Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Дилатометрическое исследование структурообразования в стали 30Х2ГСН2ВМ при ступенчатой и изотермической закалках

М. В. Майсурадзе, М. А. Рыжков, В. В. Назарова

Аннотация


Исследована сталь 30Х2ГСН2ВМ (ВЛ1), используемая в авиастроении для изготовления тяжелонагруженных деталей. Установлены температурно-временные интервалы превращений переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении от температуры полной аустенитизации с использованием дилатометрического метода. Осуществлено дилатометрическое моделирование различных вариантов ступенчатой и изотермической закалок, которое позволило выявить особенности превращений, протекающих в стали на разных этапах термической обработки. Проведен анализ механических свойств после изотермической и ступенчатой закалок, а также после закалки в масле и отпуска. Показано, что реализация изотермической закалки и ступенчатой закалки по технологии quenching-partitioning не приводит к ожидаемой стабилизации значительного количества остаточного аустенита и повышению комплекса механических свойств исследуемой стали.

Ключевые слова


сталь; дилатометрия; термическая обработка; бейнит; мартенсит; изотермическая закалка; ступенчатая закалка; остаточный аустенит; механические свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Wang Y., Liu B., Pan Q. et al. Effect of austempering on mechanical properties of Nb/V microalloyed bainitic bearing steel // Crystals. 2022. V. 12, No. 7. P. 1001. DOI: 10.3390/cryst12071001

Morri A., Ceschini L., Pellizzari M. et al. Effect of the austempering process on the microstructure and mechanical properties of 27MnCrB5-2 steel // Archives of Metallurgy and Materials. 2017. V. 62, No. 2. P. 643 – 651. DOI: 10.1515/amm-2017-0094

Feng J., Wettlaufer M. Plane-strain fracture toughness of AISI 4140 steel austempered below MS // Materials Science and Engineering A. 2019. V. 743. P. 494 – 499. DOI: 10.1016/j.msea.2018.11.122

Maisuradze M. V., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. Increase in impact strength during bainite structure formation in HY-TUF high-strength steel // Metallurgist. 2019. V. 63, No. 7 – 8. P. 849 – 858. DOI: 10.1007/s11015-019-00899-4

An F.-C., Zhao S.-X., Xue X.-K. et al. Incompleteness of bainite transformation in quenched and tempered steel under continuous cooling conditions // Journal of Materials Research and Technology. 2020. V. 4. P. 8985 – 8996. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.06.039

Onuki Y., Umemura K., Fujiwara K. et al. Microstructure formation and carbon partitioning with austenite decomposition during isothermal heating process in Fe – Si – Mn – C steel monitored by in situ time-of-flight neutron diffraction // Metals. 2022. V. 12. P. 957. DOI: 10.3390/met12060957

Zhou S., Hu F., Wang K. et al. Nanomechanics of retained austenite in medium-carbon low-temperature bainitic steel: A critical analysis of a one-step versus a two-step treatment // Materials. 2022. V. 15. P. 5996. DOI: 10.3390/ma15175996

Johnson D. R., Becker W. T. Toughness of Tempered upper and lower bainitic microstructures in a 4150 steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 1993. V. 2(2). P. 255 – 263. DOI: 10.1007/BF02660294

Azuma M., Fujita N., Takahashi M. et al. Modeling upper and lower bainite transformation in steels // ISIJ International. 2005. V. 45, No. 2. P. 221 – 228. DOI: 10.2355/ isijinternational.45.221

Zhu J. G., Sun X., Barber G. C. et al. Bainite transformation-kinetics-microstructure characterization of austempered 4140 steel // Metals. 2020. V. 10. P. 236. DOI: 10.3390/ met10020236

Калетин А. Ю., Калетина Ю. В., Рыжков М. А. Бескарбидный бейнит в низкоуглеродистых конструкционных сталях // Письма о материалах. 2020. Т. 10, № 3. С. 249 – 253.

Хасан С. М., Чакрабарти Д., Сингх Ш. Б. Термомеханическая обработка стали с бескарбидным бейнитом // МиТОМ. 2021. № 7. С. 9 – 18.

Hofer C., Leitner H., Winkelhofer F. et al. Structural characterization of “carbide-free” bainite in a Fe – 0,2C – 1,5Si – 2,5Mn steel // Materials Characterization. 2015. V. 102. P. 85 – 91. DOI: 10.1016/j.matchar.2015.02.020

Soliman M., Palkowski H. Microstructure development and mechanical properties of medium carbon carbide-free bainite steels // Procedia Engineering. 2014. V. 81. P. 1306 – 1311. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.10.148

He B. On the factors governing austenite stability: Intrinsic versus extrinsic // Materials. 2020. V. 13. P. 3440. DOI: 10.3390/ma13153440

Zhao F., Chen P., Xu B. et al. Martensite transformation of retained austenite with diverse stability and strain partitioning during tensile deformation of a carbide-free Bainitic steel // Materials Characterization. 2021. V. 179. P. 111327. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111327

Mola J., Seo E. J., Cho L. Correlation between mechanical stability and hardness of austenite in martensite/austenite mixtures // Materials Science and Engineering A. 2021. V. 822. P. 141687. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141687

Kang S., Kim K., Son Y., Lee S.-J. Application of the quenching and partitioning (Q&P) process to D6AC steel // ISIJ International. 2016. V. 56. P. 2057 – 2061. DOI: 10.2355/ isijinternational.ISIJINT-2016-257

Sun J., Yu H. Microstructure development and mechanical properties of quenching and partitioning (Q&P) steel and an incorporation of hot-dipping galvanization during Q&P process // Materials Science & Engineering A. 2013. V. 586. P. 100 – 107. DOI: 10.1016/j.msea.2013.08.021

Li H. Y., Lu X. W., Wu X. C. et al. Bainitic transformation during the two-step quenching and partitioning process in a medium carbon steel containing silicon // Materials Science and Engineering A. 2010. V. 527. P. 6255 – 6259. DOI: 10.1016/j.msea.2010.06.045

Takahama Y., Santofimia M. J., Mecozzi M. G. et al. Phase field simulation of the carbon redistribution during the quenching and partitioning process in a low-carbon steel // Acta Materialia. 2012. V. 60, No. 6 – 7. P. 2916 – 2926. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.01.055

Xu Y., Chen F., Li Z. et al. Kinetics of carbon partitioning of Q&P steel: Considering the morphology of retained austenite // Metals. 2022. V. 12. P. 344. DOI: 10.3390/met12020344

Wang L., Speer J. G. Quenching and partitioning steel heat treatment // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2013. V. 2. P. 268 – 281. DOI: 10.1007/s13632-013-0082-8

De Cooman B. C., Speer J. G. Quench and partitioning steel: A new AHSS concept for automotive anti-intrusion applications // Steel Research International. 2006. V. 77, No. 9 – 10. P. 634 – 640. DOI: 10.1002/srin.200606441

De Moor E., Speer J. G. Bainitic and quenching and partitioning steels // In: Automotive Steels. Design, Metallurgy, Processing and Applications. UK: Woodhead Publishing, 2017. P. 289 – 316. DOI: 10.1016/B978-0-08-100638-2.00010-9

Добужская А. Б., Галицын Г. А., Мухранов Н. В. и др. Исследование структурно-фазовых превращений при охлаждении рельсовой стали // Сталь. 2015. № 11. С. 86 – 91.

Adamczyk-Cieślak B., Koralnik M., Kuziak R. et al. Studies of bainitic steel for rail applications based on carbide-free, low-alloy steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2021. V. 52. P. 5429 – 5442. DOI: 10.1007/s11661- 021-06480-6

Georgiev M. N., Simeonova T. V. Railroad rails from bainitic steel // Metal Science and Heat Treatment. 2018. V. 60. P. 464 – 470. DOI: 10.1007/s11041-018-0302-6

Li H. Y., Lu X. W., Wu X. C. et al. Bainitic transformation during the two-step quenching and partitioning process in a medium carbon steel containing silicon // Materials Science and Engineering A. 2010. V. 527, No. 23. P. 6255 – 6259. DOI: 10.1016/j.msea.2010.06.045

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A. Thermal stabilization of austenite during quenching and partitioning of austenite for automotive steels // Metallurgist. 2018. V. 62, No. 3 – 4. P. 337 – 347. DOI: 10.1007/s11015-018-0666-2

Igwemezie V. C., Agu P. C. Development of bainitic steels for engineering applications // International Journal of Engineering Research & Technology. 2014. V. 3, No. 2. P. 2698 – 2711. DOI: 10.17577/IJERTV3IS20656

Авиационные материалы. Т. 1. Конструкционные стали/Под ред. А. Т. Туманова. М.: ОНТИ, 1975. 429 с.

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. Transformations of supercooled austenite in a promising high-strength steel grade under continuous cooling conditions // Metal Science and Heat Treatment. 2017. V. 59, No. 7 – 8. P. 486 – 490. DOI: 10.1007/s11041-017-0176-z

Kop T. A., Sietsma J., Van Der Zwaag S. Dilatometric analysis of phase transformations in hypo-eutectoid steels // Journal of Materials Science. 2001. V. 36. P. 519 – 526. DOI: 10.1023/A:1004805402404

Koistinen D. P., Marburger R. E. A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels // Acta Metallurgica. 1959. V. 7. P. 59 – 60. DOI: 10.1016/0001- 6160(59)90170-1

Edmonds D. V., He K., Rizzo F. C. et al. Quenching and partitioning martensite — A novel steel heat treatment // Materials Science and Engineering A. 2006. V. 438 – 440. P. 25 – 34. DOI: 10.1016/j.msea.2006.02.133

Майсурадзе М. В., Куклина А. А., Лебедев Д. И. и др. Микроструктура и механические свойства авиастроительной стали 30Х2ГСН2ВМ // МиТОМ. 2022. № 8. С. 48 – 56.

Austin J. B., Rickett R. L. Kinetics of the decomposition of austenite at constant temperature // Transactions of American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. 1939. V. 964. P. 1 – 20.

Starink M. J. Kinetic equations for diffusion-controlled precipitation reactions // Journal of Materials Science. 1997. V. 32. P. 4061 – 4070. DOI: 10.1023/A:1018649823542

Bhadeshia H. K. D. H., Honeycombe R. Steels: Microstructure and Properties. Oxford: Elsevier Ltd., 2017. 488 p.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.4.21-33

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024