А. V. Kuzmina, V. A. Khotinov
EVALUATION OF THE STRENGTHENING COMPONENTS IN 0.4%С–1.3%Mn–0.1%V STEEL AFTER QUENCHING AND HIGH TEMPERATURE TEMPERING
DOI: 10.17804/2410-9908.2024.1.011-017 Transmission electron microscopy (TEM), electron backscatter diffraction (EBSD), and X-ray diffraction analysis are used to monitor the evolution of the microstructure of a microalloyed medium-carbon steel and to evaluate quantitatively the strengthening components and their relative contribution to the yield strength of this steel quenched and tempered at 650 °C. As the duration of isothermal tempering ttem increases from 2 to 3000 min, the steel softens in two stages: a sharp drop of the strength properties, ~100 MPa/min, at stage I (ttem ≤ 8 min) is followed by weak softening, ~0.1 MPa/min at stage II (ttem ≥ 64 min). It is shown that the main contribution (q ~ 80%) to the yield strength of the steel is made by the combined effect of the dislocation and grain-boundary (due to the lath boundaries) strengthening mechanisms at the first stage of martensite tempering, and by subgrain strengthening at the second stage of tempering.
Acknowledgement: The work was financially supported by the Russian Ministry of Science and Higher Education (the Program of Development of the Ural Federal University within the Priority-2030 Program). The equipment of UrFU’s shared research facilities was used in the testing. Keywords: medium-carbon steels, martensite, tempering, softening, strength properties, strengthening components, dislocation density, carbides, substructure References:
- Kurdyumov, V.G., Utevskiy, L.M., and Entin, R.I. Prevrashcheniya v zheleze i stali [Transformations in Iron and Steel]. Nauka Publ., Moscow, 1977, 236 p. (In Russian).
- Shchastlivtsev, V.M., Mirzaev, D.A., and Yakovleva, I.V. Struktura termicheski obrabotannoy stali [The Structure of Heat-Treated Steel]. Metallurgiya Publ., Moscow, 1994, 288 p. (In Russian).
- Goldsteyn, M.I., Grachev, S.V., and Veksler, Yu.G. Spetsialnye stali [Special Steels]. MISiS Publ., Moscow, 1999, 408 p. (In Russian).
- Jiang, B., Wu, M., Zhang, M., Zhao, F., Zhao, Z., and Liu, Y. Microstructural characterization, strengthening and toughening mechanisms of a quenched and tempered steel: effect of heat treatment parameters. Materials Science and Engineering: A, 2017, 707, 306–314. DOI: 10.1016/j.msea.2017.09.062.
- Liu, F., Chen, K., Kang, C., Jiang, Z., and Ding, S. Effects of V–Nb microalloying on the microstructure and properties of spring steel under different quenching-tempering times. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 19, 779–793. DOI: 1016/j.jmrt.2022.05.043.
- Tkachev, E., Borisov, S., Belyakov, A., Kniaziuk, T., Vagina, O., Gaidar, S., and Kaibyshev, R. Effect of quenching and tempering on structure and mechanical properties of a low-alloy 0.25C steel. Materials Science and Engineering: A, 2023, 868, 144757. DOI: 10.1016/j.msea.2023.144757.
- Farber, V.M., Belenkiy, B.Z., and Goldshteyn, M.I. Evaluating the strength of low carbon low alloy steels from structural data. Fizika Metallov i Metallovedenie, 1975, 39 (2), 403–409. (In Russian).
А. В. Кузьмина, В. А. Хотинов
ОЦЕНКА КОМПОНЕНТ УПРОЧНЕНИЯ В СТАЛИ 38Г2Ф ПОСЛЕ ТЕРМОУЛУЧШЕНИЯ
Методами просвечивающей электронной микроскопии, дифракции обратно рассеянных электронов и рентгеноструктурного анализа прослежена эволюция микроструктуры стали 38Г2Ф и проведена количественная оценка компонент упрочнения и их относительного вклада в предел текучести данной стали после закалки и отпуска при 650 °C. Разупрочнение стали при увеличении продолжительности изотермического отпуска tотп от 2 до 3000 минут происходит в две стадии: интенсивный темп падения прочностных свойств Ds/Dtотп ~ 100 МПа/мин на I стадии (tотп ≤ 8 мин) сменяется слабым разупрочнением Ds/Dtотп ~ 0,1 МПа/мин на II стадии (tотп ≥ 64 мин). Показано, что основной вклад (q ~ 80 %) в предел текучести стали 38Г2Ф на I стадии отпуска мартенсита вносит совокупное действие дислокационного и зернограничного (за счет границ реек) механизмов упрочнения, а на II стадии отпуска – субзеренное упрочнение.
Благодарность: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего обра-зования Российской Федерации (Программа развития Уральского федерального универси-тета в рамках программы «Приоритет‐2030»). Испытания проведены с использованием оборудования ЦКП УрФУ. Ключевые слова: среднеуглеродистые стали, мартенсит, разупрочнение при отпуске, прочностные свойства, компоненты упрочнения, плотность дислокаций, карбиды, субструктура Библиография:
- Курдюмов В. Г., Утевский Л. М., Энтин Р. И. Превращения в железе и стали. – М. : Наука, 1977. – 238 с.
- Счастливцев В. М., Мирзаев Д. А., Яковлева И. Л. Структура термически обработанной стали. – М. : Металлургия, 1994. – 288 с.
- Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. – М. : МИСиС, 1999. – 408 с.
- Microstructural characterization, strengthening and toughening mechanisms of a quenched and tempered steel: effect of heat treatment parameters / B. Jiang, M. Wu, M. Zhang, F. Zhao, Z. Zhao, Y. Liu // Materials Science and Engineering: A. – 2017. – Vol. 707. – P. 306–314. – DOI: 10.1016/j.msea.2017.09.062.
- Effects of V–Nb microalloying on the microstructure and properties of spring steel under different quenching-tempering times / F. Liu, K. Chen, C. Kang, Z. Jiang, S. Ding // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 779–793. – DOI: 1016/j.jmrt.2022.05.043.
- Effect of quenching and tempering on structure and mechanical properties of a low-alloy 0.25C steel / E. Tkachev, S. Borisov, A. Belyakov, T. Kniaziuk, O. Vagina, S. Gaidar, R. Kaibyshev // Materials Science and Engineering: A. – 2023. – Vol. 868. – P. 144757. – DOI: 1016/j.msea.2023.144757.
- Фарбер В. М., Беленький Б. З., Гольдштейн М. И. Оценка прочности малоуглеродистых низколегированных сталей по структурным данным // ФММ. – 1975. – Т. 39, № 2. – С. 403–409.
Библиографическая ссылка на статью
Kuzmina А. V., Khotinov V. A. Evaluation of the Strengthening Components in 0.4%С–1.3%mn–0.1%v Steel after Quenching and High Temperature Tempering // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2024. - Iss. 1. - P. 11-17. - DOI: 10.17804/2410-9908.2024.1.011-017. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_429.html (accessed: 03.04.2025).
|
