ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Легкие аустенитные стали, обладающие высокими показателями механических свойств в сочетании с экономным легированием и пониженной плотностью, являются перспективным материалом для автомобиле-, авиа- и ракетостроения. Цель работы. Исследование эволюции структуры и свойств легкой аустенитной стали Fe-21Mn-6Al-1C после различных режимов холодной радиальной ковки (ХРК). Методики исследования. Микроструктурные исследования проводили с использованием просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии (П/СЭМ) на микроскопах JEOL JEM-2100 и FEI Nova NanoSEM 450 соответственно. Микротвердость определяли в поперечном сечении на микротвердомере Wolpert 402MVD при нагрузке 200 г и времени выдержки 15 с. Одноосное растяжение образцов, вырезанных из края и центра, проводили на машине Instron 5882 при комнатной температуре и скорости деформации 1⋅10-3 с−1. Результаты и обсуждение. Определена стадийность структурообразования: после деформации (ε) до 20 % – формирование деформационных микрополос в центре и параллельных деформационных микрополос на краю прутка; после ε = 40–60 % – образование единичных механических двойников в центре и пакетов двойников/ламелей на краю; после ε = 80 % – интенсивное двойникование в центре и формирование фрагментированной структуры на краю. Увеличение степени ХРК приводит к развитию в центре острой двухкомпонентной аксиальной текстуры <111>//оси прутка (ОП) и <100>//ОП, которая размывается по направлению к краю. На краю прутка после ХРК с ε = 40 % и более наблюдается сдвиговая текстура B/B?. После ХРК с ε = 20 % материал центра прутка обладает более высокой прочностью и твердостью, но меньшей пластичностью по сравнению с краем. Дальнейшая ХРК сопровождается изменением данного соотношения прочности/твердости и пластичности между центром и краем прутка на противоположное.
Панов Дмитрий Олегович
Черниченко Руслан Сергеевич
Наумов Станислав Валентинович
Кудрявцев Егор Алексеевич
Салищев Геннадий Алексеевич
Перцев Алексей Сергеевич
1. Current state of Fe-Mn-Al-C low density steels / S. Chen, R. Rana, A. Haldar, R.K. Ray // Progress in Materials Science. - 2017. - Vol. 89. - P. 345–391. - DOI: 10.1016/j.pmatsci.2017.05.002.
2. Alloy design, combinatorial synthesis, and microstructure – property relations for low-density Fe-Mn-Al-C austenitic steels / D. Raabe, H. Springer, I. Gutierrez-Urrutia, F. Roters, M. Bausch, J.B. Seol, M. Koyama, P.P. Choi, K. Tsuzaki // Jom. - 2014. - Vol. 66. - P. 1845–1856. - DOI: 10.1007/s11837-014-1032-x.
3. Austenite-based Fe-Mn-Al-C lightweight steels: research and prospective / H. Ding, D. Liu, M. Cai, Y. Zhang // Metals. - 2022. - Vol. 12 (10). – P. 1572. - DOI: 10.3390/met12101572.
4. Fe–Al–Mn–C lightweight structural alloys: a review on the microstructures and mechanical properties / H. Kim, D. Suh, N.J. Kim, H. Kim, D. Suh, N.J. Kim // Science and Technology of Advanced Materials. - 2013. - Vol. 14 (1). - P. 014205. - DOI: 10.1088/1468-6996/14/1/014205.
5. Yoo J.D., Hwang S.W., Park K.T. Origin of extended tensile ductility of a Fe-28Mn-10Al-1C steel // Metallurgical and Materials Transactions: A. - 2009. - Vol. 40 (7). - P. 1520–1523. - DOI: 10.1007/s11661-009-9862-9.
6. Investigations of the microstructure evolution and tensile deformation behavior of austenitic Fe-Mn-Al-C lightweight steels and the effect of Mo addition / J. Moon, S.J. Park, J.H. Jang, T.H. Lee, C.H. Lee, H.U. Hong, H.N. Han, J. Lee, B.H. Lee, C. Lee // Acta Materialia. - 2018. - Vol. 147. - P. 226–235. - DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.051.
7. Precipitation behavior of κ-carbides and its relationship with mechanical properties of Fe–Mn–Al–C lightweight austenitic steel / P. Chen, F. Zhang, Q.C. Zhang, J.H. Du, F. Shi, X.W. Li // Journal of Materials Research and Technology. - 2023. - Vol. 25 (12) - P. 3780–3788. - DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.06.212.
8. Aluminum-alloyed lightweight stainless steels strengthened by B2-(Ni,Fe)Al precipitates / M. Harwarth, G. Chen, R. Rahimi, H. Biermann, A. Zargaran, M. Duffy, M. Zupan, J. Mola // Materials & Design. - 2021. - Vol. 206. - P. 109813. - DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109813.
9. Atomistic study of nano-sized κ-carbide formation and its interaction with dislocations in a cast Si added FeMnAlC lightweight steel / C.W. Kim, S.I. Kwon, B.H. Lee, J.O. Moon, S.J. Park, J.H. Lee, H.U. Hong // Materials Science and Engineering: A. - 2016. - Vol. 673. - P. 108–113. - DOI: 10.1016/j.msea.2016.07.029.
10. Microstructure and mechanical properties of an Fe–Mn–Al–C lightweight steel after dynamic plastic deformation processing and subsequent aging / Z. Li, Y.C. Wang, X. Cheng, C. Gao, Z. Li, T.G. Langdon // Materials Science and Engineering: A. - 2022. - Vol. 833. - P. 142566. - DOI: 10.1016/j.msea.2021.142566.
11. Rahnama A., Kotadia H., Sridhar S. Effect of Ni alloying on the microstructural evolution and mechanical properties of two duplex light-weight steels during different annealing temperatures: experiment and phase-field simulation // Acta Materialia. - 2017. - Vol. 132 (6). - P. 627–643. - DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.043.
12. Ultrahigh strength in lightweight steel via avalanche multiplication of intermetallic phases and dislocation / S. Xiang, X. Liu, R. Xu, F. Yin, G.J. Cheng // Acta Materialia. - 2023. - Vol. 242. - P. 118436. - DOI: 10.1016/j.actamat.2022.118436.
13. Influence of microstructure evolution on hot ductility behavior of austenitic Fe–Mn–Al–C lightweight steels during hot tensile deformation / J. Moon, S.J. Park, C.H. Lee, H.U. Hong, B.H. Lee, S.D. Kim // Materials Science and Engineering: A. - 2023. - Vol. 868 - P. 144786. - DOI: 10.1016/j.msea.2023.144786.
14. Mao Q., Liu Y., Zhao Y. A review on mechanical properties and microstructure of ultrafine grained metals and alloys processed by rotary swaging // Journal of Alloys and Compounds. - 2022. - Vol. 896. - P. 163122. - DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.163122.
15. Affecting structure characteristics of rotary swaged tungsten heavy alloy via variable deformation temperature / A. Machácková, L. Krátká, R. Petrmichl, L. Kuncická, R. Kocich // Materials. - 2019. - Vol. 12 (24). - P. 4200. - DOI: 10.3390/ma12244200.
16. Effect of cold swaging on the bulk gradient structure formation and mechanical properties of a 316-type austenitic stainless steel / D. Panov, R. Chernichenko, E. Kudryavtsev, D. Klimenko, S. Naumov, A. Pertcev // Materials. - 2022. - Vol. 15 (7). - P. 2468. - DOI: 10.3390/ma15072468.
17. Gradient microstructure and texture formation in a metastable austenitic stainless steel during cold rotary swaging / D. Panov, E. Kudryavtsev, S. Naumov, D. Klimenko, R. Chernichenko, V. Mirontsov, N. Stepanov, S. Zherebtsov, G. Salishchev, A. Pertcev // Materials. - 2023. - Vol. 16 (4). - P. 1–16. - DOI: 10.3390/ma16041706.
18. Excellent strength-ductility combination of interstitial non-equiatomic middle-entropy alloy subjected to cold rotary swaging and post-deformation annealing / D.O. Panov, E.A. Kudryavtsev, R.S. Chernichenko, S.V. Naumov, D.N. Klimenko, N.D. Stepanov, S.V. Zherebtsov, G.A. Salishchev, V.V. Sanin, A.S. Pertsev // Materials Science and Engineering: A. - 2024. - Vol. 898. - P. 146121. - DOI: 10.1016/j.msea.2024.146121.
19. Fonda R.W., Knipling K.E. Texture development in friction stir welds // Science and Technology of Welding & Joining. - 2011. - Vol. 16 (4). - P. 288–294. - DOI: 10.1179/1362171811Y.0000000010.
20. Suwas S., Ray R.K. Crystallographic texture of materials. – London: Springer, 2014. – 265 p. – ISBN 978-1-4471-6313-8. – DOI: 10.1007/978-1-4471-6314-5.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 20–79–10094 https://rscf.ru/project/20-79-10094/). Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования “Технологии и Материалы НИУ” БелГУ.
Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали / Д.О. Панов, Р.С. Черниченко, С.В. Наумов, Е.А. Кудрявцев, Г.А. Салищев, А.С. Перцев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 206–218. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-206-218.
Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Effect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2025, vol. 27, no. 2, pp. 206–218. DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-206-218. (In Russian).
