Формирование гетерофазной структуры в низколегированной стали применением инновационной технологии термической обработки «Quenching and Partitioning»

В. И. Зурнаджи$^{1}$, В. Г. Ефременко$^{1}$, В. Г. Гаврилова$^{1}$, Р. А. Кусса$^{1}$, А. В. Ефременко$^{1}$, В. В. Кудин$^{2}$, М. В. Помазков$^{1}$

$^{1}$Государственное высшее учебное заведение «Приазовский государственный технический университет», ул. Университетская, 7, 87555 Мариуполь, Украина
$^{2}$Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, 69063 Запорожье, Украина

Получена: 18.04.2018; окончательный вариант - 17.10.2018. Скачать: PDF

В статье описаны фазово-структурный состав и механические свойства низколегированной стали 60С2ХФА, подвергнутой обработке «Quenching and Partitioning» (Q-n-P). Режим обработки включал: а) аустенитизацию при 880°C; б) закалочное охлаждение до температуры «Quenching» (240, 200, 160°C) в ванне с расплавом сплава Вуда; в) выдержку при температуре «Partitioning» (270, 300°C) в ванне с расплавом ПОС-61 в течение 300–3600 с для перераспределения углерода из мартенсита в аустенит; г) окончательное охлаждение на спокойном воздухе. Установлено, что Q-n-P-обработка приводит к формированию мультифазной структуры, состоящей из мартенсита отпуска, бескарбидного нижнего бейнита и остаточного аустенита. Лучшее сочетание свойств достигается при закалке до 160–200°C с формированием 50–70% мартенсита и последующей выдержке при 300°C в течение времени, необходимого для завершения бейнитного превращения (300 с). В этом случае концентрация углерода в аустените повышается до 0,95–1,05%, что сопровождается ростом объёмной доли остаточного аустенита до 19%. После такой обработки достигается высокая прочность (предел прочности — 2000–2100 МПа, твёрдость — 52–54 HRC) при повышенных пластичности ($\delta$ = 4–6%, $\psi$ = 4–19%) и ударной вязкости (KСU$_{20}$ = 59–67 Дж/см$^2$). Разрушение Q-n-P-обработанной стали при динамическом нагружении происходит по преимущественно вязкому механизму, сочетающему квазискол с образованием ямок вязкого отрыва. Увеличение времени выдержки на стадии «Partitioning» приводит к снижению уровня комплекса механических свойств, что связано с уменьшением содержания остаточного аустенита до 11–12%, предположительно, за счёт превращения обогащённого аустенита по бейнитной реакции. Это сопровождается дополнительным повышением содержания углерода в остаточном аустените до 1,28–1,32%.

Ключевые слова: Q-n-P-обработка, прочность, пластичность, мартенсит, аустенит, бескарбидный бейнит.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i12/1603.html

PACS: 61.72.Ff, 62.20.M-, 62.20.Qp, 64.75.Nx, 81.05.Bx, 81.30.Kf, 81.40.Gh


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. C. Garcia-Mateo, T. Sourmail, F. G. Caballero, V. Smanio, M. Kuntz, C. Ziegler, A. Leiro, E. Vuorinen, R. Elvira, and T. Teeri, Mater. Sci. Technol., 30: 1071 (2014). Crossref
  2. J. G. Speer, D. V. Edmonds, F. C. Rizzo, and D. K. Matlock, Current Opinion in Solid State Mater. Sci., 8: 219 (2004). Crossref
  3. V. V. Kukhar, A. V. Grushko, and I. V. Vishtak, Solid State Phenom., 284: 408 (2018). Crossref
  4. Q. Li, X. Huang and W. Huang, Mater. Sci. Eng. A, 662: 129 (2016). Crossref
  5. N. Zhong, X. D. Wang, L. Wang, and Y. H. Rong, Mater. Sci. Eng. A, 506: 111 (2009). Crossref
  6. S. Yan, X. Liu, W. J. Liu, T. Liang, B. Zhang, L. Liu, and Y. Zhao, Mater. Sci. Eng. A, 684: 261 (2017). Crossref
  7. J. G. Speer, F. C. Rizzo, D. K. Matlock, and D. V. Edmonds, Mat. Res., 8: 417 (2005). Crossref
  8. V. G. Efremenko, V. I. Zurnadzhi, Yu. G. Chabak, O. V. Tsvetkova, and A. V. Dzherenova, Mater. Sci., 53, No. 1: 67 (2017). Crossref
  9. A. J. Clarke, J. G. Speer, M. K. Miller, R. E. Hackenberg, D. V. Edmonds, D. K. Matlock, and E. De Moor, Acta Mater., 56: 16 (2008). Crossref
  10. M. J. Santofimia, L. Zhao, R. Petrov, C. Kwakernaak, W. G. Sloof, and J. Sietsma, Acta Mater., 59: 6059 (2011). Crossref
  11. Y. Toji, G. Miyamoto, and D. Raabe, Acta Materialia, 86: 137 (2015). Crossref
  12. H. Jirkova, B. Masek, M. F.-X. Wagner, D. Langmajerova, L. Kucerova, R. Treml, and D. Kiener, J. Alloys Compd., 615: 163 (2014). Crossref
  13. O. Hesse, J. Merker, M. Brykov, and V. Efremenko, Tribol. Schmierungstech., 60, No. 6: 37 (2013) (in German).
  14. L. S. Malinov, Russian Metallurgy (Metally), 6: 81 (1999).
  15. M. F. Gallagher, J. G. Speer, D. K. Matlock, and N. M. Fonstein, Proc. of Symp. ‘Zinc-Coated Steels’ (Sept., 2002) (Warrendale, PA: ISS-AIME: 2002), p. 153.
  16. C. Garcia-Mateo, F. G. Caballero, T. Sourmail, M. Kuntz, J. Cornide, V. Smanio, and R. Elvira, Mater. Sci. Eng. A, 549: 185 (2012). Crossref
  17. J. Sun, H. Yu, S. Wang, and Y. Fan, Mater. Sci. Eng. A, 596: 89 (2014). Crossref
  18. J. Zhang, H. Ding, C. Wang, J. Zhao, and T. Ding, Mater. Sci. Eng. A, 585: 132 (2013). Crossref
  19. O. P. Ostash, V. V. Kulyk, V. D. Poznyakov, O. A. Haivorons’kyi, L. I. Markashova, V. V. Vira, Z. A. Duriagina, and T. L. Tepla, Arch. Mater. Sci. Eng., 86, No. 2: 49 (2017). Crossref
  20. J. Sun and H. Yu, Mater. Sci. Eng. A, 586: 100 (2013). Crossref
  21. N. H. Van Dijk, A. M. Butt, and L. Zhao, Acta Mater., 53, No. 20: 5439 (2005). Crossref
  22. M. Zhou, G. Xu, and L. Wang, Trans. Indian Inst. Met., 70, No 6: 1447 (2017). Crossref
  23. S. Zhou, K. Zhang, Y. Wang, J. F. Gu, and Y. H. Rong, Mater. Sci. Eng. A, 528: 8006 (2011). Crossref
  24. М. И. Гольдштейн, С. В. Грачев, Ю. Г. Векслер, Специальные стали (Москва: Металлургия: 1985).
  25. L. N. Belyakov, A. F. Petrakov, N. G. Pokrovskaya, and A. B. Shal’kevich, Met. Sci. Heat Treat., 39, No. 8: 334 (1998). Crossref
  26. A. D. Koval, V. G. Efremenko, M. N. Brykov, M. I. Andrushchenko, R. A. Kulikovskii, and A. V. Efremenko, J. Friction Wear, 33, No. 2: 153 (2012). Crossref
  27. G. Gao, H. Zhang, X. Gui, P. Luo, Z. Tan, and B. Bai, Acta Mater., 76: 425 (2014). Crossref
  28. F. H. Akbary, J. Sietsma, G. Miyamoto, T. Furuhara, and M. J. Santofimia, Acta Mater., 104: 72 (2016). Crossref
  29. F. H. Akbary, J. Sietsma, G. Miyamoto, N. Kamikawa, R. H. Petrov, T. Furuhara, and M. J. Santofimia, Mater. Sci. Eng. A, 677: 505 (2016). Crossref
  30. H. Y. Li, X. W. Lu, W. J. Li, and X. J. Jin, Metall. Mater. Trans. A, 41: 1284 (2010). Crossref
  31. D. V. Edmonds, K. He, F. C. Rizzo, B. C. De Cooman, D. K. Matlock, and J. G. Speer, Mater. Sci. Eng. A, 438–440: 25 (2006). Crossref
  32. A. Navarro-Lopez, J. Sietsma, and M. J. Santofimia, Metall. Mater. Trans., 47: 1028 (2016). Crossref
  33. O. Hesse, J. Liefeith, M. Kunert, A. Kapustyan, M. Brykov, and V. Efremenko, Tribol. Schmierungstech., 63, No. 2: 5 (2015) (in German).
  34. W. Gong, Y. Tomota, S. Harjoa, Y. H. Sua, and K. Aizawa, Acta Mater., 85, No. 15: 243 (2015). Crossref
  35. В. И. Зурнаджи, В. Г. Ефременко, М. Н. Брыков, А. В. Джеренова, Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, № 2: 23 (2017).
  36. Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин, Превращения в железе и стали (Москва: Наука: 1977).
  37. С. О. Кузьмин, В. Г. Ефременко, Ю. Г. Чабак, Е. В. Цветкова, Металлофиз. новейшие технол., 35, No 9: 1271 (2013).
  38. J. Zhao, J. Li, H. Ji, and T. Wang, Materials (Basel), 10, No. 8: 874 (2017). Crossref
  39. C. Garcia-Mateo and F. G. Caballero, ISIJ Int., 11: 1736 (2005). Crossref
  40. E. J. Seo, L. Cho, and B.C. De Cooman, Acta Mater., 107: 354 (2016). Crossref
  41. A. S. Nishikawa, M. J. Santofimia, J. Sietsma, and H. Goldenstein, Acta Mater., 142: 142 (2018). Crossref
  42. А. А. Жуков, В. И. Савуляк, Т. Ф. Архипова, Металлофиз. новейшие технол., 21, No. 2: 93 (1999).
  43. D. P. Koistinen and R. E. Marburger, Acta Metall., 7, No. 1: 59 (1959). Crossref