Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Особенности структурно-фазовых превращений и упрочнения при деформации сдвигом под давлением высокоазотистой стали с аустенитно-ферритной структурой металлической матрицы

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-39-47

Полный текст:

Аннотация

Повышенные антикоррозионные, прочностные, трибологические и физические характеристики – особенности сталей с повышенным содержанием азота. Поиск путей упрочнения высокоазотистых сталей является перспективным направлением современного металловедения. Термические обработки – один из способов упрочнения азотистых сталей за счет дисперсионного твердения нитридными частицами. В работе исследовано влияние кратковременного высокотемпературного старения и больших пластических деформаций, реализуемых методом сдвига под давлением (СД) 8 ГПа на наковальнях Бриджмена (3 оборота наковален со скоростью вращения 0,3 об/мин) при комнатной температуре, на структурно-фазовые превращения и микромеханические свойства высокоазотистой стали 08Х22ГА1,24 со смешанной структурой металлической матрицы γ (аустенит) + a (феррит). Установлено, что старение (0,5 ч) при температуре 650 °С закаленной от 1180 °С стали приводит к формированию смешанной аустенитно-ферритной структуры металлической матрицы в пропорции 50 об. % g и 50 об. % α и выделению протяженных вторичных нитридов хрома Cr2N, образующих совместно с прослойками феррита участки с перлитоподобной структурой. Данные участки обуславливают повышенную микротвердость стали с аустенитно-ферритной структурой матрицы (385±8 HV 0,025) по сравнению с микротвердостью стали, состаренной при температуре 550 °С (0,5 ч) и имеющей аустенитную структуру матрицы, упрочненной вторичными нитридами CrN (364±8 HV 0,025). Деформация СД состаренной при 650 °С (0,5 ч) стали с исходной g+a+Cr2N структурой приводит к g→aʹ превращению и формированию сумбикро- и нанокристаллической структуры. Это вызывает эффективное повышение прочности стали (до 900±29 HV 0,025) и рост сопротивления упругопластическому деформированию по сравнению с состаренным при 550 °С (0,5 ч) состоянием.

Об авторах

Сергей Николаевич Лучко
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)
Россия

младший научный сотрудник лаборатории механических свойств



Алексей Викторович Макаров
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)
Россия

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств



Елена Георгиевна Волкова
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)
Россия

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории механических свойств



Список литературы

1. Rashev T.V., Eliseev A.V., Zhekova L.T., Bogev P.V. High-nitrogen steel // Steel in Translation. 2019. Vol. 49. № 7. P. 433–439. DOI: 10.3103/S0967091219070106.

2. Lang Y.-P., Qu H.-P., Chen H.-T., Weng Y.-Q. Research Progress and Development Tendency of Nitrogen-Alloyed Austenitic Stainless Steels // Journal of Iron and Steel Research International. 2015. Vol. 22. № 2. P. 91–98. DOI: 10.1016/S1006-706X(15)60015-2.

3. Zhang X.Y., Zhou Q., Wang K.H., Peng Y., Ding J.L., Kong J., Williams S. Study on microstructure and tensile properties of high nitrogen Cr-Mn steel processed by CMT wire and arc additive manufacturing // Materials & Design. 2019. Vol. 166. Article number 107611. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107611.

4. Berns H., Gavriljuk V., Riedner S. High interstitial stainless austenitic steels. Berlin: Springer-Verlag, 2013. 170 p. DOI: 10.1007/978-3-642-33701-7.

5. Astafurov S., Astafurova E., Reunova K., Melnikov E., Panchenko M., Moskvina V., Maier G., Rubtsov V., Kolubaev E. Electron-beam additive manufacturing of high-nitrogen steel: Microstructure and tensile properties // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2021. Vol. 826. Article number 141951. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141951.

6. Hänninen H., Romu J., Ilola R., Tervo J., Laitinen A. Effects of processing and manufacturing of high nitrogen-containing stainless steels on their mechanical, corrosion and wear properties // Journal of Materials Processing Technology. 2001. Vol. 117. № 3. P. 424–430. DOI: 10.1016/S0924-0136(01)00804-4.

7. Банных О.А. Экономичные нержавеющие азотистые стали как перспективный заменитель легких сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 7. С. 9–13.

8. Мушникова С.Ю., Костин С.К., Сагарадзе В.В., Катаева Н.В. Структура, свойства и сопротивление коррозионному растрескиванию азотсодержащей аустенитной стали, упрочненной термомеханической обработкой // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 11. С. 1223–1235. DOI: 10.7868/S0015323017110092.

9. Speidel M.O. High Nitrogen Steel 88 // The Institute of Metals. London: Brookfield, 1989. P. 92–96.

10. Speidel M.O., Speidel H.J. Commercial low-nickel and high nitrogen steels // High Nitrogen Steels. Moscow: MISIS, 2009. P. 121–123.

11. Zhao H., Ren Y., Dong J., Yang K. The microstructure and tribological behavior of a pre-cold-deformed 0.90% nitrogen containing stainless steel // Materialwissenschaft und werkstofftechnik. 2018. Vol. 49. № 12. P. 1439–1448. DOI: 10.1002/mawe.201700142.

12. Bannykh I.O., Sevost’yanov M.A., Prutskov M.E. Effect of heat treatment on the mechanical properties and the structure of a high-nitrogen austenitic 02Kh20AG10N4MFB steel // Russian Metallurgy. 2016. № 7. P. 613–618. DOI: 10.1134/S0036029516070065.

13. Unstinovshikov Y., Ruts A., Bannykh O., Blinov V. The microstructure of Fe-18%Cr alloys with high N contents // Acta Materialia. 1996. Vol. 44. № 3. P. 1119–1125. DOI: 10.1016/1359-6454(95)00232-4.

14. Тумбусова И.А., Майер Г.Г., Панченко М.Ю., Москвина В.А., Мельников Е.В., Астафуров С.В., Астафурова Е.Г. Влияние старения на микроструктуру, фазовый состав и микротвердость высокоазотистой аустенитной стали // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2020. № 2. С. 74–81. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-2-74-81.

15. Михно А.С., Панченко М.Ю., Майер Г.Г., Москвина В.А., Мельников Е.В. Астафуров С.В., Астафурова Е.Г. Влияние механизма дисперсионного твердения на закономерности пластической деформации и разрушения ванадийсодержащей высокоазотистой аустенитной стали // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2020. № 2. С. 42–50. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-2-42-50.

16. Макаров А.В., Лучко С.Н., Шабашов В.А., Волкова Е.Г., Осинцева А.Л., Заматовский А.Е., Литвинов А.В., Сагарадзе В.В. Структурно-фазовые превращения и микромеханические свойства высокоазотистой аустенитной стали, деформированной сдвигом под давлением // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 1. С. 55–68.

17. Наркевич Н.А., Шулепов И.А., Миронов Ю.П. Структура, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали после фрикционной обработки // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 4. С. 421–428.

18. Lu K., Lu J. Nanostructured surface layer on metallic materials induced by surface mechanical attrition treatment // Materials science and engineering A-structural materials properties microstructure and processing. 2004. Vol. 375. № SI. P. 38–45. DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.261.

19. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Металлофизические основы наноструктурирующей фрикционной обработки сталей // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. № 3. С. 327–336. DOI: 10.1134/S0015323018120124.

20. Korshunov L.G., Shabashov V.A., Chernenko N.L., Pilyugin V.P. Influence of the stressed state of the zone of friction contact on the formation of the structure of a surface layer and tribological properties of steels and alloys // Physics of Metals and Metallography. 2008. Vol. 105. № 1. P. 64–78. DOI: 10.1134/S0031918X08010079.

21. Шабашов В.А., Сагарадзе В.В., Макаров А.В. Модифицирование структуры высокоазотистых и высокоуглеродистых аустенитных сталей с использованием мегадеформации // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 11. С. 1147–1152. DOI: 10.1134/S0015323018110189.

22. Шабашов В.А., Макаров А.В., Козлов К.А., Сагарадзе В.В., Заматовский А.Е., Волкова Е.Г., Лучко С.Н. Деформационно-индуцированное растворение и выделение нитридов в аустените и феррите высокоазотистой нержавеющей стали // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 2. С. 193–204.

23. Макаров А.В., Лучко С.Н., Волкова Е.Г., Осинцева А.Л., Литвинов А.В. Структура, фазовый состав и микромеханические характеристики высокоазотистой аустенитной стали после высокотемпературного старения и деформации сдвигом под давлением // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2017. № 4. С. 59–66. DOI: 10.18323/2073-5073-2017-4-59-66.

24. Page T.F., Hainsworth S.V. Using nanoindentation techniques for the characterization of coated systems: a critique // Surface and Coatings Technology. 1993. Vol. 61. № 1-3. P. 201–208. DOI: 10.1016/0257-8972(93)90226-E.

25. Petrzhik M.I., Levashov E.A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing // Crystallography Reports. 2007. Vol. 52. № 6. P. 966–974. DOI: 10.1134/S1063774507060065.

26. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Печковский Э.П. Установление предельных значений твердости, упругой деформации и соответствующего напряжения материалов методом автоматического индентирования // Материаловедение. 2008. № 8. 15–21.

27. Cheng Y.T., Cheng C.M. Relationships between hardness, elastic modulus and the work of indentation // Applied Physics Letters. 1998. Vol. 73. № 5. P. 614–616. DOI: 10.1063/1.121873.

28. Mayrhofer P.H., Mitterer C., Musil J. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 174. P. 725–731. DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00576-0.


Для цитирования:


Лучко С.Н., Макаров А.В., Волкова Е.Г. Особенности структурно-фазовых превращений и упрочнения при деформации сдвигом под давлением высокоазотистой стали с аустенитно-ферритной структурой металлической матрицы. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):39-47. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-39-47

For citation:


Luchko S.N., Makarov A.V., Volkova E.G. Specific features of structural-phase transformations and hardening during shear deformation under pressure of high-nitrogen steel with austenitic-ferritic structure of metal matrix. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):39-47. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-39-47

Просмотров: 40


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)