Вивчення структурно-фазового стану та механічних властивостей високопластичних надміцних сталей Fe-Mn-Al-C. Повідомлення 2

Шрифт:
64

https://doi.org/10.15407/steelcast2021.04.060

Met. litʹe Ukr., 2021, Tom 29, №4, P. 60-66

О.П. Верзілов1 , канд. техн. наук, ст. наук. співр., e-mail: verzilovalex@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-0463-5006
А.Ю. Семенко1 , канд. техн. наук, наук. співр., e-mail: semenko.au@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0448-1636
М.М. Ворон1 , канд. техн. наук, ст. наук. співр., е-mail: mihail.voron@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0804-9496
В.Ж. Шемет2 , канд. хім. наук, ст. викл., е-mail: volodymyrshemet@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-9616-491X

1 Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)
2 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)

Надійшла 15.10.2021

УДК 69.14.018.298:621.789

В статті розглянуто термодинаміку утворення фаз в умовах рівноваги в надміцних сталях нового покоління Fe-20Mn-xAl-1C (х = 5–12 %мас.) та технологічні особливості одержання експериментальних зразків цих сталей. Проведено аналіз їх хімічного складу, структури та особливостей фазового складу і наявності неметалевих включень в них. Здійснено попередню оцінку утворення кристалічних фаз у четвертинній системі Fe-Mn-Al-C за допомогою розрахункових програм. Відповідно до розрахунків ГЦК фаза (аустеніт) починає виділятися у розплаві при температурі 1400 °C. Цементит, карбіди і ферит виділяються при більш низьких температурах. Молярна доля цих фаз суттєво залежить від концентрації марганцю. Розрахунки фазових рівноваг добре корелюють з літературними даними. Тобто для сплавів, що містять більше 20 %мас. марганцю при концентрації алюмінію 4–5 %мас. і вуглецю до 1 %мас., характерна реакція первинної кристалізації аустеніту (ГЦК): L → g. В ході проведення досліджень було одержано зразки експериментальних сплавів. Аналізуючи механічні властивості зразків, відмічено, що для одержання в литому стані сплавів з мінімальним рівнем механічних та технологічних властивостей, необхідно запобігати одночасно високому вмісту алюмінію та вуглецю при вмісті марганцю близько 20 %мас. При збільшенні вмісту марганцю до 24–25 %мас., найбільша міцність і пластичність забезпечуються при вмісті алюмінію та вуглецю на рівні близько 10 %мас. та 1 %мас. відповідно. Відмічені тенденції вказують на значний вплив елементів, від вмісту яких залежить формування к-карбідів. Тим не менш, крім їх очевидної наявності, важливими факторами впливу на механічні властивості сплавів є також розміри, морфологія та розподіл усіх структурно-фазових складових сплавів. З цієї причини було проведено попередню оцінку будови експериментальних зразків.

Ключові слова: Fe-Mn-Al-C, структура, фазовий склад, хімічний склад, неметалеві включення.

Література

1. Antonaglia, J., Xie, X., Tang, Z. et al. (2014). Erratum to: Temperature Effects on Deformation and Serration Behavior of HighEntropy Alloys (HEAs). JOM, vol. 66, no. 10, 2593, doi: https://doi.org/10.1007/s11837-014-1190-x
2. Zhang, Y., Zuo, T.T., Tang, Z., Gao, M.C., Dahmen, K.A., Liaw, P.K., Lu, Z.P. (2014). Microstructures and properties of highentropy alloys. Progress of Materials Science, vol. 61, pp. 1–93, doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
3. Guo, S., Ng, C., Lu, J., Liu, C.T. (2011). Effect of valence electron concentration on stability of fcc or bcc phase in high entropy alloys. Journal of Applied Physics, vol. 109, no. 10, 103505, doi: https://doi.org/10.1063/1.3587228
4. Kim, H., Suh, D.-W., Kim, N.J. (2013). Fe–Al–Mn–C lightweight structural alloys: a review on the microstructures and mechanical properties. Science and Technology of Advanced Materials, no. 14, iss. 1, doi: https://doi.org/10.1088/1468-6996/14/1/014205
5. Sozańska-Jędrasik, L., Mazurkiewicz, J., Matus, K., Borek, W. (2020). Structure of Fe-Mn-Al-C Steels after Gleeble Simulations and Hot-Rolling. Materials, vol. 13 (3), pp. 739–762, doi: https://doi.org/10.3390/ma13030739