Формування гетерофазної структури в низьколеґованій сталі застосуванням інноваційної технології термічного оброблення «Quenching and Partitioning»

В. І. Зурнаджи$^{1}$, В. Г. Єфременко$^{1}$, В. Г. Гаврилова$^{1}$, Р. О. Кусса$^{1}$, А. В. Єфременко$^{1}$, В. В. Кудін$^{2}$, М. В. Помазков$^{1}$

$^{1}$Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет», вул. Університетська, 7, 87555 Маріуполь, Україна
$^{2}$Запорізький національний технічний університет, вул. Жуковського, 64, 69063 Запоріжжя, Україна

Отримано: 18.04.2018; остаточний варіант - 17.10.2018. Завантажити: PDF

У статті описано фазово-структурний склад і механічні властивості низьколеґованої сталі 60С2ХФА, підданої обробленню «Quenching and Partitioning» (Q-n-P). Режим оброблення включав: а) аустенітизацію при 880°C; б) гартувальне охолодження до температури «Quenching» (240, 200, 160°C) у ванні з розтопом Вудового стопу; в) витримку за температури «Partitioning» (270, 300°C) у ванні з розтопом ПОС-61 впродовж 300–3600 с для перерозподілу вуглецю з мартенситу в аустеніт; г) остаточне охолодження на спокійному повітрі. Встановлено, що Q-n-P-оброблення приводить до формування мультифазної структури, що складається з мартенситу відпускання, безкарбідного нижнього бейніту та залишкового аустеніту. Оптимальне поєднання властивостей досягається при загартуванні до 160–200°C з формуванням 50–70% мартенситу та подальшій витримці при 300°C протягом часу, потрібного для завершення бейнітного перетворення (300 с). У цьому випадку концентрація вуглецю в аустеніті підвищується до 0,95–1,05%, що супроводжується зростанням об’ємної частки залишкового аустеніту до 19%. Після такого оброблення досягається висока міцність (межа міцности — 2000–2100 МПа, твердість — 52–54 HRC) за підвищених пластичности ($\delta$ = 4–6%, $\psi$ = 4–19%) й ударної в’язкости (KСU$_{20}$ = 59–67 Дж/см$^2$). Руйнування Q-n-P-обробленої сталі при динамічному навантаженні відбувається за переважно в’язким механізмом, що поєднує квазисколення з утворенням ямок в’язкого відриву. Збільшення часу витримки на стадії «Partitioning» призводить до пониження рівня комплексу механічних властивостей, що пов’язане зі зменшенням вмісту залишкового аустеніту до 11–12%, ймовірно, за рахунок перетворення збагаченого аустеніту за бейнітною реакцією. Це супроводжується додатковим підвищенням вмісту вуглецю в залишковому аустеніті до 1,28–1,32%.

Ключові слова: Q-n-P-оброблення, міцність, пластичність, мартенсит, аустеніт, безкарбідний бейніт.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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