Вятский государственный университет (Киров, Россия)

Е. А. Маринин, доцент кафедры информационных технологий в машиностроении, канд. техн. наук, доцент, e.marrini@gmail.com
А. А. Слюдова, ст. преподаватель кафедры материаловедения и основ конструирования
Фу Ифанг, магистрант Института химии и экологии

Целью данной работы является изучение закономерностей формирования механических свойств и структуры среднеуглеродистых конструкционных сталей на примере стали 45 при различных режимах Q&P термической обработки. Современные способы упрочняющей обработки, в частности Q&P (Quenching and Partitioning), способны увеличить ресурс широко используемых среднеуглеродистых сталей с ограниченными механическими свойствами. Эта технология открывает новые возможности в промышленности, решая две ключевые задачи: снижение веса конструкций и повышение их безопасности и долговечности. Микроструктура стали после термообработки Q&P состоит из мартенсита, остаточного аустенита и, в некоторых случаях, бейнита. Мартенсит обладает высокой плотностью дислокаций, что способствует повышению прочности экспериментальной стали, в то время как остаточный аустенит относится к мягкой фазе, а в процессе деформации формируется индуцированная мартенситным превращением пластичность (TRIP). Методика проведенного эксперимента предполагает изменение температуры финишной операции Q&P обработки в диапазоне от 200 до 600 ^оС. Для обеспечения температуры закалочной среды в диапазоне между началом и окончанием мартенситного превращения (230 ^оС) использовался полиметилсилоксан марки ПМС-200. Для получения объективной информации исследования микроструктуры и механических свойств (ударной вязкости) также выполнялись для нормализованных и улучшенных образцов. Показано, что при изменении температуры финишной операции Q&P термической обработки от 200 до 500 ^оС происходит значительное увеличение ударной вязкости с 12,25 Дж/см² до 22 Дж/см²), при этом наблюдается некоторое снижение твердости. При повышении температуры финишной операции Q&P термической обработки до 600 оС наблюдается рост зерна, что приводит к снижению его ударной вязкости (12,75 Дж/см²), то есть происходит ухудшение эксплуатационных характеристик. Установлена эволюция микроструктуры при изменении температуры финишной операции Q&P термической обработки в диапазоне 200–600 ^оС. Структурная смесь мартенсита и остаточного аустенита трансформируется в перлит высокой дисперсности с визуализированными карбидными включениями и незначительным количеством остаточного аустенита.

1. Гуляев А. П. Металловедение: Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1986. – 544 с.
2. Oluyemi D. O., Oluwole O. I. Adewuyi B. O. Studies of the properties of heattreated rolled medium carbon steel // Materials Research. 2011. Vol. 14, pp. 135–141.
3. Tomita Y. Development of fracture toughness of ultrahigh strength, medium carbon, low alloy steels for aerospace applications // International materials reviews. 2000. Vol. 45 (1), pp. 27–37.
4. Попелюх А. И., Тюрин А. Г., Бардин А. И. Повышение свойств стали 30ХГСА созданием смешанной мартенситно-аустенитной структуры // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 12 (798). С. 58–63. DOI 10.30906/mitom.2021.12.58-63
5. De Diego-Calderón I., De Knijf D., Molina-Aldareguia J. M. Effect of Q&P parameters on microstructure development and mechanical behaviour of Q&P steels // Revista de metalurgia. 2015. Vol. 51(1). pp. 10–3989.
6. Seo E. J., Cho L., Estrin Y., De Cooman B. C. Microstructure-mechanical properties relationships for quenching and partitioning (Q&P) processed steel // Acta Materialia. 2016. Vol. 113. pp. 124–139.
7. Speer J., Matlock D. K., De Cooman B. C., Schroth J. G. Carbon partitioning into austenite after martensite transformation // Acta materialia. 2003. Vol. 51 (9), pp. 2611–2622.

8. Matlock D. K., Bräutigam V. E., Speer J. G. Application of the quenching and partitioning (Q&P) process to a medium-carbon, high-Si microalloyed bar steel // In Materials Science Forum. 2003. Vol. 426, pp. 1089–1094.
9. Long X., Yang R., Sun D. (et al). Roles of cooling rate of undercooled austenite on isothermal transformation kinetics, microstructure, and impact toughness of bainitic steel // Materials Science and Engineering: A. 2023. Vol. 870, 144821.
10. Sherby O. D., Wadsworth J., Lesuer D. R., Syn C. K. Revisiting the structure of martensite in iron-carbon steels // Materials transactions. 2008. Vol. 49 (9). pp. 2016–2027.
11. Olson G. B., Azrin M. Transformation behavior of TRIP steels // Metallurgical Transactions A. 1978. Vol. 9 (5). pp. 713–721.
12. Santofimia M. J., Zhao L., Sietsma J. Microstructural evolution of a lowcarbon steel during application of quenching and partitioning heat treatments after partial austenitization // Metallurgical and Materials Transactions A. 2009. Vol. 40 (1). pp. 46–57.
13. Liu H., Lu X., Jin X. (et al). Enhanced mechanical properties of a hot stamped advanced high-strength steel treated by quenching and partitioning process // Scripta Materialia. 2011. Vol. 64 (8). pp. 749–752.
14. De Moor E., Lacroix S., Clarke A. J. (et al). Effect of retained austenite stabilized via quench and partitioning on the strain hardening of martensitic steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 2008. Vol. 39 (11). pp. 2586–2595.
15. Santofimia M. J., Zhao L., Sietsma J. Microstructural evolution of a lowcarbon steel during application of quenching and partitioning heat treatments after partial austenitization // Metallurgical and Materials Transactions A. 2009. Vol. 40 (1), pp. 46–57.
16. ГОСТ 13032-77. Жидкости полиметилсилоксановые. Технические условия. введ. 1979-01-01. – М. : ИПК Издательство стандартов, 1997. – 18 с.
17. DeCooman B. C., Speer J. G. Microstructure-properties relationships in quench and partition (Q&P) steel, implications for automotive antiinstrusion applications // In Proc. 3rd Inter. Conf. on Advanced Structural Steels. 2006. pp. 798-805.
18. Elwazri A. M., Wanjara P., Yue S. The effect of microstructural characteristics of pearlite on the mechanical properties of hypereutectoid steel // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 404 (1–2). pp. 91–98.
19. Li C., Lu D., Li J. (et al). Achievement of enhanced strength and toughness in ductile iron via a heterogeneous microstructure of pearlite and tempered sorbite through heat treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2026.Vol. 1050. p. 182414.
20. Zhu Y., Li Y., Fan H., Feng K. Effects of tempering process on microstructure and mechanical properties of G18NiMoCr3-6 // In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 493. No. 1. pp. 012141.
21. Hall E. O. Variation of hardness of metals with grain size // Nature. 1954. Vol. 173 (4411). pp. 948–949.
22. Brown H. R., Deline V. R., Green P. F. Evidence for cleavage of polymer chains by crack propagation // Nature. 1989. Vol. 341 (6239). pp. 221–222.