Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 494-502

 

Алексей Михайлович Гурьев1, Сергей Геннадьевич Иванов2, Михаил Алексеевич Гурьев3, Евгения Владимировна Черных4

Структурные факторы упрочнения углеродистой инструментальной стали У8А при циклическом тепловом воздействии

1,2,3,4 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
1 Уханьский текстильный университет, ул. ФангЖи, 1, 430073, Ухань, КНР
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-7570-8877
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-5965-0249
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-9191-1787
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-1128-8471

В работе представлены результаты изучения структурных факторов упрочнения углеродистой инструментальной стали У8А при циклическом тепловом воздействии. Изучено влияние высокотемпературной термоциклической обработки с неполными фазовыми превращениями на её структуру и физико-механические свойства. Проведены металлографические исследования с применением методов цветного травления, сравнительный фазовый анализ образцов из стали У8А после традиционной закалки и ТЦО с последующим двухчасовым отпуском при температуре 200 °С. Сравнивали строение и состав образцов, имеющих одинаковые значения твердости – 60НRCэ, но различные значения ударной вязкости КС. Анализ микроструктуры, определение морфологии составляющих, осуществляли при помощи программного комплекса «Thixomet PRO» и металлографического микроскопа «Carl Zeiss Axio Observer Z1m». Установлено, что в результате ТЦО происходят следующие основные изменения: изменяется структура стали (происходит перераспределение структурных составляющих, значительно снижается содержание остаточного аустенита (более чем в 3 раза), снижается общее количество карбидов (в 1,5 раза), происходит их измельчение, сфероидизация и перераспределение в объёме); снижается уровень внутренних напряжений; основным местом зарождения трещин являются большие частицы карбидов, основным путем распространения трещин – межфазные границы “α-фаза-карбид” и внутрифазные границы в α-фазе. Измельчение, сфероидизация и перераспределение карбидов затрудняет зарождение микротрещин и их распространение. В результате всех этих структурных изменений, происходящих под воздействием ТЦО, значительно повышается ударная вязкость и сохраняется высокая твердость стали. Окончательная ТЦО стали У8А по оптимальным режимам приводит к повышению ее ударной вязкости до 7-8 раз при сохранении высокой твердости. При небольшом увеличении длительности процесса ТЦО технология термообработки по сравнению с традиционной (закалкой и отпуском) обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости инструмента в 1,5-2 раза и более.

Ключевые слова: сталь, термическая обработка, микроструктура, карбиды, аустенит, мартенсит.

УДК 669.017:621

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.012


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 494-502

 

Alexey M. Guryev1†, Sergey G. Ivanov2, Mikhail A. Guryev3, Evgeniya V. Chernykh4

Structural factors of hardening of U8A carbon tool steel under cyclic heat exposure

1,2,3,4 I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia
1 Wuhan Textile University, FangZhi Road, 1, Wuhan, 430073, China
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-7570-8877
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-5965-0249
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-9191-1787
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , http://orcid.org/0000-0002-1128-8471

The paper presents the results of studying the structural factors of hardening of U8A carbon tool steel under cyclic heat exposure. The influence of high-temperature thermal cycling treatment with incomplete phase transformations on its structure and physical and mechanical properties has been studied. Metallographic studies were carried out using color etching methods, a comparative phase analysis of samples made of U8A steel after traditional hardening and heat treatment with subsequent two-hour tempering at a temperature of 200 °C. Compared the structure and composition of samples with the same hardness values – 60HRCe, but different values of the impact toughness of the KS. Analysis of the microstructure, determination of the morphology of the components was carried out using the «Thixomet PRO» software package and a «Carl Zeiss Axio Observer Z1m» metallographic microscope. It has been established that as a result of TPT, the following main changes occur: the structure of the steel changes (a redistribution of structural components occurs, the content of retained austenite is significantly reduced (more than 3 times), the total amount of carbides decreases (by 1.5 times), their refinement occurs, spheroidization and redistribution in volume); the level of internal stresses decreases; the main place of crack initiation is large particles of carbides, the main path of crack propagation is the "α-phase-carbide" interphase boundaries and intraphase boundaries in the α-phase. Grinding, spheroidization and redistribution of carbides complicates the initiation of microcracks and their propagation. As a result of all these structural changes, which occur under the influence of TCT, the impact toughness is significantly increased and the high hardness of the steel remains. The final thermal treatment of U8A steel according to the optimal conditions leads to an increase in its impact toughness up to 7-8 times while maintaining high hardness. With a slight increase in the duration of the TP process, the heat treatment technology in comparison with the traditional one (quenching and tempering) provides an increase in the service life of the tool by 1.5-2 times or more.

Keywords: steel, heat treatment, microstructure, carbides, austenite, martensite.