Special Features of the Formation of the Microstructure of the 09g2s Steel under Conditions of Cold and Warm Equal-Channel Angular Pressing

A. V. Makarov; S. P. Yakovleva; E. G. Volkova; S. N. Makharova; P. G. Mordovskoy

doi:10.17804/2410-9908.2016.6.039-047

A. V. Makarov, S. P. Yakovleva, E. G. Volkova, S. N. Makharova, P. G. Mordovskoy

SPECIAL FEATURES OF THE FORMATION OF THE MICROSTRUCTURE OF THE 09G2S STEEL UNDER CONDITIONS OF COLD AND WARM EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING

DOI: 10.17804/2410-9908.2016.6.039-047

Translucent electron microscopy is used to make a comparative analysis of the microstructure of the 09G2S steel in the initial state, after equal-channel angular pressing (ECAP) at 20 °C and after warm ECAP at 450 °C. The effect of ECAP at 20 °C leads to the formation of a mixed (subgranular and cellular) ferrite structure and the destruction of pearlite colonies. There occur the crushing and spheroidization of cementite particles. Warm ECAP deformation at 450 °C contributes to the formation of a polygonized structure with submicron scale elements in ferrite. In the main, the pearlite colonies undergo insignificant changes, and there are individual sections with destroyed pearlite colonies and severe dispersion of cementite. The mechanical properties of the steel in three examined structural states are presented.

Keywords: low-carbon steel, microstructure, equal-channel angular pressing, electron microscopy, mechanical properties

References:

Valiev R.Z., Aleksandrov I.V. Obyomnye nanostrukturnye metallicheskie materialy [Bulk Nanostructured Metal Materials]. Moscow, Akademkniga Publ., 2007, 398 p. ISBN 978-5-94628-217-8. (In Russian).
Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure. Acta Materialia, 2000, vol. 48, iss. 1, pp. 1–29. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00285-2.
Andrievskii R.A., Glezer A.M. Strength of nanostructures. Physics-Uspekhi, 2009, vol. 52, no. 4, pp. 315–334. DOI: 10.3367/UFNe.0179.200904a.0337.
Makarov A.V., Savrai R.A., Malygina I.Yu., Pozdeeva N.A. Effect of strengthening friction treatment on the mechanical properties and specific features of the deformation of low-carbon steel under static and cyclic loading. Fizika i khimiya obrabotki materialov, 2009, no. 1. pp. 92–102. (In Russian).
Makarov A.V., Savrai R.A., Gorkunov E.S., Yurovskikh A.S., Malygina I.Yu., Davydova N.A. Structure, mechanical characteristics, and deformation and fractures of quenched structural steel under static and cyclic loading after combined strain-heat nanostructuring treatment. Physical Mesomechanics, 2015, vol. 18, no. 1, pp. 43–57. DOI: 10.1134/S1029959915010063.
Noskova N.I., Mulyukov R.R. Submikrokristallicheskie i nanokristallicheskie metally i splavy [Submicrocrystalline and Nanocrystalline Metals and Alloys]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2003, 279 p. (In Russian).
Rudskoi A.I. Kodzhaspirov G.E. Ultramelkozernistye metallicheskie materialy [Ultra-Finely Dispersed Metal Materials]. SPb., Izd-vo Politekhn. un-ta Publ., 2015, 360 p. (In Russian).
Degtyarev M.V., Chashchukhina T.I., Voronova L.M. Grain Growth in Dynamically Recrystallized Copper During Annealing above and below the Temperature of Thermally Activated Nucleation. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2016, iss. 5, pp. 15–29. DOI: 10.17804/2410-9908.2016.5.015-029. Available at: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_5_2016_Degtyarev_M.V._et_al._015_029.pdf.
Makarov A.V., Pozdeeva N.A., Savrai R.A., Yurovskikh A.S., Malygina I.Yu. Improvement of wear resistance of hardened structural steel by nanostructuring frictional treatment. Journal of Friction and Wear, 2012, vol. 33, no. 6, pp. 433–442. DOI: 10.3103/S10683666120600.
Makarov A.V., Davydova N.A., Malygina I.Y., Lyzhin V.V., Korshunov L. G. Improving the thermal stability and heat wear resistance of carburized chromium-nickel steel by nanostructuring frictional treatment. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2016, iss. 5, pp. 49–66. DOI: 10.17804/2410-9908.2016.5.049-066. Available at: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_5_2016_Makarov_A.V._et_al._049_066.pdf.
Yakovleva S.P., Makharova S.N., Mordovskoi P.G., Borisova M.Z. Effect of the conditions of bulk nanostructuring by megaplastic deformation on the properties of structural steel. Perspektivnye materialy, 2011, no. 13, pp. 961–967. (In Russian).
Yakovleva S.P., Makharova S.N., Mordovskoi P.G. Effect of combined megaplastic deformation on the structure and properties of steel 09G2S. Obrabotka metallov, 2016, no. 1 (70), pp. 52–56. (In Russian).
Astafurova E.G., Zakharova G.G., Naydenkin E.V., Dobatkin S.V., Raab G.I. Influence of equal-channel angular pressing on the structure and mechanical properties of low-carbon steel 10G2FT. The Physics of Metals and Metallography, 2010, vol. 110, no. 3, pp. 260–268. DOI: 10.1134/S0031918X10090097.
Sestri Sh.M.L., Dobatkin S.V., Sidorova S.V. Formation of a submicrocrystalline structure in steel 10G2FT under cold equal-channel angular pressing followed by heating. Metally, 2004, no. 2, pp. 28–35. (In Russian).
Dobatkin S.V., Odessky P.D., Pippan R., Raab G.I., Krasilnikov N.A., Arsenkin A.M. Warm and hot equal-channel angular pressing of low-carbon steels. Metally, 2004, no. 1, pp. 110–119. (In Russian).
Tereshchenko N.A., Yakovleva I.L., Chukin M.V., Efimova Y.Y. Development of the rotational mode of plastic deformation upon drawing of pearlitic steels of various alloying systems. The Physics of Metals and Metallography, 2015, vol. 116, no. 3, pp. 274–284. DOI: 10.1134/S0031918X15030151.
Gavrilyuk V.G. Raspredelenie ugleroda v stali [Distribution of Carbon in Steel]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1987, 208 p. (In Russian).
Dobatkin S.V., Kaputkina L.M. Maps of structural states for the optimization of hot-working regimes of steels. The Physics of Metals and Metallography, 2001, vol. 91, no. 1, pp. 75–84.
Zakharova G.G., Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Naydenkin E.V., Raab G.I., Dobatkin S.V. Mechanical properties of ferritic-pearlitic and martensitic steel 10G2FT after equal-channel angular pressing and high-temperature annealings. Izvestiya vysshykh uchebnykh zavedeniy. Fizika, 2011, no. 4, pp. 23–28. (In Russian).

$Fig. 2. Electron micrograph of the structure of steel of 09G2S after ECAP at a temperature 20 of °C, 2 cycle: (a) ferrite grains, bright-field image; electron diffraction pattern; (c) the remainders of the pearlite colony, bright-field image; (d) electron diffraction pattern; (e) dark-field image in the reflex of the cementite$ $Fig. 3. Electron miсrograph of the structure of steel of 09G2S after ECAP at a temperature 450 C, 4 cycle: (a) ferrite grains, bright-field image, (b) electron diffraction pattern, (c) the pearlite colony, common form, bright-field image, (g) the dark-field image of the destroyed pearlite colony in the reflex of the cementite$

А.В. Макаров, С.П. Яковлева, Е.Г. Волкова, С.Н. Махарова, П.Г. Мордовской

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛИ 09Г2С В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО И ТЕПЛОГО РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ

В настоящей работе с использованием просвечивающей электронной микроскопии проведен сравнительный анализ микроструктуры стали 09Г2С в исходном состоянии, после холодного равноканального углового прессования (РКУП) при 20 °С и после теплого РКУП при 450 °С. Воздействие методом РКУП при 20 °С приводит к формированию смешанной (субзеренной и ячеистой) структуры феррита и разрушению перлитных колоний. Происходит измельчение и сфероидизация цементитных частиц. Теплая деформация РКУП при 450 °С способствует формированию полигонизированной структуры с элементами субмикронного масштаба в феррите. Перлитные колонии в основном претерпевают незначительные изменения, наблюдаются также и отдельные участки с разрушенными колониями перлита и сильным диспергированием цементита. Представлены механические свойства стали в трех рассмотренных структурных состояниях.

Ключевые слова: низколегированная сталь, микроструктура, равноканальное угловое прессование, электронная микроскопия, механические свойства

Библиография:

Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. – М. : Академкнига, 2007. – 398 с.
Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48, iss. 1. – P. 1–29. – DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00285-2.
Andrievskii R. A., Glezer A. M. Strength of nanostructures // Physics-Uspekhi. – 2009. – Vol. 52, no. 4. – P. 315–334. – DOI: 10.3367/UFNe.0179.200904a.0337.
Влияние упрочняющей фрикционной обработки на механические свойства и особенности деформирования при статическом и циклическом нагружении низкоуглеродистой стали / А. В. Макаров, Р. А. Саврай, И. Ю. Малыгина, Н. А. Поздеева // Физика и химия обработки материалов. – 2009, № 1. – С. 92–102.
Structure, mechanical characteristics, and deformation and fractures of quenched structural steel under static and cyclic loading after combined strain-heat nanostructuring treatment / A. V. Makarov, R. A. Savrai, E. S. Gorkunov, A. S. Yurovskikh, I. Yu. Malygina, N. A. Davydova // Physical Mesomechanics. – 2015. – Vol. 18, no. 1. – P. 43–57. – DOI: 10.1134/S1029959915010063.
Носкова Н. И., Мулюков Р. Р. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. – Екатеринбург : УрО РАН, 2003. – 279 с.
Рудской А. И., Коджаспиров Г. Е. Ультрамелкозернистые металлические материалы. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2015. – 360 с.
Degtyarev M. V., Chashchukhina T. I., Voronova L. M. Grain Growth in Dynamically Recrystallized Copper During Annealing above and below the Temperature of Thermally Activated Nucleation // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2016. – Iss. 5. – P. 15–29. – DOI: 10.17804/2410-9908.2016.5.015-029. – URL: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_5_2016_Degtyarev_M.V._et_al._015_029.pdf.
Improvement of wear resistance of hardened structural steel by nanostructuring frictional treatment / A. V. Makarov, N. A. Pozdeeva, R. A. Savrai, A. S. Yurovskikh, I. Yu. Malygina // Journal of Friction and Wear. – 2012. – Vol. 33, no. 6. – P. 433–442. – DOI: 10.3103/S10683666120600.
Improving the thermal stability and heat wear resistance of carburized chromium-nickel steel by nanostructuring frictional treatment / A. V. Makarov, N. A. Davydova, I. Y. Malygina, V. V. Lyzhin, L. G. Korshunov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2016. – Iss. 5. – P. 49–66. – DOI: 10.17804/2410-9908.2016.5.049-066. – URL: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_5_2016_Makarov_A.V._et_al._049_066.pdf.
Влияние режимов объемного наноструктурирования мегапластической деформацией на свойства конструкционной стали / С. П. Яковлева, С. Н. Махарова, П. Г. Мордовской, М. З. Борисова // Перспективные материалы. – 2011. – № 13. – С. 961–967.
Яковлева С. П., Махарова С. Н., Мордовской П. Г. Влияние комбинированной мегапластической деформации на структуру и свойства стали 09Г2С // Обработка металлов. – 2016. – № 1 (70). – С. 52–56.
Influence of equal-channel angular pressing on the structure and mechanical properties of low-carbon steel 10G2FT / E. G. Astafurova, G. G. Zakharova, E. V. Naydenkin, S. V. Dobatkin, G. I. Raab // The Physics of Metals and Metallography. – 2010. – Vol. 110, no. 3. – P. 275–284. – DOI: 10.1134/S0031918X10090097.
Сэстри Ш. М. Л., Добаткин С. В., Сидорова С. В. Формирование субмикрокристаллической структуры в стали 10Г2ФТ при холодном равноканальном угловом прессовании и последующем нагреве // Металлы. – 2004. – № 2. – С. 28–35.
Теплое и горячее равноканальное угловое прессование низкоуглеродистых сталей / С. В. Добаткин, П. Д. Одесский, Р. Пиппан, Г. И. Рааб, Н. А. Красильников, А. М. Арсенкин // Металлы. – 2004. – № 1. – С. 110–119.
Development of the rotational mode of plastic deformation upon drawing of pearlitic steels of various alloying system / N. A. Tereshchenko, I. L. Yakovleva, M. V. Chukin, Y. Y. Efimova // The Physics of Metals and Metallography. – 2015. – Vol. 116, no. 3. – P. 289–299. – DOI: 10.1134/S0031918X15030151.
Гаврилюк В. Г. Распределение углерода в стали. – Киев : Наукова думка, 1987. – 208 с.
Dobatkin S. V., Kaputkina L. M. Maps of structural states for the optimization of hot-working regimes of steels // The Physics of Metals and Metallography. – 2001. – Vol. 91, no. 1. – P. 75–84.
Механические свойства феррито-перлитной и мартенситной стали 10Г2ФТ после равноканального углового прессования и высокотемпературных отжигов / Г. Г. Захарова, Е. Г. Астафурова, М. С. Тукеева, Е. В. Найденкин, Г. И. Рааб, С. В. Добаткин // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2011. – № 4. – С. 23–28.

Библиографическая ссылка на статью

Special Features of the Formation of the Microstructure of the 09g2s Steel under Conditions of Cold and Warm Equal-Channel Angular Pressing / A. V. Makarov, S. P. Yakovleva, E. G. Volkova, S. N. Makharova, P. G. Mordovskoy // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2016. - Iss. 6. - P. 39-47. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2016.6.039-047. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_112.html
(accessed: 30.12.2024).