Elaboration of Thermomechanical Treatment Conditions of Ti-V and Ti-Nb-V Microalloyed Forging Steels

• Autorzy: Opiela M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0205

Warianty tytułu

PL

Opracowanie warunków obróbki cieplno-plastycznej stali mikrostopowych do kucia typu Ti-V i Ti-Nb-V

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The goal of the work was to describe the forging conditions of thermomechanical treatment for Ti-V and Ti-Nb-V microalloyed steels. Conditions of hot-working allowing to obtain both the desired microstructure and mechanical properties of forgings were selected taking into consideration: precipitation analysis of MX-type (M – Nb, Ti, V; X – N, C) interstitial phases in austenite; research on the influence of the austenitizing temperature on the g-phase grain size; investigation of the continuous compression of specimens; and examination of the kinetics of recrystallization of plastically deformed austenite. The precipitation analysis of MX-type interstitial phases in austenite was conducted on the basis of a simplified thermodynamic model for equilibrium conditions as proposed by Adrian, assuming that individual MX phases are soluble in austenite. The effect of the austenitizing temperature in a range from 900 to 1200°C on the prior austenite grain size was investigated to verify the precipitation analysis of MX-type phases. The work also presents the results of the effect of Nb, Ti and V microadditions on flow stress, recrystallization kinetics and microstructure. Plastometric tests were carried out using the Gleeble 3800 thermomechanical test simulator. The studies provide the basis for a proper design of the manufacturing process for thermomechanical treatment of forged machine parts obtained from high-strength microalloyed steels.

PL

Celem pracy było opracowanie warunków kucia metodą obróbki cieplno-plastycznej stali mikrostopowych typu Ti-V i Ti-Nb-V. Warunkiobróbki plastycznej na gorąco, zapewniające pożądaną mikrostrukturę i własności mechaniczne odkuwek, dobrano z uwzględnieniem: analizy wydzielania się w austenicie faz międzywęzłowych typu MX (M – Nb, Ti, V; X – N, C), badań wpływu temperatury austenityzowania na wielkość ziarn fazy g, badań ciągłego ściskania próbek oraz badań kinetyki rekrystalizacji austenitu odkształconego plastycznie. Analizę wydzielania faz międzywęzłowych typu MX w austenicie przeprowadzono na podstawie modelu zaproponowanego przez Adriana, zakładającego rozpuszczalność w warunkach równowagi termodynamicznej, indywidualnych faz MX w austenicie. Badania wpływu temperatury austenityzowania w zakresie od 900 do 1200°C na wielkość ziarn austenitu pierwotnego przeprowadzono w celu weryfikacji analizy wydzielania faz typu MX. Wpracyprzedstawiono także wyniki badań wpływu mikrododatków Nb, Ti i V na krzywe płynięcia, kinetykę rekrystalizacji i mikrostrukturę. Badania plastometryczne przeprowadzono przy użyciu symulatora termomechanicznego Gleeble 3800. Przeprowadzone badania stanowią podstawę prawidłowego projektowania procesu technologicznego obróbki cieplno-plastycznej kutych elementów maszyn o wysokiej wytrzymałości ze stali mikrostopowych.

Słowa kluczowe

EN

microalloyed steels; thermomechanical treatment; dynamic recrystallization; forgings

PL

stale mikrostopowe; obróbka termomechaniczna; kinetyka rekrystalizacji; odkuwka

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 3
• Strony: 1181--1188
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Opiela M.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] T. Gladman, The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels, The Institute of Materials, University Press, Cambridge 1997.
• [2] D. K. Matlock, G. Krauss, J. G. Speer, Microstruc-tures and properties of direct-cooled microalloy forging steels, J. Mater. Process. Technol. 117, 324 (2001).
• [3] P. Skubisz, H. Adrian, J. Sińczak, Controlled cooling of drop forged microalloyed steel automotive crankshaft, Arch. Metall. Mater. 56, 93 (2011).
• [4] J. Zrnik, T. Kvackaj, A. Pongpaybul, P. Sricharoenchai, J. Vilk, V. Vrchovinsky, Effect of thermomechanical processing on the microstructure and mechanical properties of Nb-Ti microalloyed steel, Mater. Sci. Eng. A 319-321, 321 (2001).
• [5] M. Opiela, A. Grajcar, Elaboration of forging conditions on the basis of the precipitation analysis of MX-type phases in microalloyed steels, Arch. Civ. Mech. Eng. 4, 427 (2012).
• [6] J. Zhao, Z. Jiang, C. S. Lee, Effects of tungsten addition and heat treatment conditions on microstructure and mechanical properties of microalloyed forging steel, Mater. Sci. Eng. A 562, 144 (2013).
• [7] M. J. Balart, C. L. Davis, M. Strangwood, Fracture behavior in medium-carbon Ti-V-N and V-N microal-loyed ferritic-pearlitic and bainitic forging steels with enhanced machinability, Mater. Sci. Eng. A 328, 48 (2002).
• [8] P. R. Spena, D. Firrao, Thermomechanical warm forging of Ti-V, Ti-Nb, and Ti-B microalloyed medium carbon steels, Mater. Sci. Eng. A 560, 208 (2013).
• [9] J. Zhao, Z. Jiang, C. S. Lee, Enhancing impact fracture toughness and tensile properties of a microalloyed cast steel by hot forging and post-forging heat treatment processes, Mater. Des. 47, 227 (2013).
• [10] M. Opiela, A. Grajcar, Hot deformation behavior and softening kinetics of Ti-V-B microalloyed steels, Arch. Civ. Mech. Eng. 3, 327 (2012).
• [11] M. Opiela, Thermomechanical treatment of Ti-Nb-V-B micro-alloyed steel forgings, Mater. Technol. 4, 37 (2014).
• [12] G. Thomas, Microalloyed Vanadium Steels, Proc. Symp., Kraków, Poland (1990).
• [13] G. Krauss, S. K. Banerji (Eds.), Fundamentals of Mi-croalloying Forging Steels, TMS, Warrendale, PA, USA (1987).
• [14] H. Adrian, Thermodynamic model for precipitation of car-bonitrides in high strength low alloy steels containing up to three microalloying elements with or without addition of aluminium, Mater. Sci. Technol. 8, 406 (1992).
• [15] A. Nowotnik, T. Siwecki, The effect of TMCP parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti-Nb microalloyed steel, Journal of Microscopy 237, 258 (2008).
• [16] P. S. Bandyopadhyay, S. K. Ghosh, S. Kundu, S. Chatterjee, Evolution of microstructure and mechanical properties of thermomechanically processed ultrahigh-strength steel, Metall. Mater. Trans. A. 42, 2742 (2011).