Published October 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Enhancement of strength in laser-joined Al-TRIP and Si-TRIP steels: Microstructural insights and deformation analysis

Creators

  • 1. University of Oulu
  • 2. Shiraz University
  • 3. RWTH Aachen University
  • 4. Zagazig University
  • 5. Central Metallurgical Research and Development Institute
  • 6. Suez University
  • 7. Forschungszentrum Jülich

Description

This study highlights the strengthening mechanisms observed during the metal joining of high-strength grade steels (Al-TRIP and Si-TRIP) by providing a concise investigation of microstructural features, mechanical strength evaluation, and employing Finite Element Method (FEM) analysis to understand the deformation behaviour in the joint. The base metals (BMs), Al-TRIP and Si-TRIP are cold-rolled sheets with thicknesses of 0.9 mm and 1.3 mm, respectively. Al-TRIP contains 2.4 wt% Al, while Si-TRIP contains 1.5 wt% Si. The Al-/Si-TRIP joint was processed by laser welding at low energy input 24 J/mm. Electron backscattering diffraction and transmission electron microscopy extensively characterized the microstructural features in the fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ) to study strengthening mechanisms induced by welding. Uniaxial tensile tests examined joint mechanical strength, while microindentation hardness (HIT) measurements evaluated mechanical response in the weld zones. The FZ showed a fully martensitic structure, while the HAZs displayed refined grains. Ultrafine-grained structures with an average size of 1 μm were observed in the HAZs, resulting in higher HIT hardness values (∼6.7 GPa) compared to the FZ (∼6.3 GPa). Interestingly, the mechanical tensile properties of the joint were unaffected as failure occurred in the thinner Al-TRIP steel. Finite Element Method (FEM) analysis simulated the tensile testing, revealing localized plasticity in the thinner Al-TRIP and explaining the observed fracture.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تسلط هذه الدراسة الضوء على آليات التقوية التي لوحظت أثناء الربط المعدني للفولاذ عالي القوة (Al - TRIP و Si - TRIP) من خلال توفير تحقيق موجز للميزات الهيكلية الدقيقة، وتقييم القوة الميكانيكية، واستخدام تحليل طريقة العنصر المحدود (FEM) لفهم سلوك التشوه في المفصل. المعادن الأساسية (BMs) و Al - TRIP و Si - TRIP هي صفائح مدرفلة على البارد بسماكة 0.9 مم و 1.3 مم على التوالي. يحتوي تريب على 2.4% بالوزن من Al، بينما يحتوي تريب على 1.5% بالوزن من Si. تمت معالجة وصلة Al/Si - TRIP عن طريق اللحام بالليزر عند مدخلات طاقة منخفضة 24 جول/مم. يتميز حيود التشتت العكسي للإلكترون والمجهر الإلكتروني للإرسال على نطاق واسع بالسمات الهيكلية الدقيقة في منطقة الاندماج (FZ) والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) لدراسة آليات التقوية الناجمة عن اللحام. فحصت اختبارات الشد أحادية المحور القوة الميكانيكية للمفصل، بينما قيمت قياسات صلابة المسافة البادئة الدقيقة (HIT) الاستجابة الميكانيكية في مناطق اللحام. أظهرت المنطقة الحرة بنية مارتينسيتية بالكامل، بينما عرضت المناطق الخطرة HAZs حبيبات مكررة. لوحظت هياكل فائقة الدقة بمتوسط حجم 1 ميكرومتر في مناطق تحليل المخاطر، مما أدى إلى ارتفاع قيم صلابة الضرب (6.7 جيجا باسكال) مقارنة بالمنطقة الحرة (6.3 جيجا باسكال). ومن المثير للاهتمام أن خصائص الشد الميكانيكية للمفصل لم تتأثر حيث حدث عطل في فولاذ الطريب الأرق. قام تحليل طريقة العنصر المحدود (FEM) بمحاكاة اختبار الشد، وكشف عن اللدونة الموضعية في تريب الأرق وشرح الكسر الملحوظ.

Translated Description (French)

Cette étude met en évidence les mécanismes de renforcement observés lors de l'assemblage métallique des aciers à haute résistance (Al-TRIP et Si-TRIP) en fournissant une étude concise des caractéristiques microstructurales, une évaluation de la résistance mécanique et en utilisant l'analyse par la méthode des éléments finis (FEM) pour comprendre le comportement de déformation dans le joint. Les métaux de base (BM), Al-TRIP et Si-TRIP sont des tôles laminées à froid d'épaisseurs respectives de 0,9 mm et 1,3 mm. Al-TRIP contient 2,4 % en poids d'Al, tandis que Si-TRIP contient 1,5 % en poids de Si. Le joint Al-/Si-TRIP a été traité par soudage laser à faible apport d'énergie 24 J/mm. La diffraction par rétrodiffusion d'électrons et la microscopie électronique à transmission ont largement caractérisé les caractéristiques microstructurales dans la zone de fusion (FZ) et la zone affectée par la chaleur (HAZ) pour étudier les mécanismes de renforcement induits par le soudage. Les essais de traction uniaxiale ont examiné la résistance mécanique des joints, tandis que les mesures de dureté par microindentation (HIT) ont évalué la réponse mécanique dans les zones de soudure. Le FZ présentait une structure entièrement martensitique, tandis que les HAZ présentaient des grains raffinés. Des structures à grains ultrafins d'une taille moyenne de 1 μm ont été observées dans les HAZ, entraînant des valeurs de dureté HIT plus élevées (∼6,7 GPa) par rapport à la FZ (∼6,3 GPa). Fait intéressant, les propriétés mécaniques de traction du joint n'ont pas été affectées car une défaillance s'est produite dans l'acier plus mince Al-TRIP. L'analyse par la méthode des éléments finis (FEM) a simulé les essais de traction, révélant une plasticité localisée dans l'Al-TRIP plus mince et expliquant la fracture observée.

Translated Description (Spanish)

Este estudio destaca los mecanismos de fortalecimiento observados durante la unión metálica de aceros de alta resistencia (Al-TRIP y Si-TRIP) al proporcionar una investigación concisa de las características microestructurales, la evaluación de la resistencia mecánica y el empleo del análisis del Método de Elementos Finitos (FEM) para comprender el comportamiento de deformación en la unión. Los metales base (BMs), Al-TRIP y Si-TRIP son láminas laminadas en frío con espesores de 0.9 mm y 1.3 mm, respectivamente. Al-TRIP contiene 2.4% enpeso de Al, mientras que Si-TRIP contiene 1.5% enpeso de Si. La unión Al-/Si-TRIP se procesó mediante soldadura láser a una entrada de baja energía de 24 J/mm. La difracción por retrodispersión de electrones y la microscopía electrónica de transmisión caracterizaron ampliamente las características microestructurales en la zona de fusión (FZ) y la zona afectada por el calor (haz) para estudiar los mecanismos de fortalecimiento inducidos por la soldadura. Las pruebas de tracción uniaxial examinaron la resistencia mecánica de la junta, mientras que las mediciones de dureza de microindentación (HIT) evaluaron la respuesta mecánica en las zonas de soldadura. La FZ mostró una estructura totalmente martensítica, mientras que las haz mostraron granos refinados. Se observaron estructuras de grano ultrafino con un tamaño promedio de 1 μm en las haz, lo que resultó en valores de dureza de IMPACTO más altos (~6.7 GPa) en comparación con la FZ (~6.3 GPa). Curiosamente, las propiedades de tracción mecánica de la junta no se vieron afectadas ya que se produjo un fallo en el acero Al-TRIP más delgado. El análisis del Método de Elementos Finitos (FEM) simuló las pruebas de tracción, revelando plasticidad localizada en el Al-TRIP más delgado y explicando la fractura observada.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعزيز القوة في الفولاذ المرتبط بالليزر Al - TRIP و Si - TRIP: الرؤى الهيكلية الدقيقة وتحليل التشوه
Translated title (French)
Amélioration de la résistance des aciers Al-TRIP et Si-TRIP assemblés au laser : analyses microstructurales et de déformation
Translated title (Spanish)
Mejora de la resistencia en aceros Al-TRIP y Si-TRIP unidos por láser: conocimientos microestructurales y análisis de deformación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386024501
DOI
10.1016/j.msea.2023.145591

Is supplement to
https://openalex.org/W3144554200 (Other)
https://openalex.org/W3104711607 (Other)
https://openalex.org/W3039670750 (Other)
https://openalex.org/W3000406074 (Other)
https://openalex.org/W2970341327 (Other)
https://openalex.org/W2373395699 (Other)
https://openalex.org/W2328255001 (Other)
https://openalex.org/W2113375284 (Other)
https://openalex.org/W2070594675 (Other)
https://openalex.org/W2011311165 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1461017020
  • https://openalex.org/W1970968912
  • https://openalex.org/W1973937168
  • https://openalex.org/W1975363421
  • https://openalex.org/W1977610678
  • https://openalex.org/W1984233617
  • https://openalex.org/W1987866983
  • https://openalex.org/W2003902391
  • https://openalex.org/W2008642395
  • https://openalex.org/W2017547294
  • https://openalex.org/W2027198066
  • https://openalex.org/W2056702511
  • https://openalex.org/W2066697052
  • https://openalex.org/W2070066339
  • https://openalex.org/W2072478902
  • https://openalex.org/W2077600933
  • https://openalex.org/W2079393458
  • https://openalex.org/W2104554446
  • https://openalex.org/W2106182919
  • https://openalex.org/W2166778448
  • https://openalex.org/W2169932778
  • https://openalex.org/W2331781517
  • https://openalex.org/W2414094930
  • https://openalex.org/W2575735614
  • https://openalex.org/W2769824
  • https://openalex.org/W2789852876
  • https://openalex.org/W2793742251
  • https://openalex.org/W2804288176
  • https://openalex.org/W2850926048
  • https://openalex.org/W2885271426
  • https://openalex.org/W2939518067
  • https://openalex.org/W2963303178
  • https://openalex.org/W2976681525
  • https://openalex.org/W2980039487
  • https://openalex.org/W2994805637
  • https://openalex.org/W2997795445
  • https://openalex.org/W3016361778
  • https://openalex.org/W3033408785
  • https://openalex.org/W3126860531
  • https://openalex.org/W3128340336
  • https://openalex.org/W3158456491
  • https://openalex.org/W3169818999
  • https://openalex.org/W3174357454
  • https://openalex.org/W3206996899
  • https://openalex.org/W3209055419
  • https://openalex.org/W4200297553
  • https://openalex.org/W4206536498
  • https://openalex.org/W4206796979
  • https://openalex.org/W4206950448
  • https://openalex.org/W4210560880
  • https://openalex.org/W4240216152
  • https://openalex.org/W4294862328
  • https://openalex.org/W4313574632
  • https://openalex.org/W4313681227
  • https://openalex.org/W4378349187