Разупрочнение при нагреве закаленной среднеуглеродистой стали
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RUS: Цель. В работе необходимо провести уточнение механизма разупрочнения при нагреве закаленной на мартенсит углеродистой стали, что имеет важное практическое значение, особенно при разработке технологии производства проката с разным уровнем упрочнения. Методика. Образцы после закалки на мартенсит отпускали при температурах 300–500˚С. Микроструктуру исследовали под электронным микроскопом. Фольги изготавливали методами Больмана и пинцета, в хлорно-уксусном растворе и реактиве Морриса. Искажения второго рода кристаллической решетки определяли по методикам рентгеновского структурного анализа, с использованием дифрактометра. Наклепанный слой металла после шлифования удаляли электролитическим растворением. Временное сопротивление разрушению определяли из диаграмм растяжения образцов при испытаниях на машине типа «Инстрон». Микротвердость измеряли с использованием прибора ПМТ-3, с нагрузкой на индентор 0,49 Н. Результаты. При нагреве до 300˚С закаленной стали эффект разупрочнения связан с темпом снижения накопленной в результате мартенситного превращения плотности дефектов кристаллического строения. Суммарный результат обусловлен развитием рекомбинации дислокаций и упрочнением от появления дополнительных частиц цементита при распаде мартенситных кристаллов. Начиная от температур 400˚С и выше, развитие процессов полигонизации в феррите сопровождается возникновением дополнительных субграниц, которые усиливают эффект упрочнения металла. С ростом температуры нагрева закаленной стали уровень прочностных свойств определяется прогрессирующим разупрочнением от снижения степени пресыщения атомами углерода твердого раствора, плотности дислокаций и увеличения размера частиц цементита над эффектом упрочнения от торможения подвижных дислокаций атомами углерода и возникновения дополнительных субграниц. Научная новизна. Для температур отпуска 300–400 ˚С отсутствие изменения величины искажений второго рода свидетельствует о появлении дополнительного фактора в упрочнении металла от формирования субграниц и дисперсионного упрочнения от карбидных частиц. Практическая значимость. Приведенное объяснение механизма структурных превращений в процессе отпуска в среднем интервале температур закаленной углеродистой стали может быть использовано для оптимизации технологии термического упрочнения проката.
ENG: Purpose. The work is aimed to clarify the softening mechanism during the heating of martensite hardened carbon steel, which is of practical importance, especially in the development of the production technology of rolled products with different levels of hardening. Methodology. The samples after martensite hardening were tempered at the temperatures of 300-500˚С. The microstructure was investigated under the electron microscope. Thin foils were made using the Bolman and tweezer methods in chlorous-acetic solution and Morris reagent. Phase distortions of crystalline lattice were determined by the methods of X-ray structural analysis, using the diffractometer. The cold-worked layer of metal after grinding was removed by electrolytic dissolution. Tensile strength brake of the metal was determined using the tensile diagrams of samples using the Instron type machine. Microhardness was measured using the PMT-3 device with indentation load 0.49 N. Findings. When heating the hardened steel to a temperature of 300˚C, the softening effect is mainly related to the rate of reduction of the accumulated as a result of martensitic transformation, density of the crystalline structure defects. The total result is caused by the development of dislocations recombination and strengthening because of the emergence of additional number of cementite particles during the martensitic crystals decomposition. Starting from the heating temperatures of 400˚C and above, the development of polygonization processes in the ferrite is accompanied by the emergence of additional sub-boundaries, which enhance the effect of metal strengthening. With increase in the heating temperature of the hardened steel, the level of strength properties is determined by the progressive softening from the decrease in carbon atoms saturation degree of the solid solution, dislocations density and increase in the size of cementite particles over the effect of strengthening from hindering of mobile dislocations by carbon atoms and the emergence of additional sub-boundaries. Originality. For the tempering temperature of 300-400˚C, the absence of the phase distortion change indicates the emergence of additional factor in strengthening the metal from the formation of sub-boundaries and the dispersion strengthening from the carbide particles. Practical value. The given explanation of the mechanism of structural transformations in the process of tempering in the average temperature range of the hardened carbon steel can be used to optimize the technology of thermal strengthening of rolled metal.
UKR: Мета. У роботі необхідно провести уточнення механізму пом’якшення при нагріві загартованої на мартенсит вуглецевої сталі, що має важливе практичне значення, особливо при розробці технології виробництва прокату з різним рівнем зміцнення. Методика. Зразки після гартування на мартенсит відпускали при температурах 300–500˚С. Мікроструктуру досліджували під електронним мікроскопом. Фольги виготовляли методами Больмана і Пінцету, в хлорно-оцтовому розчині й реактиві Морріса. Викривлення другого роду кристалічної решітки визначали за методиками рентгенівського структурного аналізу з використанням дифрактометра. Наклепаний шар металу після шліфування видаляли електролітичним розчиненням. Тимчасовий опір руйнуванню визначали з діаграм розтягання зразків на машині типу «Інстрон». Мікротвердість вимірювали з використанням приладу ПМТ-3, з навантаженням на индентор 0,49 Н. Результати. При нагріванні до температури 300 ˚С загартованої сталі ефект пом’якшення пов’язаний з темпом зниження накопиченої в результаті мартенситного перетворення щільності дефектів кристалічної будови. Сумарний результат обумовлений розвитком рекомбінації дислокацій та пом’якшенням від появи додаткових частинок цементиту при розпаді мартенситних кристалів. Починаючи від температур нагріву 400 ˚С і вище, розвиток процесів полігонізації у фериті супроводжується виникненням додаткових субмеж, які підсилюють ефект зміцнення металу. З підвищенням температури нагріву загартованої сталі рівень міцності властивостей визначається прогресуючим пом’якшенням від зниження ступеня пересичення атомами вуглецю твердого розчину, густини дислокацій і збільшення розміру частинок цементиту над ефектом зміцнення від гальмування рухомих дислокацій атомами вуглецю та виникнення додаткових субмеж. Наукова новизна. Для температур відпуску 300–400 ˚С відсутність зміни спотворень другого роду свідчить про появу додаткового фактора в зміцненні металу від формування субмеж і дисперсійного зміцнення від карбідних частинок. Практична значимість. Наведене пояснення механізму структурних перетворень в процесі відпуску в середньому інтервалі температур загартованої вуглецевої сталі може бути використано для оптимізації технології термічного зміцнення прокату.
ENG: Purpose. The work is aimed to clarify the softening mechanism during the heating of martensite hardened carbon steel, which is of practical importance, especially in the development of the production technology of rolled products with different levels of hardening. Methodology. The samples after martensite hardening were tempered at the temperatures of 300-500˚С. The microstructure was investigated under the electron microscope. Thin foils were made using the Bolman and tweezer methods in chlorous-acetic solution and Morris reagent. Phase distortions of crystalline lattice were determined by the methods of X-ray structural analysis, using the diffractometer. The cold-worked layer of metal after grinding was removed by electrolytic dissolution. Tensile strength brake of the metal was determined using the tensile diagrams of samples using the Instron type machine. Microhardness was measured using the PMT-3 device with indentation load 0.49 N. Findings. When heating the hardened steel to a temperature of 300˚C, the softening effect is mainly related to the rate of reduction of the accumulated as a result of martensitic transformation, density of the crystalline structure defects. The total result is caused by the development of dislocations recombination and strengthening because of the emergence of additional number of cementite particles during the martensitic crystals decomposition. Starting from the heating temperatures of 400˚C and above, the development of polygonization processes in the ferrite is accompanied by the emergence of additional sub-boundaries, which enhance the effect of metal strengthening. With increase in the heating temperature of the hardened steel, the level of strength properties is determined by the progressive softening from the decrease in carbon atoms saturation degree of the solid solution, dislocations density and increase in the size of cementite particles over the effect of strengthening from hindering of mobile dislocations by carbon atoms and the emergence of additional sub-boundaries. Originality. For the tempering temperature of 300-400˚C, the absence of the phase distortion change indicates the emergence of additional factor in strengthening the metal from the formation of sub-boundaries and the dispersion strengthening from the carbide particles. Practical value. The given explanation of the mechanism of structural transformations in the process of tempering in the average temperature range of the hardened carbon steel can be used to optimize the technology of thermal strengthening of rolled metal.
UKR: Мета. У роботі необхідно провести уточнення механізму пом’якшення при нагріві загартованої на мартенсит вуглецевої сталі, що має важливе практичне значення, особливо при розробці технології виробництва прокату з різним рівнем зміцнення. Методика. Зразки після гартування на мартенсит відпускали при температурах 300–500˚С. Мікроструктуру досліджували під електронним мікроскопом. Фольги виготовляли методами Больмана і Пінцету, в хлорно-оцтовому розчині й реактиві Морріса. Викривлення другого роду кристалічної решітки визначали за методиками рентгенівського структурного аналізу з використанням дифрактометра. Наклепаний шар металу після шліфування видаляли електролітичним розчиненням. Тимчасовий опір руйнуванню визначали з діаграм розтягання зразків на машині типу «Інстрон». Мікротвердість вимірювали з використанням приладу ПМТ-3, з навантаженням на индентор 0,49 Н. Результати. При нагріванні до температури 300 ˚С загартованої сталі ефект пом’якшення пов’язаний з темпом зниження накопиченої в результаті мартенситного перетворення щільності дефектів кристалічної будови. Сумарний результат обумовлений розвитком рекомбінації дислокацій та пом’якшенням від появи додаткових частинок цементиту при розпаді мартенситних кристалів. Починаючи від температур нагріву 400 ˚С і вище, розвиток процесів полігонізації у фериті супроводжується виникненням додаткових субмеж, які підсилюють ефект зміцнення металу. З підвищенням температури нагріву загартованої сталі рівень міцності властивостей визначається прогресуючим пом’якшенням від зниження ступеня пересичення атомами вуглецю твердого розчину, густини дислокацій і збільшення розміру частинок цементиту над ефектом зміцнення від гальмування рухомих дислокацій атомами вуглецю та виникнення додаткових субмеж. Наукова новизна. Для температур відпуску 300–400 ˚С відсутність зміни спотворень другого роду свідчить про появу додаткового фактора в зміцненні металу від формування субмеж і дисперсійного зміцнення від карбідних частинок. Практична значимість. Наведене пояснення механізму структурних перетворень в процесі відпуску в середньому інтервалі температур загартованої вуглецевої сталі може бути використано для оптимізації технології термічного зміцнення прокату.
Description
И. Вакуленко: ORCID 0000-0002-7353-1916, С. Пройдак: ORCID 0000-0003-2439-3657, Л. Вакуленко: ORCID 0000-0003-2616-740X, Н. Грищенко: ORCID 0000-0002-0091-1387
Keywords
микроструктура, мартенсит, цементит, субграницы, закалка, разупрочнение, microstructure, martensite, cementite, sub-boundaries, hardening, softening, мікроструктура, субмежі, гартування, пом’якшення, КПММ
Citation
Разупрочнение при нагреве закаленной среднеуглеродистой стали / И. А. Вакуленко, С. В. Пройдак, Л. И. Вакуленко, Н. А. Грищенко // Наука та прогрес транспорту. – 2019. – № 1 (79). – URL: http://stp.diit.edu.ua/article/view/160163/162285.