Залежність кількості аустеніту від температури при нагріванні загартованої штампової сталі 4Х3Н5М3Ф
DOI:
https://doi.org/10.15407/mom2025.01.020Ключові слова:
штампова сталь, аустеніт, нагрівання, рівняння Арреніуса, ефективна енергія активаціїАнотація
У роботі використано результати проведеного раніше високотемпературного Х-променевого фазового аналізу загартованої штампової сталі 4Х3Н5М3Ф одержаної методом електрошлакового кокільного лиття. Було побудовано експоненціальну безмодельну залежність кількості аустеніту від температури. Одержана, за допомогою програми Origin, залежність з досить високим коефіцієнтом детермінованості (0,99397) описує збільшення кількості аустеніту при збільшенні температури нагріву сталі в усьому інтервалі досліджених температур (від 20 до 800 °С). Коефіцієнти, що входять до цієї залежності нажаль не мають чіткого фізичного сенсу, тому була проведена спроба описати зміну кількості аустеніту за допомогою рівняння Арреніуса. За допомогою метода лінійної регресії та використання програми Excel були розраховані матеріальні константи закону Арреніуса лише для трьох верхніх точок. Було встановлено, що залежність кількості аустеніту (γ, % за мас.) гарно описується законом Арреніуса (R2 = 0,98397) в інтервалі температур від 450 до 800 °С, тоді як залишкова кількість аустеніту за кімнатної температури не відповідає цій залежності. Порівняння розрахованої величини ефективної енергії активації утворення аустеніту з існуючими літературними даними (1500-450 кДж/моль для інструментальних сталей та 40 кДж/моль для заевтектоїдної борної сталі (22MnB5)) показало, що вона має досить малу величину. Мала величина розрахованої ефективної енергії активації на наш погляд пов’язана з трьома факторами, що знижують її величину: наявність залишкового аустеніту у структурі сталі після її гартування, тонкодисперсна нерівноважна структура мартенситу та низька швидкість нагрівання зразків при їх дослідженні. Встановлені закономірності зміни фазового складу щодо кількості аустеніту у загартованій сталі 4Х3Н5М3Ф при нагріванні в досліджуваному інтервалі температур дозволяють визначити ефективність її використання для інструменту гарячого штампування при різних робочих температурах.
Посилання
Gogaev, K. O., Sydorchuk, O. M., & Radchenko, O. K. (2016). Tool stamping steels for hot deformation. Metal Science and Treatment of Metals, (3), 18–24. [in Ukrainian].
Poznyak, L. A. (1996). Tool steels. Kyiv: Naukova Dumka. [in Russian].
Ozersky, A. D., & Kruglyakova, A. A. (1988). Die steels with controlled austenitic transformation during operation. LDNTP. [in Russian].
Gogaev, K., & Sydorchuk, O. (2022). Die steel with regulated austenitic transformation for hot deformation of copper-nickel alloy. Science and Innovation, 18(11), 23–27. [in English].
Sydorchuk, O. M. (2021). Steel with controlled austenitic transformation during operation. Metal Science and Treatment of Metals, (2), 47–53. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mom2021.02.047
Gogaev, K. O., Sydorchuk, O. M., Radchenko, O. K., Mamonova, A. A., Koval, O. Y., & Luk’yanchuk, V. V. (2014). Stamped steel for hot deformation with controlled austenitic transformation, obtained by electroslag casting. Metallurgy and Metal Processing, (1), 40–45. [in Ukrainian].
Sydorchuk, O. M., Mamonova, A. A., Luk’yanchuk, V. V., Gogaev, K. O., Radchenko, O. K., Myronyuk, L. A., Konoval, V. P., Shvedova, G. L., & Myronyuk, D. V. (2020). Cast steel with controlled austenitic transformation during operation, obtained by electroslag remelting. Advances in Materials Science, (1), 77–85. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/materials2020.01.077
Gogaev, K. O., Radchenko, O. K., Sydorchuk, O. M., & Luk’yanchuk, V. V. (2015). Technology for manufacturing stamped steel 40Kh3N5M3F for hot deformation. In Targeted complex program of the NAS of Ukraine “Problems of resource and safety of operation of structures, buildings and machines” (pp. 669–672). Kyiv: Institute of Electric Welding named after E.O. Paton NAS of Ukraine. [in Ukrainian].
Gogaev, K. O. (2016). Research of heat treatment regimes of stamped steel 4Kh3N5M3F. Modern Problems of Physical Materials Science, (25), 105–108. [in Ukrainian].
Sydorchuk, O. M., Gogaev, K. O., Radchenko, O. K., Myronyuk, D. V., Avetisyan, A. I., & Ye, H. (2023). Optimization of heat treatment regimes of steel with controlled austenitic transformation during operation for hot deformation of non-ferrous metals and alloys. In Materials of the LII scientific and technical conference of the divisions of Vinnytsia National Technical University “NTKP VNTU-2023” (pp. 2779–2781). Vinnytsia, Ukraine. [in Ukrainian].
Gogaev, K. O., Sydorchuk, O. M., Radchenko, O. K., & Luk’yanchuk, V. V. (2014). Method of heat treatment of steel for hot pressing (Patent No. 94746, Ukraine UA, MPK S21D 8/00). [in Ukrainian].
Sydorchuk, O. M. (2013). Phase-structural state of steel 40Kh3N5M3F in the process of recrystallization. Modern Problems of Physical Materials Science, (22), 186–188. [in Ukrainian].
Sydorchuk, O. M., Yevych, Ya. I., Myslyvchenko, O. M., Myronyuk, D. V., & Myronyuk, L. A. (2023). Structure and properties of stamped steel for hot deformation of non-ferrous metals and alloys. In Metallic materials, their production and prospects for application in modern industry: Materials of the IX scientific and practical conference of young scientists of Ukraine (pp. 55–57). Kyiv, Ukraine. [in Ukrainian].
Kohout, J. (2021). Modified Arrhenius equation in materials science, chemistry and biology. Molecules, 26(23), 7162. https://doi.org/10.3390/molecules26237162
Luo, X., Han, L., & Gu, J. (2015). Study on austenitization kinetics of SA508 Gr. 3 steel based on isoconversional method. Metals, 6(1), 1–14. https://doi.org/10.3390/met6010008
Chiba, A. (1984). Isothermal transformation kinetics from ferrite to austenite in an Fe-8% Cr alloy. Transactions of the Japan Institute of Metals, 25, 523–530. https://doi.org/10.2320/matertrans1960.25.523
Chen, R., Gu, J., Han, L., & Pan, J. (2013). Austenization kinetics of 30Cr2Ni4MoV steel. Transactions of Materials and Heat Treatment, 34, 170–174.
Esin, V. A., Denand, B., Bihan, L. Q., Dehmas, M., Teixeira, J., Geandier, G., Denis, S., Sourmail, T., & Aeby-Gautier, E. (2014). In situ synchrotron X-ray diffraction and dilatometric study of austenite formation in a multi-component steel: Influence of initial microstructure and heating rate. Acta Materialia, 80, 118–131. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.07.042
MacKenzie, D. S. (2022, June 15). Measuring retained austenite. Gear Solutions. https://gearsolutions.com/departments/hot-seat/measuring-retained-austenite
Gogaev, K. O., Sydorchuk, O. M., Radchenko, O. K., Karpets, M. V., & Pyatachuk, S. G. (2015). Structure and properties of hardened steel 40Kh3N5M3F obtained by electroslag remelting at high temperatures. Metallophysics and Advanced Technologies, 37(12), 1653–1661. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112459. https://doi.org/10.15407/mfint.37.12.1653
Dirnfeld, S. F., Korevaar, B. M., & Spijker, F. V. (1974). The transformation of austenite in a fine-grained tool steel. Metallurgical Transactions, 5(6), 1437–1442. https://doi.org/10.1007/BF02646630
Kvasha, A. V., D'yachenko, V. S., & D'yachenko, S. S. (1988). Effect of grain size on the inhibition of alpha and gamma transformation in continuous heating of steel. Metal Science and Heat Treatment, 30, 259–263. https://doi.org/10.1007/BF00774575
Liu, C., Liu, Y., Zhang, D., et al. (2011). Kinetics of isochronal austenization in modified high Cr ferritic heat-resistant steel. Applied Physics A, 105, 949–957. https://doi.org/10.1007/s00339-011-6517-7
Li, N., Lin, J., Balint, D. S., & Dean, T. A. (2016). Modelling of austenite formation during heating in boron steel hot stamping processes. Journal of Materials Processing Technology, 237, 394–401. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.06.006
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 O. K. Radchenko, O. M. Sydorchuk, Yu. O. Fedoran, M. G. Askerov, K. O. Gogaev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
