ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Рассмотрены структурно-фазовое состояние, дюрометрия, металлография образцов, вырезанных из плоского листового проката стали марки 20, подвергнутых пластической деформации на растяжение. Часть образцов перед растяжением была подвергнута поверхностному упрочнению методом химико-термической обработки (ХТО), вторая часть – термической обработке (ТО). Оба метода обработки осуществляли при одном и том же температурном режиме (850 °С с выдержкой 180 мин). При этом для рассматриваемого материала не ставили задачу изменения механических свойств при термической обработке. Микроструктуру исследовали в направлениях вдоль и поперек направления прокатки. Исследовали влияние термической и химико-термической обработок на показатели статической прочности и ударной вязкости образцов после соответствующих процессов. При пластической деформации растяжения толщина диффузионного слоя не изменяется за исключением области, находящейся в зоне разрушения: толщина диффузионного слоя несколько увеличивается, но сам слой при этом уже представляет конгломерат раздробленных осколков боридных игл, тем не менее достаточно прочно связанных с матричным материалом. Показано, что пластическая деформация приводит к росту анизотропии зерна в направлении действия сил, а также при пластической деформации происходит его измельчение путем дробления чрезмерно вытянутых включений на более мелкие фрагменты в направлении, перпендикулярном действию деформирующей силы. Проведенные измерения анизотропии зерна показывают, что в обоих случаях она близка к единице (0,99 при ХТО и 1,02 при ТО), что позволяет говорить о том, что в обоих случаях наблюдаются равноосные зерна, по форме близкие к глобулярной. Сравнение микроструктуры сердцевины образцов (борированного и не борированного), претерпевших идентичное термическое воздействие, показало, что микроструктура сердцевины рассматриваемых образцов абсолютно идентична: совпадают как фазовый состав, так и структурное состояние.

1. Каллистер У.Д. мл. Материаловедение: от тех-нологии к применению (металлы, керамики, поли-меры (пер. с англ. под ред. Малкина А.Я.). Изд-во «Научные основы и технологии»: 2011:896.

2. Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.-P. The Calculation of TTT and CCT diagrams for General Steels. JOM. 2003:55(12):60.

3. Trzaska J., Jagiełło A.S., Dobrzański L.A. The calcu-lation of CCT diagrams for engineering steels. Ar-chives of materials science and engineering. 2009;39:13–20.

4. Collins J., Piemonte M., Taylor M., Fellowes J., Pick-ering E., Rapid A. Open-Source CCT Predictor for Low Alloy Steels, and Its Application to Composi-tionally Heterogeneous Material. Мetals. 2023;13:1168. https://doi.org/10.3390/met13071168

5. Cha S.C. et al. CALPHAD-based alloy design for ad-vanced automotive steels. Part I: Development of bearing steels with enhanced strength and optimized microstructure. Calphad. 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.calphad.2016.04.007

6. Avrami M. Kinetics of Phase Change I: General Theory. J. Chem. Phys. 1939;7:1103. http://dx.doi.org/10.1063/1.1750380

7. Cahn J.W. Transformation Kinetics During Contin-uous Cooling. Acta Metall. 1956;4:572–575. http://dx.doi.org/10.1016/0001-6160(56)90158-4

8. Lee J.L.; Pan Y.T.; Hsieh K.C. Assessment of Ideal TTT Diagram in C-Mn Steel. Mater. Trans. JIM. 1998;39:196–202. http://dx.doi.org/10.2320/matertrans1989.39.196

9. Callister W.D., Rethwisch D.G. Fundamentals of Ma-terials Science and Engineering, An Integrated Ap-proach. John Wiley: Hoboken, NJ, 2008:911.

10. Shackelford J.F. Introduction to Materials Science for Engineers. Pearson, Prentice Hall: Upper Saddle Riv-er, NJ, 2009:533.

11. Kalpakjian S., Schmid S. Manufacturing Engineering and Technology. Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 2009:1216.

12. Пат. № 2345175. Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей / А.М. Гурьев, С.Г. Иванов, Б.Д. Лыгденов, С.А. Земляков, О.А. Власова, Е.А. Кошелева, М.А. Гу-рьев; заявл. 03.04.2007; опубл. 27.01.2009. Бюл. № 3.

13. Гурьев А.М., Гурьев М.А., Земляков С.А., Иванов С.Г. Выявление особенностей морфологии и фа-зового состава сталей методами специального ме-таллографического травления. В кн.: Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Сборник тезисов XVI Международной школы-семинара. Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. 2020:83–84.

14. Иванов С.Г., Гурьев А.М., Земляков С.А., Гурьев М.А. Методика пробоподготовки образцов высо-колегированных сталей для автоматического ана-лиза карбидной фазы. Ползуновский вестник. 2020;3:102–105.

15. Иванов С.Г., Гурьев А.М., Земляков С.А., Гурьев М.А., Романенко В.В. Особенности методики подготовки об-разцов для автоматического анализа карбидной фазы ста-ли Х12Ф1 после цементации в вакууме с применением программного комплекса «ThixometPRO». Ползуновский вестник. 2020;2:165–168.

16. Иванов С.Г., Гурьев М.А., Гурьев А.М., Романен-ко В.В. Фазовый анализ боридных комплексных диффузионных слоев на углеродистых сталях при помощи цветного травления. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2020;17(1):74–77.

17. Лыгденов Б.Д., Гурьев А.М., Мосоров В.И., Буту-ханов В.А. Перспективные диффузионные по-крытия. Международный журнал эксперимен-тального образования. 2015;12(4):573.

18. Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Гурьев М.А., Шунчи М., Власова О.А. Борирование малоуглеродистой стали. Международный журнал эксперименталь-ного образования. 2015;12(4):572–573.

19. Mei S., Zhang Y., Zheng Q., Fan Y., Lygdenov B., Guryev A. Compound boronizing and its kinetics analysis for H13 steel with rare earth CeO2 and Cr2O3. Applied Sciences. 2022;12(7):3636.

20. Гурьев А.М., Грешилов А.Д., Лыгденов Б.Д. Диффузионное борирование – перспективное направление в поверхностном упрочнении изде-лий из стали и сплавов. Ползуновский альманах. 2010;1:80–88.

21. Лыгденов Б.Д., Гурьев А.М., Козлов Э.В., Бутуха-нов В.А., Чжу Ч. Формирование диффузионного слоя на рабочей поверхности инструмента, рабо-тающего в условиях динамического износа. Изве-стия вузов. Черная металлургия. 2015;58.2:117–120.

22. Arslan-Kaba M., Karimzadehkhoei M., Keddam M., Timur S., Sireli G.K. An experimental and modelling study on pulse current integrated CRTD-Bor process. Mater. Chem. Phys. 2023;302:127735.

23. Campos I., Oseguera J., Figueroa U., García J.A., Bautista O., Kelemenis G. Kinetic study of boron dif-fusion in the paste boriding process. Mater. Sci. Eng. A. 2003;352:261–265.

24. Guo P., Ma S., He X., Lv P., Luo Y., Jia J., Cui X., Xu L., Xing J. Effects of boride orientation and Si content on high-temperature oxidation resistance of directionally solidified Fe – B alloys. Materials. 2022;15:7819.

25. Kul M., Yilmaz Y., Oskay K., Kumruoğlu L.C. Ef-fect of chemical composition of boriding agent on the optimization of surface hardness and layer thick-ness on AISI 8620 steel by solid and liquid boriding processes. Adv. Mater. Sci. 2022;22:14–22.

26. Zhang S., Zhang H., Zhang H., Zhao X., Li Y. Study on diffusion kinetics and law of chromium on the surface of low-carbon steel. Coatings. 2023;13:98.