Вплив ізотермічного оброблення на мікроструктуру загартованої на аустеніт високовуглецевої низьколегованої сталі
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2020.88.1.58Ключові слова:
високовуглецева низьколегована сталь, гартування, ізотермічна витримка, мікроструктура, бейніт, аустеніт, відпущений мартенситАнотація
Анотація. Високовуглецеві низьколеговані сталі є перспективним матеріалом для підвищення абразивної зносостійкості деталей машин, які зазнають у процесі експлуатації жорсткого зносу твердими частинками. Після гартування від 900– 1000 оС у структурі таких сталей залишається багато залишкового аустеніту, що здатен перетворюватись на мартенсит у процесі абразивного зношування. Звісно, що ізотермічне оброблення є корисною, але досить тривалою операцією, під час якої відбувається бейнітне перетворення із значним поліпшенням механічних властивостей. Метою роботи було дослідження змін мікроструктури на самому початку ізотермічної витримки. Зразки високовуглецевої низьколегованої сталі (1,21 % C; 2,56 % Mn; 1,59 % Si мас.) було загартовано від 900 оС з отриманням у структурі здебільш залишкового аустеніту та невеликої кількості мартенситу. Далі проведено ізотермічні витримки за температури 250 оС в діапазоні часу від 1 до 12 год для забезпечення бейнітного перетворення та дослідження супутніх змін мікроструктури. Уже після однієї години витримки в структурі присутні ознаки перетворення, а саме довгі пластини бейнітного фериту, які розташовано біля мартенситних включень. Додатково було виявлено інший структурний складник після витримки 3 год і більше – дуже дисперсну пластинчасту суміш із міжпластинчатою відстанню значно менше ніж 100 нм. Згідно з відомими джерелами цією структурою може бути так званий columnar bainite. Залежність «твердість – час витримки» для дослідженого матеріалу має мінімум після 1 год витримки. У цей час відпуск мартенситу завершується, а бейнітне перетворення входить до прискореної фази. Подальшу роботу може бути присвячено дослідженню змін механічних властивостей сталі 120Г3С2 та якості зварних з’єднань після ізотермічної витримки до 6–7 год.Посилання
Hultgren A. A. Metallographic Study on Tungsten Steels // John Wiley. – NewYork, 1920. – 186 p.
Robertson J.M. The microstructure of rapidly cooled steel // Journal of the Iron and Steel Institute. – 1929. – V. 119. – P. 391–419.
Davenport E.S., Bain E.C. Transformation of Austenite at Constant Subcritical Temperatures // Trans. AIME. – 1930. – V. 90. – P. 117–154.
Bhadeshia, H.A Personal Commentary on «Transformation of Austenite at Constant Subcritical Temperatures» // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2010. – V. 41. – P. 701– 740. DOI: 10.1007/ s11663-010-9371-7.
Hillert M. Discussion of «A Personal Commentary on Transformation of Austenite at Constant Subcritical Temperatures» // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2011. – V. 42. – P. 541–542. DOI: 10.1007 / s11661-010-0586-7.
Barbacki A. The role of bainite in shaping mechanical properties of steels // Journal of Materials Processing Technology. – 1995. – V. 53. – P. 57–63. DOI: 10.1016/0924-0136(95)01961-D.
Caballero F.G. Bhadeshia H.K.D.H. Very strong bainite // Current Opinion in Solid State and Materials Science. – 2004. – V. 8. – P. 251–257. DOI: 10.1016 / j.cossms. 2004.09.005.
Morales-Rivas L., Yen H.-W., Huang B.-M., Kuntz M., Caballero F. G., Yang J.-R., GarciaMateo C. Tensile response of two nano-scale bainite composite-like structures // JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 2015. – V. 67. – P. 2223–2235. DOI: 10.1007/s11837-015-1562-x.
Zhao J., Zhao X., Dong C., Zhao X., Kang S. Effect of bainitic transformation combined with hot forming on the microstructure and mechanical properties of bainite-martensite multiphase steel // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – V. 731. – P. 102–106. DOI: 10.1016/j.msea. 2018.05.111.
Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels: Theory and Practice, Third Edition. – CRC Press, Boca Raton, 2015. – 616 p.
Jellinghaus W. Anregung der ZwischenstufenUmwandlung des Stahles durch kleine Mengen von α-Eisen // Arch. Eisenhütt. – 1952. – V. 23. – P. 459–470. DOI: 10.1002/srin.195200972.
Toji Y., Matsuda H., Raabe D. Effect of Si on the acceleration of bainite transformation by preexisting martensite // Acta Materialia. – 2016. – V. 116. – P. 250–262. DOI: 10.1016/j. actamat. 2016.06.044.
Gong W., Tomota Y., Harjo S., Su Y.H., Aizawa K. Effect of prior martensite on bainite transformation in nanobainite steel // Acta Materialia. – 2015. – V. 85. – P. 243–249. DOI: 10.1016/j. actamat. 2014.11.029.
Zhou P., Guo H., Zhao A., Yin Z., Wang J. Effect of pre-existing martensite on bainitic transformation in low-temperature bainite steel // Materials Science Forum. – 2017. – V. 898. – P. 803–809. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / MSF.898.803.
Koval` A.D., Brykov M.N., Kapustyan A.E., Timofeenko D.N. Issledovanie kinetiki obrazovaniya nizhnego bejnita v strukture vysokouglerodistoj nizkolegirovannoj stali // Novi materialy i tekhnologiyi v metalurgiyi ta mashynobuduvanni. – 2011. –№ 1. – S.17–21.
Hesse O., Liefeith J., Kunert M., Kapustyan A., Brykov M., Efremenko V. Bainit in Stählen mit hohem Widerstand gegen Abrasivverschleiß // Tribologie + Schmierungstechnik. – V. 63. – 2016. – № 2. – S. 5–13.
Brykov M.N., Prokopchenko A.A., Efremenko V.G. Vliyanie rezhimov zakalki i izotermicheskoj obrabotki na strukturu i iznosostojkost vysokouglerodistoj nizkolegirovannoj stali // Problemi tribologiyi (Problems of Tribology). – 2016. – № 3. – S.44–51.
Brykov N.N. Issledovanie vlijanij struktury na soprotivljaemost’ splavov abrazivnomu iznashivaniju: dis. ... kandidata tehn. nauk: 05.02.01. – Zaporozh’e, 1966. – 144 s.
Popov V.S., Brykov N.N., Dmitrichenko N.S. Iznosostojkost’ pressform ogneupornogo proizvodstva. – Moskva: Metallurgija, 1971. – 160 s.
Dolgovechnost’ oborudovanija ogneupornogo proizvodstva / V.S. Popov i dr. – Moskva: Metallurgija, 1978. – 232 s.
Hesse O., Merker J., Brykov M., Efremenko V. Zur Festigkeit niedriglegierter Stähle mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt gegen abrasiven Verschleiß // Tribologie + Schmierungstechnik. – 2013. – № 6. – S. 37–43.
Kalinin Yu.A., Shumilov A.A., Petri-shinecz I., Efremenko V.G., Brykov M.N. Struktura okoloshovnoj zony zakalyonnoj vysokouglerodistoj stali posle svarki s uskorennym okhlazhdeniem // Novi materialy i tek hnologiyi v metalurgiyi ta mashynobuduvanni. – 2019. – № 1. – S. 31– 36.
Two-body abrasion resistance of high-carbon high-silicon steel: metastable austenite vs nanostructured bainite / V.G. Efremenko, O. Hesse, T. Friedrich, M. Kunert, M.N. Brykov, K. Shimizu, V.I. Zurnadzhy, P. Šuchmann // Wear. – 2019. – V. 418–419. – P. 24–35. DOI: 10.1016 /j.wear. 2018.11.003.
