Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Методика прогнозирования микроструктуры сталей после изотермической закалки при температуре ниже Мн

Михаил Васильевич Майсурадзе, Максим Александрович Рыжков, Александра Александровна Куклина, Евгений Владимирович Антаков, Вера Вячеславовна Назарова

Аннотация


Предложена усовершенствованная методика прогнозирования количества структурных составляющих, формирующихся в легированных сталях при изотермической и ступенчатой закалке в температурной области мартенситного превращения. Проведены дилатометрические исследования ряда машиностроительных сталей. Установлена температурная зависимость коэффициента n уравнения Остина-Риккета, описывающего кинетику изотермического бейнитного превращения при температуре ниже Мн . Разработана методика, учитывающая условие равновесия α- и γ-фаз. На примере стали 20Х2Г2СНМА показано, что предложенная методика позволяет в несколько раз повысить адекватность прогнозирования по сравнению с методикой, широко используемой в настоящее время.


Ключевые слова


сталь; изотермическая закалка; ступенчатая закалка; остаточный аустенит; методика; численное моделирование; бейнит; мартенсит

Полный текст:

PDF

Литература


Mishra S., Dalai R. Effect of quenching and partitioning treatment on low carbon medium manganese alloyed steels — A short review // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 43, Is. 1. P. 593 – 596. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.12.107

Liu X., Han Y., Wei J. Effect of tempering temperature on microstructure and mechanical properties of a low carbon bainitic steel treated by quenching-partitioning-tempering (QPT) process // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 23. P. 911 – 918. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.01.061

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A. Thermal stabilization of austenite during quenching and partitioning of austenite for automotive steels // Metallurgist. 2018. V. 62, Is. 3 – 4. P. 337 – 347. DOI: 10.1007/s11015-018-0666-2

Ståhlkrantz A., Hedström P., Sarius N. Influence of austempering conditions on hardness and microstructure of bainite in low-alloyed steel // Metall. Mater. Trans. A. 2024. V. 55. P. 209 – 217. DOI: 10.1007/s11661-023-07243-1

Su Y., Yang S., Yu X. F. Effect of austempering temperature on microstructure and mechanical properties of M50 bearing steel // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 20. P. 4576 – 4584. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.09.002

Baradari S., Boutorabi S. M. Effects of isothermal transformation conditions on the microstructure and hardness values of a high-carbon Al – Si alloyed steel // Mater. Des. 2015. V. 86. P. 603 – 609. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.07.151

Zhu J. G., Sun X., Barber G. C. Bainite transformation-kinetics-microstructure characterization of austempered 4140 steel // Metals. 2020. V. 10, Is. 2. Art. 236. DOI: 10.3390/met10020236

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, Is. 7 – 8. P. 849 – 858. DOI: 10.1007/s11015-019-00899-4

Li W., Gao H., Li Z. Effect of lower bainite/martensite/retained austenite triplex microstructure on the mechanical properties of a low-carbon steel with quenching and partitioning process // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2016. V. 23. P. 303 – 313. DOI: 10.1007/s12613-016-1239-7

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

Speer J. G., Edmonds D. V., Rizzo F. C. Partitioning of carbon from supersaturated plates of ferrite, with application to steel processing and fundamentals of the bainite transformation // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2004. V. 8, Is. 3 – 4. P. 219 – 237. DOI: 10.1016/j.cossms.2004.09.003

Kang S., Kim K., Son Y. Application of the quenching and partitioning (Q&P) process to D6AC steel // ISIJ Int. 2016. V. 56, Is. 11. P. 2057 – 2061. DOI: 10.2355/isijinternational. ISIJINT-2016-257

Kaar S., Schneider R., Krizan D. Influence of the quenching and partitioning process on the transformation kinetics and hardness in a lean medium manganese TRIP steel // Metals. 2019. V. 9, Is. 3. Art. 353. DOI: 10.3390/met9030353

Maisuradze M. V., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. Formation of microstructure and properties during isothermal treatment of aircraft building steel // Metallurgist. 2022. V. 65, Is. 9 – 10. P. 1008 – 1019. DOI: 10.1007/s11015-022-01241-1

Chen B., Liang J., Kang T. A study of the optimum quenching temperature of steels with various hot rolling microstructures after cold rolling, quenching and partitioning treatment // Metals. 2018. V. 8, Is. 8. Art. 579. DOI: 10.3390/met8080579

Kaar S. et al. On competing reactions and austenite stabilization: Advanced model for exact microstructural prediction in Q&P steels with elevated Mn-content // Materialia. 2022. V. 26. Art. 101584. DOI: 10.1016/j.mtla.2022.101584

Li L. et al. Modified quenching temperature selection method for partial austenitization quenching and partitioning steel // Mater. Res. Express. 2018. V. 5, Is. 6. Art. 066553. DOI: 10.1088/2053-1591/aacd1a

Li Y., Chen S., Wang C. Modeling retained austenite in Q&P steels accounting for the bainitic transformation and correction of its mismatch on optimal conditions // Acta Mater. 2020. V. 188. P. 528 – 538. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.02.033

Zhang J., Dai Z., Zeng L. Revealing carbide precipitation effects and their mechanisms during quenching-partitioning-tempering of a high carbon steel: Experiments and Modeling // Acta Mater. 2021. V. 217. Art. 117176. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117176

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

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

Tanaka S., Shirahata H., Shigesato G. Carbon enrichment of austenite during ferrite – bainite transformation in low-alloy-steel // ISIJ Int. 2023. V. 63, Is. 3. P. 543 – 552. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022 – 392

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Lebedev D. I. Thermokinetic diagrams of transformations in supercooled austenite in alloyed steels // Steel in Translation. 2023. V. 53, Is. 6. P. 562 – 570. DOI: 10.3103/S0967091223060098

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

Maisuradze M. V., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. Computer simulation and experimental study of isothermal bainitic transformation in alloy steels // Met. Sci. Heat Treat. 2020. V. 62, Is. 7 – 8. P. 479 – 486. DOI: 10.1007/s11041-020-00588-z

Maisuradze M. V., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. A novel approach for analytical description of the isothermal bainite transformation in alloyed steels // Mater. Perform. Charact. 2019. V. 8, Is. 2. P. 80 – 95. DOI: 10.1520/MPC20170168

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

Куркин А. С. Исследование кинетики фазовых превращений легированной стали методами математического моделирования // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85, № 12. С. 25 – 32. DOI: 10.26896/ 1028-6861-2019-85-12-25-32

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Lebedev D. I. Analysis of the kinetics of isothermal bainitic transformation in alloy steels // Met. Sci. Heat Treat. 2023. V. 65. Is. 7 – 8. P. 474 – 484. DOI: 10.1007/s11041-023-00958-3

Lin S., Borgenstam A., Stark A. Effect of Si on bainitic transformation kinetics in steels explained by carbon partitioning, carbide formation, dislocation densities, and thermodynamic conditions // Mater. Charact. 2022. V. 185. Art. 111774. DOI: 10.1016/j.matchar.2022.111774

Foster D., Paladugu M., Hughes J. Formation of lower bainite in a high carbon steel — an in-situ synchrotron XRD study // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 18. P. 5380 – 5393. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.025

Jacob A., Schuscha B., Retzl P. Thermodynamic prediction of the impact of carbon on bainite formation, including the BCT transformation // J. Phase Equilibria Diffus. 2023. V. 44. P. 729 – 737. DOI: 10.1007/s11669-023-01067-7

Юрьев С. Ф. О роли термического расширения фаз при мартенситном превращении стали // ЖТФ. 1950. Т. 20, № 5. С. 546 – 570.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.7.3-12

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025