Microstructures and mechanical properties of a warm processed sintered ultrahigh carbon steel

• Autorzy: Mitchell S. , Szczepanik S. , Nikiel P. , Wroński A.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i własności mechaniczne spiekanej stali wysokowęglowej po odkształcaniu na ciepło

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fe-0.85Mo-0.6Si-1.4C ultrahigh carbon steel was liquid phase sintered to near-full density at 1300 °C, the temperature chosen as a result of generating a Thermo-Calc theoretical phase diagram. Major modifications in the mixing and sintering cycle steps of conventional powder metallurgy processing were required to attain near-full density. The sintered brittle microstructure comprised fine pearlite and grain boundary cementite networks. In order to obtain a strong, ductile spheroidised microstructure, several subseąuent routes were investigated. The conventional heat treatment involved austenitisation, ąuenching and spheroidisation at 750 °C for 3 h, which resulted in a density of ~7.2 g cc-1, grain size of ~30 pm and aferrite plus submicrometre carbide structure. Further densification and microstructural refinement were obtained by subsequent closed die forging. To discover whether the number of processing steps could be reduced, thermomechanical processing on Gleeble and Bahr machines was carried out on as-sintered and quenched specimens. Compression at 750 and 775 °C to ~0.7 natural strain, of assintered material produced a banded structure of pearlite, ferrite and cementite, free of grain boundary carbides. Only processing at 700-775 °C of either quenched or of already spheroidised specimens, how-ever, resulted in full densification and spheroidised structures, finer in the case of the latter treatment. Hardness ranged from 765, quenched state, through 312, sintered, to 205-289 HV10, spheroidised. Mechanical properties of the spheroidised specimens were: yield strengths up to 410 MPa, fracture strengths up to 950 MPa and strains up to 16 %. For a spheroidised and Gleeble 700 °C processed disc tested in diametral compression, the yield stress increased to 769 MPa and the transverse diametral extension was 23 %.

PL

Spiekanie z udziałem fazy ciekłej w temperaturze 1300 °C wysokowęglowej stali Fe-0,85Mo-0,6Si-l,4C prowadzi do uzyskania gęstości zbliżonej do gęstości teoretycznej (stan 1). Krucha mikrostruktura zawiera wtedy drobny perlit z siatką cementytu na granicach ziaren. Dodatkowo próbki austenityzowano i hartowano (stan 2), a następnie sferoidyzowano (stan 3) lub odkształcano na ciepło w temperaturze 700-775 °C (stan 4), lub sferoidyzowano i odkształcano na ciepło (stan 5). Odkształcanie przeprowadzono na symulatorze Gleeble, plastometrze Bahr i prasie kuźniczej. Naprężenia podczas odkształcania z prędkością 0,001 do 1 s'1 zawierały się w przedziale 130-460 MPa. Odkształcanie w temperaturze 700-775 °C, zarówno hartowanych jak i sferoidyzowanych próbek, powoduje pełne dogęszczenie materiału i uzyskanie sferoidalnej mikrostruktury, o drobniejszym ziarnie w poprzednio sferoidyzowanych próbkach. Ściskanie w temperaturze 750 i 775 °C spiekanego materiału powoduje powstanie pasmowej mikrostruktury, bez węglików na granicach ziarn, złożonej z perlitu, ferrytu i cementytu. Twardość próbek zmienia się od wartości 765 dla próbek hartowanych, 312 dla próbek spiekanych do 205+289 HV10 dla mikrostruktury sferoidalnej. Mechaniczne własności dla próbek ze sferoidalną mikrostrukturą są: granica plastyczności — do 410 MPa, wytrzymałość na rozciąganie — do 950 MPa i wydłużenie — do 16 %.

Słowa kluczowe

EN

ultrahigh carbon steel; UHCS; liquid phase sintering; densification; forging

PL

wysokowęglowa stal; UHCS; spiekanie z udziałem fazy ciekłej; zagęszczanie; kucie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 59, nr 12
• Strony: 605--611
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Mitchell S.

• University of Bradford, UK

autor

Szczepanik S.

• Department of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH-University of Science and Technology, Kraków, Poland

autor

Nikiel P.

• Department of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH-University of Science and Technology, Kraków, Poland

autor

Wroński A.

• Engineering Materials Group , University of Bradford, UK. and Department of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH-University of Science and Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Srinivasan S., Ranganathan S.: Wootz steel: An advanced materiał of the ancient world, http://damascus.free.fr/f_damas/ /f_quest/ f_wsteel/indiaw.htm.
• 2. Wadsworth J.,Sherby O. D.: On the Bulat-Damascus steel revisited. Progress in Materials Science 1980, vol. 25, pp. 35-67.
• 3. Sherby O. D., Wadsworth J.: J. Mater. Process. Technol., 2001, vol. 117, pp. 347-353.
• 4. Sherby O. D., Carsi M., Kim W., Lesuer J. R. O., Ruano O. A., Syn C. K., Taleff E. M., Wadsworth i.: Mater. Sci. Forum, 2003, vol 426-432, pp. 11-18.
• 5. Sherby O. D., Walser B., Young C. M, Cady E. M.: Ser. Metali., 1975, Vol. 9, pp. 569-573.
• 6. Sherby O. D.: ISIJ Int., 1999, vol. 39, pp. 637-648.
• 7. Taleff E. M., Syn C. K,, Lesuer D. R., Sherby O. D.: Metali. Mater. Trans.A, 1996, vol. 27A, pp. 111-118.
• 8. Szczepanik S., Sinczak, }.: Metali. Foundry Eng., 1994, vol. 20, pp.441-448.
• 9. AbosbaiaA. A. S., Mitchell S. C, Youseffi M., Wroński A. S.: Liquid phase sintering, heat treatment and properties of ultrahigh carbon steels. Powder Met., 2011, vol. 54, no. 5, pp. 592-598.
• 10. Szczepanik 5., Mitchell S. C, Abosbaia A. A. S., Wroński A. S.: Powder Metallurgy Progress, 2010, vol. 10, no. 1, pp.59-65.
• 11. Jonsen R, Haggblad H. A., Sommer K: Powder Technology, 2007, vol. 176, p. 148.
• 12. Procopio A. T., Zavaliango A., Cunningham J. C: J. Materi-als Science, 2003, vol. 38, p. 3629.
• 13. Hertz H.: Gesammelte Werke (Collected Works). Leipzig, 1895.
• 14. Frocht M. M.: Photoelasticity. New York ,1948, vol. 2, John Wiley & Sons Inc.