Sự tiến hóa của vi cấu trúc và hành vi tăng cứng do biến dạng của thép mangan cao có hàm lượng C thấp được xử lý nhiệt cơ: ảnh hưởng của nhiệt độ biến dạng

Archives of Civil and Mechanical Engineering - Tập 23 - Trang 1-15 - 2023
Aleksandra Kozłowska1, Piotr Stawarczyk2, Adam Grajcar1, Krzysztof Radwański2, Krzysztof Matus3, Ludovic Samek4
1Department of Engineering Materials and Biomaterials, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland
2Łukasiewicz Research Network – Upper Silesian Institute of Technology, Gliwice, Poland
3Materials Research Laboratory, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland
4Faculty for Engineering and Environmental Sciences, University of Applied Sciences Upper Austria, Wels, Austria

Tóm tắt

Các tác động của nhiệt độ biến dạng giảm (– 40 °C), nhiệt độ môi trường (20 °C) và nhiệt độ biến dạng cao (200 °C) lên sự tiến hóa của vi cấu trúc và hành vi tăng cứng do biến dạng của hai loại thép mangan cao có hàm lượng C thấp được xử lý nhiệt cơ đã được nghiên cứu. Vi cấu trúc được đặc trưng bằng các phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ điện tử hồi tiếp (EBSD) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Xu hướng về sự phụ thuộc vào nhiệt độ của austenite đối với sự chuyển đổi ε/α′-martensite do biến dạng và hiện tượng đẻ cơ học đã được đánh giá một cách định tính và định lượng bằng phương pháp EBSD. Thép có 26 wt% Mn cho thấy sự cân bằng độ bền-kéo tốt ở nhiệt độ biến dạng giảm -40 °C do tác động mạnh mẽ của Tăng cường tính dẻo do chuyển đổi (TRIP) dẫn đến sự hình thành các thành phần ε- và α′-martensite đáng kể trong quá trình biến dạng kéo. Tính chất cơ học của thép chứa 27 wt% Mn có lợi hơn ở nhiệt độ biến dạng cao 200 °C do sự xuất hiện của tác động mạnh mẽ của Đẻ cơ học do đẻ cơ (TWIP) được thể hiện bởi sự hiện diện của tỉ lệ lớn các bội số cơ học. Hơn nữa, ở nhiệt độ biến dạng cao nhất 200 °C, đã xác định và mô tả các bằng chứng về các quá trình bị kích hoạt bởi nhiệt ảnh hưởng đến hành vi cơ học của thép có hàm lượng Mn cao.

Từ khóa

#thép mangan cao #vi cấu trúc #hành vi tăng cứng do biến dạng #nhiệt độ biến dạng #Tăng cường tính dẻo do chuyển đổi (TRIP) #Đẻ cơ học do đẻ cơ (TWIP)

Tài liệu tham khảo

De Cooman BC, Estrin Y, Kim SK. Twinning-induced plasticity (TWIP) steels. Acta Mater. 2018;142:283–362. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.06.046. Jabłońska MB, Kowalczyk K. Microstructural aspects of energy absorption of high manganese steels. Procedia Manuf. 2019;27:91–7. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.12.049. Grajcar A, Kciuk M, Topolska S, Płachcińska A. Microstructure and corrosion behaviour of hot-deformed and cold-strained high-Mn steels. J Mater Eng Perform. 2016;25:2245–54. https://doi.org/10.1007/s11665-016-2085-5. Galindo-Nava EI, Rivera-Diaz-del-Castillo PEJ. Understanding martensite and twin formation in austenitic steels: A model describing TRIP and TWIP effects. Acta Mater. 2017;128:120–34. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.02.004. Śmiglewicz A, Jabłońska M, Moćko W, Kowalczyk K, Hadasik E. Properties and structure of X30MnAlSi26-4-3 high strength steel subjected to dynamic compression processes. Arch Metall Mater. 2017;62:2255–60. https://doi.org/10.1515/amm-2017-0332. Grajcar A, Opiela M, Fojt-Dymara G. The influence of hot-working conditions on a structure of high-manganese steel. Arch Civ Mech Eng. 2009;9:49–58. https://doi.org/10.1016/S1644-9665(12)60217-9. Pierce DT, Benzing JT, Jiménez JA, Hickel T, Bleskov I, Keumf, J. et al. The influence of temperature on the strain-hardening behavior of Fe-22/25/28Mn-3Al-3Si TRIP/TWIP steels. Materialia. 2022;22:101425, doi:https://doi.org/10.1016/j.mtla.2022.101425. Pierce DT, Jimenez JA, Bentley J, Raabe D, Oskay C, Wittig J. The influence of manganese content on the stacking fault and austenite/ε-martensite interfacial energies in Fe–Mn–(Al–Si) steels investigated by experiment and theory. Acta Mater. 2014;68:238–53. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.01.001. Allain S, Bouaziz O, Chateau J. Thermally activated dislocation dynamics in austenitic FeMnC steels at low homologous temperature. Scripta Mater. 2010;62:500–5003. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2009.12.026. Yang J, Dong H, Xia Y, Li P, Wu W, Wang B. Precipitation behavior of carbides and cryogenic toughness in heat-affected zone of high-Mn twinning-induced plasticity steel welded joint. J Manuf Process. 2021;68:716–27. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.003. Kozłowska A, Grzegorczyk B, Morawiec M, Grajcar A. Explanation of the PLC effect in advanced high-strength medium-Mn steels. A review Materials. 2019;12:4175. https://doi.org/10.3390/ma12244175. Jabłońska MB. Effect of the conversion of the plastic deformation work to heat on the behaviour of TWIP steels: a review. Arch Civ Mech Eng. 2023;23:135. https://doi.org/10.1007/s43452-023-00656-0. Chen J, Li S, Ren JK, Liu ZY. Temperature dependence of deformation behaviors in high manganese austenitic steel for cryogenic applications. Materials. 2021;14:5426. https://doi.org/10.3390/ma14185426. Shterner V, Timokhina IB, Beladi H. On the work-hardening behaviour of a high manganese TWIP steel at different deformation temperatures. Mater Sci Eng A. 2016;669:437–46. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.05.104. Kowalska J, Ryś J, Cios G, Bednarczyk W. The effect of reduced temperatures on microstructure development in tensile tested high-manganese steel. Mater. Sci. Eng. A. 2019;767:138406, doi :https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138406. Jabłońska MB, Jasiak K, Kowalczyk K, Bednarczyk I, Skwarski M, Tkocz M, Gronostajski Z. Deformation behaviour of high-manganese steel with addition of niobium under quasi-static tensile loading. Mater Sci Poland. 2022;40:1–11. https://doi.org/10.2478/msp-2022-0029. Finfrock C, Bhattacharya S, McBrady B, Ballard T, Clarke AM, Clarke K. Decoupling the impacts of strain rate and temperature on TRIP in a Q&P steel. JOM. 2022;74:506–12. https://doi.org/10.1007/s11837-021-05039-5. ASTM E8/E8M-13a. Standard test methods for tension testing of metallic materials. West Conshohocken: ASTM International, 2013. Mosecker L, Pierce DT, Schwedt A, Beighmohamadi M, Mayer J, Bleck W, et al. Temperature effect on deformation mechanisms and mechanical properties of a high manganese C+N alloyed austenitic stainless steel. Mater Sci Eng A. 2015;642:71–83. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.06.047. Saeed-Akbari A, Mosecker L, Schwedt A, Bleck W. Characterization and prediction of flow behavior in high-manganese Twinning Induced Plasticity steels: Part I. Mechanism maps and work-hardening behavior. Metall. Mater. Trans. A. 2012;43:1688–1704, doi:https://doi.org/10.1007/s11661-011-0993-4. Dastur Y, Leslie W. Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel. Metall Mater Trans A. 1981;12:749–59. https://doi.org/10.1007/BF02648339. Curtze S, Kuokkala VT. Dependence of tensile deformation behavior of TWIP steels on stacking fault energy, temperature and strain rate. Acta Mater. 2010;58:5129–41. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.05.049. Ren J, Mao D, Gao Y, Chen J, Liu Z. High carbon alloyed design of a hot-rolled high-Mn austenitic steel with excellent mechanical properties for cryogenic application. Mater. Sci. Eng. A. 2021;827:141959, doi:https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141959. Xiong R, Peng H, Wang S, Haitao S, Wen Y. Effect of stacking fault energy on work hardening behaviors in Fe–Mn–Si–C high manganese steels by varying silicon and carbon contents. Mater Des. 2015;85:707–14. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.07.072. Bouaziz O, Zurob H, Chehab B, Embury JD, Allain S, Huang M. Effect of chemical composition on work hardening of Fe—Mn—C TWIP steels. Mater Sci Technol. 2021;27:707–9. https://doi.org/10.1179/026708309X12535382371852. Timokhina IB, Medvedev A, Lapovok R. Severe plastic deformation of a TWIP steel. Mater Sci Eng A. 2014;593:163–9. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.11.013. Zambrano OA. Stacking fault energy maps of Fe–Mn–Al–C–Si steels: Effect of temperature, grain size, and variations in compositions. J Eng Mater Technol. 2016;138:1021–5. https://doi.org/10.1115/1.4033632. Chen L, Zhao Y, Qin X. Some Aspects of high manganese Twinning-Induced Plasticity (TWIP) steel, A review. Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2013;26:1–15, doi: https://doi.org/10.1007/s40195-012-0501-x. Olson GB, Cohen M. A mechanism for the strain-induced nucleation of martensitic transformations. J Less Common Met. 1972;28:107–18. Olson GB, Cohen M. A general mechanism of martensitic nucleation: Part II. fcc→bcc and other martensitic transformations. Metall. Trans. A. 1976;7:1905–1914. Li X, Chen L, Zhao Y, Misra RDK. Influence of manganese content on ε-/α′-martensitic transformation and tensile properties of low-C high-Mn TRIP steels. Mater Des. 2018;142:190–202. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.01.026. Steinmetz DR, Japel T, Wietbrock B, Eisenlohr P, Gutierrez-Urrutia I, Saeed-Akbari A, Hickel T, Roters F, Raabe D. Revealing the strain-hardening behavior of twinning-induced plasticity steels: Theory, simulations, experiments. Acta Mater. 2013;61:494–510. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.064.
Thông tin
Thông tin xuất bản

Archives of Civil and Mechanical Engineering

Tập 23

1-15

Thông tin tác giả