Анализ микроструктуры графитизированной стали после деформации сжатием в условиях комнатной температуры методом дифракции обратно рассеяных электронов

Графитизированная сталь привлекает особое внимание благодаря высокой стойкости против износа, повышенной обрабатываемости резанием и хорошей деформированности при холодной обработке давлением. В работе проведена пластическая деформация сжатием при комнатной температуре графитизированной стали (0,43 % C) с ферритно-графитной микроструктурой на универсальной испытательной машине. Изучены микроструктуры деформированных образцов с использованием методики анализа картин дифракции обратно рассеянных электронов (Electron Back-Scattered Diffraction – EBSD). Исследована эволюция морфологии микроструктуры, текстуры, распределения средних локальных разориентировок (Kernel Average Misorintations – KAM) и фактора Тейлора в зоне больших деформаций сжатого образца с различной степенью деформации. Результаты показывают, что исследуемая сталь обладает хорошей способностью к пластической деформации сжатием. С увеличением степени деформации зерна феррита и включения графита вытягиваются в направлении, перендикулярном оси сжатия, и постепенно переходят из изометрической формы в волокнистую. Ориентировка зерен феррита в матрице очевидна, а ориентировка зерен феррита вокруг включений графита неочевидна, т. е. количество зерен, ориентированных на <100>, <111> в матрице намного больше, чем вокруг включений графита. Кроме того, средняя локальная разориентировка и фактор Тейлора в области больших деформаций образцов сжатия показывают, что степень деформации ферритных зерен вокруг включений графита меньше, чем вокруг зерен феррита в матрице. Причина этого сводится к тому, что мягкое включение графита может уменьшать степень скопления дислокаций.

1. Inam A., He K., Edmonds D. Graphitisation: A potential new route to free-machining steels // HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 and Offshore Engineering Steels 2015. Springer, Cham. 2016. P. 817–822. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48767-0_101

2. Inam A., Brydson R., Edmonds D.V. Effect of starting microstructure upon the nucleation sites and distribution of graphite particles during a graphitising anneal of an experimental medium-carbon machining steel // Materials Characterization. 2015. Vol. 106. P. 86–92. http://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.05.014

3. He K., Daniels H.R., Brown A., Brydson R., Edmonds D.V. An electron microscopic study of spheroidal graphite nodules formed in a medium-carbon steel by annealing // Acta Materialia. 2007. Vol. 55. No. 9. P. 291–2927. http://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.12.029

4. He K., Brown A., Brydson R., Edmonds D. Analytical electron microscope study of the dissolution of the Fe3C iron carbide phase (cementite) during a graphitisation anneal of carbon steel // Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41. No. 16. P. 5235–5241. http://doi.org/10.1007/s10853-006-0588-4

5. Sueyoshi H., Ohshige T., Suenaga K., Tanaka R. Machinability of hypo-eutectoid graphitic steels // Journal of the Japan Institute of Metals. 1988. Vol. 52. No. 12. P. 1285–1292. http://doi.org/10.2320/jinstmet1952.52.12_1285

6. Sueyoshi H., Suenaga K., Tanaka R. Cold forgeability and machinability after cold forging of hypo-eutectoid graphitic steels // Journal of the Japan Institute of Metals. 1989. Vol. 53. No. 2. P. 206–211. http://doi.org/10.2320/jinstmet1952.53.2_206

7. Iwamoto T., Hoshino T. Bar and wire steels for gears and valves of automobiles – Eco-friendly free cutting steel without lead addition // JFE Technical Report. 2004. No. 4. P. 74–80.

8. Hoshino T., Matsuzaki A., Amano K., Kawaberi M. A newly developed unleaded free cutting steel which has both of high fatigue strength and excellent machinability using graphitization of carbon in the steel // Materia Japan. 2003. Vol. 42. No. 2. P. 163–165. https://doi.org/10.2320/materia.42.163

9. Mokhtari A., Rashidi A.M. The transformation of CK45 steel to the dual phase graphite steel and the study of its microstructure // Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences. 2015. Vol. 5. No. S2. P. 1749–1753.

10. Rounaghi S.A., Kiani-Rashid A.R. A study on graphitisation acceleration during annealing of martensitic hypereutectoid steel // Phase Transitions. 2011. Vol. 84. No. 11-12. P. 981–991. http://doi.org/10.1080/01411594.2011.563153

11. Rounaghi S.A., Kiani-Rashid A.R. The effect of quenching media and annealing temperature on graphitization transformation kinetic of CK100 tool steel // International Journal of Iron and Steel Society of Iran. 2011. Vol. 8. No. 1. P. 34–38.

12. Kiani-Rashid A.R., Bozchalooi G.I., Azzat-pour H.R. The influence of annealing temperature on the graphitisation of CK 45 Steel // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 475. No. 1-2. P. 822–826. http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.08.024

13. Zhang Y.-J., Han J.-T., Wang Q.-L., Zhu C., Jin Y.-C. Research and development of graphitized hypoeutectoid free cutting steel // Iron and Steel (Peking). 2008. Vol. 43. No. 8. P. 73–76.

14. Zhang Y.-J., Han J.-T., Wang Q.-L., etc. Microstructure and properties of medium-carbon steel with graphite // Materials for Mechanical Engineering. 2008. Vol. 32. No. 10. P. 48–51.

15. Zhang Y.-J., Han, J.-T., Wang Q.-L., Zhu C., Jin Y.-C. Graphitization process of medium-carbon steel // Materials Science and Technology. 2009. Vol. 17. No. 6. P. 750–753.

16. Zhang, Y., Han J., Wang H. Graphitization kinetic of hypoeutectoid graphitized free cutting steel // Applied Mechanic and Materials. 2011. Vol. 143-144. P. 508–510. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.143-144.508

17. Zhang Y.-J., Han J. Hot deformation resistance of graphitized free cutting steel // Journal of Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 33. No. 1. P. 13–16.

18. Yin Y.-Y., Fang F., Yan X., Zhu C.-M., Chen W., Luo G.-H., Guan J.-S. Microstructure and properties of environmental graphitized freecutting steel // Transactions of Materials and Heat Treatment. 2013. Vol. 34. No. 4. P. 133–137.

19. Gao J.X., Wei B.Q., Li D.D., He K. Nucleation and growth characteristics of graphite spheroids in bainite during graphitization annealing of a medium carbon steel // Materials Characterization. 2016. Vol. 118. P. 1–8. http://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.05.003

20. Zhang Zheng, Li Ruiwu, Ma Kexin, etc. Effect of medium temperature deformation on graphitization of 45 steel // Journal of University of Science and Technology Liaoning. 2018. Vol. 41. No. 5. P. 351–356.