zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-6-30-36zldm-1004Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТО-БЕЙНИТНОГО КЛАССА И НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ РЕЖИМОВ ТЕРМООБРАБОТКИ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМSTUDY OF THE MICROSTRUCTURE OF MARTENSITE-BAINITE STEELS AND NICKEL ALLOYS WHEN MODELING HEAT TREATMENT MODES USING A DILATOMETRIC METHODЛебедеваН. В.LebedevaN. V.

191015, С.-Петербург, ул. Шпалерная 49

ul. Shpalernaya 49, St. Petersburg, 191015

mail@crism.ruМарковаЮ. М.MarkovaYu. M.

191015, С.-Петербург, ул. Шпалерная 49

ul. Shpalernaya 49, St. Petersburg, 191015

ЗизаА. И.ZizaA. I.

191015, С.-Петербург, ул. Шпалерная 49

ul. Shpalernaya 49, St. Petersburg, 191015

АнисимовД. М.AnisimovD. M.

191015, С.-Петербург, ул. Шпалерная 49

ul. Shpalernaya 49, St. Petersburg, 191015

Центральный НИИ конструкционных материалов «Прометей» имени И. В. Горынина НИЦ «Курчатовский институт»РоссияNRC “Kurchatov Institute” — CRISM “Prometey”Russian Federation2019090720198563036Copyright © Лебедева Н.В., Маркова Ю.М., Зиза А.И., Анисимов Д.М., 20192019Лебедева Н.В., Маркова Ю.М., Зиза А.И., Анисимов Д.М.Lebedeva N.V., Markova Y.M., Ziza A.I., Anisimov D.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1004

Представлены результаты исследований с использованием дилатометров DIL 805A/D (TA Instruments) и DIL 402C (Netzsch). Дилатометрический анализ позволяет не только определять температурный коэффициент линейного расширения и температуры фазовых переходов, оценивать кинетику превращений, но также моделировать режимы термической обработки, выявлять с помощью вакуумного травления размеры бывшего аустенитного зерна, совершенствовать технологии термической и термомеханической обработок сталей и сплавов. Для сталей мартенситного и мартенсито-бейнитного классов (38ХМА, 38ХН3МФА, 20Х3НМФА) приведены режимы вакуумного травления в камере дилатометра, оценено влияние термодеформационных параметров на размер аустенитного зерна, показана эффективность метода при определении размеров зерна в сравнении с традиционными способами травления. При моделировании режимов термической обработки дилато-метрическим методом исследовали также микроструктуру никелевого сплава ХН55МВЦ (ЧС57). Показаны изменения размера и морфологии зеренной структуры материала на разных этапах его обработки. Результаты исследований использовали для корректировки действующих режимов термообработки, что позволило получить равномерную мелкозернистую структуру. Комплексное применение дилатометрического и металлографического анализов после вакуумного травления материала повышает экономическую эффективность получения требуемой микроструктуры с помощью термической и термомеханической обработок заготовок.

We present the results obtained using the equipment available at the Center for collective use “Composition, structure, properties of structural and functional alloys” NRC “Kurchatov Institute” — CRISM “Prometey”: DIL 805A/D (TA Instruments) and DIL 402C (Netzsch) dilatometers. Dilatometric analysis which provides determination of the temperature coefficient of linear expansion and the temperature of phase transitions, as well as evaluation of the transformation kinetics, can also allow simulation of heat treatment modes to identify the size of the former austenitic grain using vacuum etching and conduct the research aimed at improving the technology of thermal and thermomechanical processing (TMO) of steels and alloys. The experiments were carried out both in vacuum and in dynamic helium atmosphere. The main methodological difficulties that we have faced with are described. For steels of martensite and martensite-bainite class (38KhMA, 38KhN3MFA, 20Kh3NMFA) conditions of vacuum etching in the chamber of the dilatometer are specified. The efficiency of the method for martensite-bainite steels in determination of the grain size compared to traditional methods of etching is deminstrated. The effect of thermodeformation parameters on the size of austenitic grain is estimated. When modeling the heat treatment modes by the dilatometric method, the microstructure of KhN55MVTs nickel alloy was also analyzed. Changes in the size and morphology of the grain structure at different stages of heat treatment are revealed. The obtained results were used to adjust the current modes of heat treatment and obtain a uniform fine-grained structure. The combined application of dilatometric and metallographic analyzes after vacuum etching of the material decreases the production costs attributed to obtaining the desired microstructure upon thermal and thermomechanical processing of the products and blanks.

вакуумное травлениедилатометрияокислениемоделирование термообработкидеформационно-закалочный дилатометрмикроструктурафазовые превращенияvacuum etchingdilatometryoxidationmodeling of heat treatmentdeformation-quenching dilatometermicrostructurephase transformationsReferencesЛякишев Н. П. Энциклопедический словарь по металлургии — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. — 412 с.Lyakishev N. P. Encyclopedic dictionary on metallurgy. Vol. 1. — Moscow: Intermet Inzhiniring, 2000. — 412 p. [in Russian].Барахтин Б. К., Немец А. М. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения: Справочник. — СПб.: Профессионал, 2006. — 490 с.Barakhtin B. K., Nemets A. M. Metals and alloys. Analysis and research. Physico-analytical methods for the study of metals and alloys. Nonmetallic inclusions: a Handbook. — St. Petersburg: Professional, 2006. — 490 p. [in Russian].Сошина Т. В., Зисман А. А., Хлусова Е. И. Выявление бывших зерен аустенита методом термического травления в вакууме при имитации ТМО низкоуглеродистых сталей / Металлург. 2013. № 2. С. 63 - 70.Soshina T. V, Zisman A. A., Khlusova E. I. Identification of former austenite grains by thermal etching in a vacuum when simulating durability of low carbon steels / Metallurg. 2013. N 2. P 63 - 70 [in Russian].Сергиенко О. С., Лунев В. В., Бялик Г. А. Применение вакуумного и цветного травления для изучения микроструктуры титановых альфа-сплавов / Письма о материалах. 2014. Т. 4. № 3. С. 202 - 204.Sergienko O. S., Lunev V V, Byalik G. A. The use of vacuum and color etching to study the microstructure of titanium alpha alloys / Pisma Mater. 2014. Vol. 4. N 3. P 202 - 204 [in Russian].Зисман А. А., Сошина Т. В., Хлусова Е. И. Выявление бывших аустенитных зерен и анализ кинетики метадинамической рекристаллизации аустенита низкоуглеродистой стали в условиях горячей прокатки / Письма о материалах. 2012. Т. 2. № 1. С. 3 - 8.Zisman A. A., Soshina T. V, Khlusova E. I. Detection of former austenitic grains and analysis of the kinetics of the metadynamic recrystallization of austenite low carbon steel in hot rolling conditions / Pisma Mater. 2012. Vol. 2. N 1. P 3 - 8 [in Russian].Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. — М.: Техносфера, 2004. — 384 с.Brandon D., Kaplan W. The microstructure of materials. Research and control methods. — Moscow: Tekhnosfera, 2004. — 384 p. [Russian translation].Пат. 2543587 С2 РФ, МПК51 C22C 19/05. Жаропрочный сплав на никелевой основе / Орыщенко А. С., Карзов Г. П., Кудрявцев А. С., Трапезников Ю. М., Артемьева Д. А., Охапкин К. А; заявитель и патентообладатель ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей». — № 2013131939/02; заявл. 09.07.2013; опубл. 10.03.2015. Бюл. № 7.RF Pat. 2543587 S2, MPK51 C22C 19/05. Heat resistant nickel base alloy / Oryshchenko A. S., Karzov G. P, Kudryavtsev A. S., Trapeznikov Yu. M., Artem’eva D. A., Okhapkin K. A; applicant and owner FGUP “CNII KM “Prometei”. — 1 2013131939/02; appl. 09.07.2013; publ. 10.03.2015. Byull. N 7 [in Russian].Охапкин К. А., Кудрявцев А. С., Груздев Д. А. и др. Анализ физико-математической модели и разработка рекомендаций по схеме деформирования крупногабаритных поковок из сплава марки ХН55МВЦ-ИД / Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2016. № 1(238). С. 122 - 128.Okhapkin K. A., Kudryavtsev A. S., Gruzdev D. A., et al. Analysis of the physical and mathematical model and the development of recommendations for the deformation scheme of large-sized forgings made of alloy KhN55MVZ / Nauch.-Tekhn. Vedom. SPbPU. Estestv. Inzh. Nauki. 2016. N 1(238). P 122 - 128 [in Russian].Кудрявцев А. С., Охапкин К. А. Влияние металлургических дефектов на механические свойства сплава ХН55МВЦ (ЧС57) / Металлург. 2016. № 9. С. 95 - 100.Kudryavtsev A. S., Okhapkin K. A. Effect of metallurgical defects on the mechanical properties of the alloy KhN55MVZ / Metallurg. 2016. N 9. P 95 - 100 [in Russian].Morito S., Saito H., Ogawa T., et al. Effect of austenite grain size on the morphology and crystallography of lath martensite in low carbon steels / ISIJ international. 2005. Vol. 45. N 1. P. 91 - 94.Morito S., Saito H., Ogawa T., et al. Effect of austenite grain size on the morphology and crystallography of lath martensite in low carbon steels / ISIJ international. 2005. Vol. 45. N 1. P 91 - 94.Morris J. The influence of grain size on the mechanical properties of steel. Lawrence Berkeley National Lab. — Berkeley, CA (USA). 2001. — 8 p.Morris J. The influence of grain size on the mechanical properties of steel. Lawrence Berkeley National Lab. — Berkeley, CA (USA). 2001. — 8 p.Солнцев Ю. П., Ермаков Б. С., Слепцов О. И. Материалы для низких и криогенных температур. — СПб.: Химиздат, 2008. — 768 с.Solntsev Yu. P., Ermakov B. S., Sleptsov O. I. Materials for low and cryogenic temperatures. — St. Petersburg: Khimizdat, 2008. — 768 p. [in Russian].Ziza A. I., Tsukanov V V Optimization of Thermal and De-formation Effect during Plastic Deformation and Thermal Treatment of Hot Rolled Heavy Wall Pipes Made of Medium Carbon Martensitic Steel / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2017. Vol. 287. N 1. P. 12 - 15.Ziza A. I., Tsukanov V V Optimization of Thermal and Deformation Effect during Plastic Deformation and Thermal Treatment of Hot Rolled Heavy Wall Pipes Made of Medium Carbon Martensitic Steel / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2017. Vol. 287. N 1. P 12 - 15.Цуканов В. В., Зиза А. И. Совершенствование режимов термообработки стали марок 35ХН3МФА и 38ХН3МФА с целью повышения сопротивляемости хрупкому разрушению. 2. Применение двукратного отпуска / Вопросы материаловедения. 2015. № 3. С. 7 - 13.Tsukanov V V, Ziza A. I. Improving the heat treatment of steel grades 35Kh3MFA and 38KhN3MFA in order to increase the resistance to brittle fracture. 2. The use of double temper / Vopr. Materialoved. 2015. N 3. P 7 - 13 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.