Son acero de doble fase (DP) 1180, acero inoxidable 304 (304 SS) y acero de temple y particionado (Q&P), pertenecientes a los AHSS de primera, segunda y tercera generación, respectivamente. La respuesta mecánica, la resistencia al impacto, la evolución de la microestructura tras el impacto y el calentamiento adiabático se estudiaron a fondo. Se utilizó el sistema de prueba por impacto de caída de peso para la prueba de impacto en las hojas AHSS de 1 mm de espesor. El aumento de temperatura inducido por el calentamiento adiabático se midió cuantitativamente in situ durante la deformación a altas velocidades de deformación. La evolución de la microestructura se caracterizó ampliamente por técnicas de difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los resultados experimentales indicaron que, en las condiciones actuales, 304 SS tiene la mejor resistencia al impacto (130 J), seguido del acero Q&P (110 J) y el acero DP (90 J). La resistencia al impacto del acero Q&P se ve reforzada por el efecto combinado del deslizamiento de dislocaciones y el fenómeno TRIP. Estos mecanismos junto con el mecanismo de hermanamiento aumentan aún más la resistencia al impacto de 304 SS. Debido a la combinación de excelentes propiedades mecánicas y bajo costo, el acero Q&P es más atractivo que los aceros 304 SS y DP para aplicaciones automovilísticas. Además, la respuesta del acero Q&P se examinó cuidadosamente en una amplia gama de tasas de deformación (10−4–103s−1) mediante el uso de una máquina universal de ensayos, un sistema de barra de tensión dividida Hopkinson (SHTB) y una técnica de correlación de imagen digital (DIC). El límite elástico (YS) del acero Q&P en pruebas dinámicas (500 –1000s−1) es 200 MPa más alto en comparación con las pruebas estáticas (10−4y 10−2s−1), mientras que la resistencia a la tracción final (UTS) tiende a aumentar linealmente con la velocidad de deformación. La fracción de austenita retenida (RA) disminuye exponencialmente con el aumento de la deformación plástica durante las pruebas de tracción estáticas y dinámicas. ----------ABSTRACT---------- The requirements of light weighting and optimizing fuel efficiency of vehicles promoted the development of advanced high strength steels (AHSSs), which are characterized by high strength and ductility. Until now, three generations of AHSSs have been developed,and significant body of research on this topic exists in the current literature. The vast majority of studies focused on the microstructural design to improve basic tensile mechanical properties of AHSSs. However, their dynamic behavior and impact resistance have not been systematically investigated, despite their significant relevance for automotive applications. This thesis focuses on the high strain rate performance of three AHSSs. These are a dual phase (DP) 1180 steel, a 304 stainless steel (304 SS) and a quenching and partitioning (Q&P) steel, belonging to the first, second and third generation AHSSs, respectively. The main emphasis of this experimental work was laid on the impact resistance of the 1 mm thick AHSSs sheets subjected to drop weight impact testing. Mechanical behavior, microstructure evolution and mechanisms operating during high strain rate deformation were analyzed. Microstructure evolution was comprehensively characterized by electron backscatter diffraction (EBSD) and transmission electron microscopy (TEM) techniques.Special attention was paid to adiabatic heating (which was measured in situ) and its interplay with the deformation mechanisms. The experimental results indicated that the 304 SS has the best impact resistance (130 J), followed by the Q&P steel (110 J) and the DP 1180 steel (90 J). The impact resistance of the Q&P steel was enhanced by the combined effect of dislocation glide and TRIP phenomenon. These mechanisms along with twinning mechanism further increased the impact resistance of the 304 SS. Due to the combination of excellent mechanical properties and low cost, the Q&P steel appears to be more attractive for automotive application compared to the 304 SS and DP steel. Additionally, tensile mechanical behavior of the Q&P steel was carefully examined in a wide range of strain rates (10−4–103s−1) by employing split Hopkinson tensile bar (SHTB) system and digital image correlation (DIC) technique. It was shown that the yield strength (YS) of the Q&P steel in dynamic tests (500 –1000s−1) was by 200 MPa higher compared to the static tests (10−4and 10−2s−1), while the ultimate tensile strength (UTS) tended to increase linearly with strain rate. Retained austenite (RA) fraction decreased exponentially with the increase of plastic strain during both static and dynamic tensile testing. Comparative analysis of the outcomes of SHTB and drop weight impact testing showed that high strain rate biaxial deformation promoted transformation of retained austenite into martensite along with the ductility of the Q&P steel.

More information

Item ID: 64476
DC Identifier: http://oa.upm.es/64476/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:64476
DOI: 10.20868/UPM.thesis.64476
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 08 Oct 2020 10:57
Last Modified: 08 Oct 2020 12:15
  • Logo InvestigaM (UPM)
  • Logo GEOUP4
  • Logo Open Access
  • Open Access
  • Logo Sherpa/Romeo
    Check whether the anglo-saxon journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo Dulcinea
    Check whether the spanish journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo de Recolecta
  • Logo del Observatorio I+D+i UPM
  • Logo de OpenCourseWare UPM