Otrzymywanie struktury nanokrystalicznej w stalach z wykorzystaniem przemiany bainitycznej

• Autorzy: Świątnicki W. A. , Pobiedzińska K. , Skołek E. , Gołaszewski A. , Marciniak S. , Nadolny Ł. , Szawłowski J.

Warianty tytułu

EN

Nanocrystalline structure formation in steels using bainitic transformation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono procesy wytwarzania struktury nanokrystalicznej z wykorzystaniem przemiany bainitycznej w stalach nisko- i średniostopowych. Przedstawiono strukturę i właściwości opisanych w literaturze i opatentowanych stali nanobainitycznych o specjalnie zaprojektowanym składzie chemicznym. Omówiono warunki uzyskania struktury nanokrystalicznej oraz procesy obróbki cieplnej prowadzące do jej wytworzenia. Przedstawiono ograniczenia w zastosowaniu stali nanobainitycznych oraz przeanalizowano możliwości eliminacji tych ograniczeń. Zaprezentowano również wyniki badań własnych mających na celu wytworzenie struktury nanokrystalicznego bainitu w dwóch stalach handlowych: stali łożyskowej 67SiMnCr6-6-4 i stali narzędziowej do pracy na gorąco X37CrMoV5-l. Stale poddano hartowaniu z przystankiem izotermicznym w zakresie temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej, w czasie pozwalającym na zakończenie przemiany bainitycznej. Badania wykazały, że po takiej obróbce w obu stalach powstaje struktura składająca się z listew bezwęglikowego ferrytu o nanometrycznej grubości rozdzielonych warstwami austenitu szczątkowego, a zatem bardzo podobna do tej, jaką cechują się specjalnie zaprojektowane i opatentowane stale nanobainityczne. Obie stale cechują się podobną do stali nanobainitycznych twardością i znacznie większą udarnością. Wykazano ponadto, że czas wyżarzania izotermicznego badanych stali konieczny do uzyskania nanostruktury jest znacznie krótszy niż w przypadku opatentowanych stali nanobainitycznych. Praca została zrealizowana w ramach Projektu Strukturalnego pt. „Wytwarzanie stali o strukturze nanokrystalicznej przy wykorzystaniu przemian fazowych” NANOSTAL nr WND-POIG.01.01.02-14-100/09 współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007÷2013.

EN

The processes of nanocrystalline structure formation with a use of bainitic transformation in low and medium alloyed steels have been described. The structure and properties of nanobainitic steels with specifically designed chemical composition, patented and described in the literature of the subject, have been presented. The conditions of obtaining nanocrystalline bainitic structure and the processes of thermal treatment leading to the nanostructure formation have also been discussed. The limitations in the use of nanobainitic steels have been presented and the possibilities of eliminating defined limits have been analysed. The paper describes also the actual results of our own research on the nanocrystalline bainite formation in two different commercial steels: 67SiMnCr6-4-6 bearing steel and the X37CrMoV5-1 tool steel. In the study steel samples were rapidly quenched to a temperature slightly above the martensite start temperature and austempered in the range of time allowing for a complete bainitic transformation. After such treatment in both types of steel a structure consisting of nanometric bainite lath, separated from each other by thin layers of retained austenite was revealed. That structure is very similar to the one distinctive for specifically designed and patented nanobainitic steels. Both steels have hardness values similar to the patented nanobainitic steels but with much higher impact strength. It has also been shown that the time of isothermal annealing during austempering, necessary for obtaining the bainitic nanostructure is significantly shorter than in the case of the patented nanobainitic steels. The study was accomplished within the Structural Project “Nanocrystalline structure formation in steels using phase transformation” NANOSTAL (contract no. POIG 01.01.02-14-100/09). The project is co-financed by European Union from the European Regional Development Fund within Operational Program Innovative Economy, 2007÷2013.

Słowa kluczowe

PL

struktura nanokrystaliczna; nanobainit; przemiany fazowe; wykres CTPi; obróbka cieplna; hartowanie z przystankiem izotermicznym; dylatometr; TME; właściwości mechaniczne

EN

structure nanocrystalline; nanobainit; phase transformations; TTTi diagram; heat treatment; austempering; dilatometer; TEM; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 524--529
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Świątnicki W. A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Pobiedzińska K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Skołek E.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Gołaszewski A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Marciniak S.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Nadolny Ł.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Szawłowski J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Kurzydłowski K. J., Lewandowska M. (Eds): Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (2010).
• [2] Branagan D. J.: Engineering structures to achieve targeted properties in steels on a nanoscale level. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 31 (2007) 343÷350.
• [3] Branagan D. J.: Enabling factors toward production of nanostructured steel on an industrial scale. Journal of Materials Engineering and Performance 14 (2005) 5÷9.
• [4] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Development of hard bainite. ISIJ Int. 43 (2003) 1238÷1243.
• [5] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Low-temperature bainite. J. Phys. IV France 112 (2003) 285÷288.
• [6] Sagaradze V. V., Kabanova I. G.: Formation of a nanocrystalline structure during direct and reverse maitensitic transfonnations. Mater. Sci. Eng. A 273-275 (1999) 457÷461.
• [7] Sagaradze V. V., Danilchenko V. E., L’Heritier Ph., Shabashov V. A.: The structure and properties of Fe-Ni alloys with a nanocrystalline austenite fonned under different conditions of y-oc-y transfonnations. Mater. Sci. Eng. A337 (2002) 146÷159.
• [8] Songa R., Ponge D., Raabe D., Speer J. G., Matlock D. K.: Overview of processing, microstructure and mechanical properties of ultrafine grained bcc steel. Mater. Sci. Eng. A441 (2006) 1÷17.
• [9] Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Very strong bainite. Current Opinion in Solid State and Materials Science 8 (2004) 251÷257.
• [10] Dharamshi H. K., Badeshia H. K. D. H., Garcia-Mateo C., Brown P.: Bainite steel and methods ofmanufacture thereof. Patent Application Publication, No US 2011/0126946 Al, 2 June (2011).
• [11] Barbacki A., Mikołajewski E., Wachowiak A.: O wpływie krzemu na strukturę i właściwości mechaniczne średnioweglowych stali po hartowaniu bainitycznym. Inżynieria Materiałowa 2 (1994) 33÷36.
• [12] Caballero F. G., Miller M. K., Garcia-Mateo C.: Carbon supersaturation of ferrite in a nanocrystalline bainitic steel. Acta Materialia 58 (2010) 2338÷2343.
• [13] Bhadeshia H. K. D. H.: Nanostructured bainite. Proc. R. Soc. A 466 (2010) 3÷18.
• [14] Bhadeshia H. K. D. H.: Properties of fine-grained steels generated by dis- placive transformation. Mater. Sci. Eng. A 481-482 (2008) 36÷39.
• [15] Garcia-Mateo C., Caballero F. G.: Role of retained austenite on tensile properties of steels with bainitic microstructures. Mater. Trans. 46 (2005) 1839÷1846.
• [16] Bhadeshia H. K. D. H., Edmonds D. V.: Bainite in silicon steels: a new composition property approach. Metal Sci. 17 (1983) 420÷425.
• [17] Peet M., Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Tempering of a hard mixture ofbainitic ferrite and austenite. Mater. Sci. Technol. 20 (2004) 814÷818.
• [18] Ryś J.: Stereologia materiałów. Fotobit Design, Kraków (1995).
• [19] Chang L. C., Bhadeshia H. K. D. H.: Austenite films in bainitic microstructures. Mater. Sci. Technol. 11 (1995) 874÷881.
• [20] Białecki M.: Charakterystyki stali. Stale narzędziowe. Stale stopowe do pracy na gorąco. Instytut Metalurgii Żelaza im. S. Staszica W Gliwicach, Wydawnictwo “Śląsk” Katowice (1979).
• [21] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Miller M. K. Jimenez J. A.: On measurement of carbon content in retained austenite in a nanostructured bainitic steel. J. Mater. Sci. 47 (2012) 1004÷1010.

Uwagi

PL

Praca została wykonana w ramach Projektu Strukturalnego nr WND-POIG.01.01.02-14-100/09 pt. „Wytwarzanie stali o strukturze nanokrystalicznej przy wykorzystaniu przemian fazowych” realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007+2013, wpółfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.