Випуски $\rightarrow$ Том 22, випуск 4 (2021)

Еволюція мікроструктури вуглецевих сталей під час поверхневої інтенсивної пластичної деформації

М. О. Васильєв$^1$, Б. М. Мордюк$^{2,1}$, С. М. Волошко$^2$, Д. А. Лесик$^2$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
 $^2$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано 19.06.2021; остаточна версія — 11.11.2021 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Огляд стосується висвітлення сучасних поглядів на еволюцію мікроструктури в конструкційних та інструментальних вуглецевих сталях під час поверхневої інтенсивної пластичної деформації (ІПД). Основну увагу приділено ефектам нанокристалізації в приповерхневій зоні низьковуглецевих сталей (C — 0,05–0,2%), середньовуглецевих сталей (C — 0,35–0,65%) і високовуглецевих сталей (C — 1,0–1,5%). Розглянуто вдосконалені впродовж останніх років методи ІПД металевих поверхонь, такі як ультразвукове ударне оброблення (UIP/UIT), високочастотне ударне оброблення (HFIP), шрото-струменеве оброблення на повітрі (ABSP), механічне оброблення поверхні тертям (SMAT) і лазерне ударне оброблення (LSP). Еволюцію мікроструктури до та після ІПД вивчали за допомогою оптичної мікроскопії (OM), растрової електронної мікроскопії (SEM) та трансмісійної електронної мікроскопії (TEM). Проаналізовано вплив параметрів ІПД на нанокристалічну модифікацію таких основних фазових компонентів вуглецевих сталей, як ферит, перліт і цементит. Представлено атомарний механізм нанокристалізації. Ефект деформаційного зміцнення, спричиненого ІПД, продемонстровано даними щодо профілів зміни мікротвердости біля поверхні.

Ключові слова: вуглецеві сталі, механічне оброблення поверхні, інтенсивна пластична деформація, мікроструктура, нанокристалізація, мікротвердість.

Citation: M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, S. M. Voloshko, and D. A. Lesyk, Microstructure Evolution of the Carbon Steels during Surface Severe Plastic Deformation, Progress in Physics of Metals, 22, No. 4: 562–618 (2021); doi: 10.15407/ufm.22.04.562

Цитована література   
  1. D. Llewellyn, R. Hudd, Steels: Metallurgy and Applications. Elsevier: Butterworth-Heinemann: 1998.
  2. T Islam, H. M.M.A. Rashed, Classification and Application of Plain Carbon Steels, Reference Module in Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2019, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.10268-1
  3. A. Rosochowski, L. Olejnik, Severe plastic deformation for grain refinement and enhancement of properties (Eds. J. Lin, D. Balint, and M. Pietrzyk), Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering, Microstructure Evolution in Metal Forming Processes, Woodhead Publishing, 2012, pp. 114–141, https://doi.org/10.1533/9780857096340.1.114.
  4. R.Z. Valiev and I.V. Aleksandrov, Nanostructured Mater., 12: 35 (1999); https://doi.org/10.1016/S0965-9773(99)00061-6
  5. C.E. Carlton and P.J. Ferreira, Acta Mater., 55: 3749 (2007); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.02.021
  6. M.A. Vasylyev, G.I. Prokopenko, and V.S. Filatova, Usp. Fiz. Met., 5: 345 (2004) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/ufm.05.03.345
  7. V.Е. Panin, А.V. Panin, Physical Mezomechanics, 8: 7 (2005) (in Russian); https://doi.org/10.24411/1683-805X-2005-00092
  8. V.P. Аlеkhin, О.V. Аlekhin, Deform. & Fracture Mater. No. 9: 32 (2008) (in Russian).
  9. M.O. Vasylyev, V.K. Nosenko, I.V. Zagorulko, and S.M. Voloshko, Prog. Phys. Met., 21: 319 (2020); https://doi.org/10.15407/ufm.21.03.319
  10. C.S.Montross, T.Wei, L.Ye, G.Clark, Y.-W. Mai, Int. J. Fatigue 24: 1021 (2002); https://doi.org/10.1016/S0142-1123(02)00022-1
  11. T.O. Olugbade, J. Lu, Nano Mater. Sci. 2:3 (2020); 10.1016/j.nanoms.2020.04.002
  12. V.A. Klimenov, O.N. Nekhoroshkov, P.V. Uvarkin, Zh.G. Kovalevskaya, and Yu.F. Ivanov, Phys. Mesomechanics, 9: 173 (2006)) (in Russian); https://doi.org/10.24411/1683-805X-2006-00074
  13. Ya.N. Otteniy and A.M. Lavrentiev, Izvestiya VSTU, 9: 50 (2017) (in Russian).
  14. C.-M. Suha, G.-H. Song, M.-S. Suh, and Y.-S. Pyoun, Mater. Sci. Eng. A, 443: 101 (2007); https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.08.066
  15. W. Ting, W. Dongpo, L. Gang, G. Baoming, and S. Ningxi, Appl. Surf. Sci., 255: 1824 (2008); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.06.034
  16. Z. Ren, R. Chiang, H. Qin, V.K. Vasudevan, G.L. Doll, Y. Dong, and C. Ye, Wear, 458-459: 203398 (2020); https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203398
  17. X.J. Caoa, Y.S. Pyounb, and R. Murakamia, Appl. Surf. Sci., 256: 6297 (2010); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.04.007
  18. A.V. Panin, O.B. Perevalova, E.A. Sinyakova,Y.I. Pochivalov, M.V. Leontyeva-Smirnova, V.M. Chernov, V.E. Panin, Fiz. Khim. Obrab. Mater. 4: 83 (2011) (in Russian).
  19. Zh. G. Kovalevskaya, Yu. F. Ivanov, O. B. Perevalova, V. A. Klimenov, and P. V. Uvarkin, Phys. Met. Metallogr., 114 (1): 41 (2013); https://doi.org/10.1134/S0031918X12110105
  20. B. Wu, J. Zhang, L. Zhang, Y.-S. Pyoun, and R. Murakami, Appl. Surf. Sci., 321: 318 (2014); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.09.068
  21. W. Zhao, D. Liu, R. Chiang, H. Qin, X.H. Zhang, H. Zhang, J. Liu, Z. Ren, R. Zhang, G.L. Doll, V.K. Vasudevan, Y. Dong, and C. Ye, J. Mater. Process. Technol., 285: 116767 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116767
  22. B.N. Mordyuk, G.I. Prokopenko, P.Yu. Volosevych, L.E. Matokhnyuk, A.V. Byalonovich, and T.V. Popova, Mater. Sci. Eng. A, 659: 119 (2016); https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.02.036
  23. D.A. Lesyk, S. Martinez, B.N.Mordyuk, V.V. Dzhemelinskyi, А. Lamikiz, G.I. Prokopenko, Yu.V. Milman, and K.E. Grinkevych, Surf. Coat. Technol., 328: 344 (2017); http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.08.045
  24. D.A. Lesyk, B.N. Mordyuk, S. Martinez, M.O. Iefimov, V.V. Dzhemelinskyi, and А. Lamikiz, Surf. Coat. Technol., 401: 126275 (2020); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126275
  25. G. Liu, S.C. Wang, X.F. Lou, J. Lu, and K. Lu, Scripta Mater., 44: 1791 (2001); https://doi.org/10.1016/S1359-6462(01)00738-2
  26. M. Umemoto, Y. Todaka, and K. Tsuchiya, Mater. Trans., 44(7): 1488 (2003); https://doi.org/10.2320/matertrans.44.1488
  27. Y.I. Babei, V.N. Maksimovich, Z.D. Maksimishin, L. V. Khomlyak, I. V. Gurei, T. N. Kalichak and E. N. Novosad, Mater Sci 21: 476 (1985); https://doi.org/10.1007/BF01147599
  28. S. Han, S.N. Melkote, M.S. Haluska, T.R. Watkins, Mater. Sci. Eng. A 488: 195 (2008); https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.11.081
  29. H. Nykyforchyn, V. Kyryliv, O. Maksymiv, Z. Slobodyan and O. Tsyrulnyk, Nanoscale Res. Lett. 11, 51 (2016); https://doi.org/10.1186/s11671-016-1266-3
  30. V.G. Efremenko, Yu.G. Chabak, K. Shimizu, A.G. Lekatou, V.I. Zurnadzhy, A.E. Karantzalis, H. Halfa, V.A. Mazur and B.V. Efremenko, Mater. Design 126: 278 (2017); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.04.022
  31. L. Zhou, G. Liu, Z. Han, and K. Lu, Scripta Mater., 58: 445 (2008); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.10.034
  32. L. Zhou, G. Liu, X.L. Ma, and K. Lu, Acta Mater., 56: 78 (2008); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.09.003
  33. V.N. Gridnev and V.G. Gavriljuk, Phys. Met., 4: 74 (1982) (in Russian).
  34. V.G. Gavriljuk, Mater. Sci. Eng. A, 345: 81 (2003); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00358-1
  35. D. Li, H.N. Chen, and H. Xu, Appl. Surf. Sci., 255: 3811 (2009); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.037
  36. L. Zhou, G. Liu, X.L. Ma, and K. Lu, Acta Mater. 56: 78 (2008); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.09.003
  37. W.B. Lee, K.T. Cho, K.H. Kim, K.I. Moon, and Y. Lee, Mater. Sci. Eng. A, 527: 5852 (2010); https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.05.083
  38. E. Maleki, O. Unal, and K.R. Kashyzadeh, Surf. Coat. Technol., 344: 62 (2018); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.081
  39. S. Singh, K.K. Pandey, S.K. Bose, and A.K. Keshri, Surf. Coat. Technol., 396: 125964 (2020); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125964
  40. E. Maleki, O. Unal, K.R. Kashyzadeh, S. Bagherifard, and M. Guagliano, Appl. Surf. Sci. Adv., 4: 100071 (2021); https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2021.100071
  41. L. Petan, J. Grum, J.A. Porro, J.L. Ocaña, and R. Šturm, Metals 9: 1217 (2019); https://doi.org/10.3390/met9121271
  42. D.A. Lesyk, H. Soyama, B.N. Mordyuk, V.V. Dzhemelinskyi, S. Martinez, N.I. Khripta, and A. Lamikiz, J. Mater. Eng. Perform., 28: 5307 (2019); https://doi.org/10.1007/s11665-019-04273-y
  43. D. Karthik, S. Kalainathan, and S. Swaroop, Surf. Coat. Technol., 278: 138 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.08.012
  44. J.Z. Lu, K.Y. Luo, F.Z. Dai, J.W. Zhong, L.Z. Xu, C.J. Yang, L. Zhang, Q.W. Wang, J.S. Zhong, D.K. Yang, and Y.K. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 536: 57 (2012); https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.12.053
  45. Y. Hu and Z. Yao, Surf. Coat. Technol., 202: 1417 (2008); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.07.008
  46. C. Ye, S. Suslov, B.J. Kim, E.A. Stach, and G.J. Cheng, Acta Mater., 59: 1014 (2011); http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2010.10.032
  47. Y. Liao, S. Suslov, C. Ye, and G.J. Cheng, Acta Mater., 60: 4997 (2012); http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2012.06.024
  48. H. Chen, A. Feng, J. Li, T. Jia, and Y. Liu, J. Mater. Eng. Perform. 28: 2522 (2019); https://doi.org/10.1007/s11665-019-04034-x
  49. S. Prabhakaran, S. Kalainathan, P. Shukla, and V.K. Vasudevan, Pre-prints, 2018040362 (2018); http://dx.doi.org/10.20944/preprints201804.0362.v1
  50. P. Ganesh, R. Sundar, H. Kumar, R. Kaul, K. Ranganathan, P. Hedaoo, G. Raghavendra, S. Anand Kumar, P. Tiwari, D.C. Nagpure, K.S. Bindra, L.M. Kukreja, and S.M. Oak, Mater. Des., 54: 734 (2014); http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.08.104

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,