Formation of heterogeneous iron-carbon alloys structure by sintering of dissimilar steels particles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The objective of the study was to investigate the relationship between the microstructure of the compositions and the sintering conditions. Spark plasma sintering of dissimilar steels particles (Fe-0.8C and Fe-0.12C-18Cr-10Ni-1Ti with pearlite and austenite structures, respectively) is implemented to form heterophase iron-carbon alloys. Several sintering conditions with different temperature (1000 and 1100 oC) and sintering time (5 to 25 minutes) are used. All obtained compositions are characterized by the absence of pores. Correlation of the heterogeneous microvolumes is close to 1:1. The main methods of structural research in the work are light microscopy and scanning electron microscopy. Microhardness testing is also carried out. The experimental results presented in the study clearly show that basic structural components in the obtained compositions are austenite, pearlite, ferrite, martensite, as well as chromium carbides. It is found that in the zones of interaction between heterogeneous particles the transitional chemical composition areas are formed. The chromium content reaches 6-8 % wt. and nickel - 2-3 % wt. in these areas. The maximum thickness of such areas at the sintering temperature of 1000 °C is less than 10 microns and at 1100 °C its width reaches 20 micron. This chemical composition of the intermediate areas leads to the appearance of austenitic-martensitic structure after cooling with microhardness level about 600-900 HV.

About the authors

A. A Nikulina

Novosibirsk State Technical University

Email: a.nikulina@corp.nstu.ru
20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.
  2. Rosenberg G., Sinaiová I., Juhar Ľ. Effect of microstructure on mechanical properties of dual phase steels in the presence of stress concentrators // Materials Science & Engineering: A. - 2013. - Vol. 582. - P. 347-358. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2013.06.035.
  3. Ultrahigh strength martensite-austenite dual-phase steels with ultrafine structure: the response to indentation experiments / R.D.K. Misra, P. Venkatsurya, K.M. Wu, L.P. Karjalainen // Materials Science & Engineering: A. - 2013. - Vol. 560. - P. 693-699. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2012.10.015.
  4. Damage and fracture of dual-phase steels: influence of martensite volume fraction / Q. Lai, O. Bouaziz, M. Gouné, L. Brassart, M. Verdier, G. Parry, A. Perlade, Y. Bréchet, T. Pardoen // Materials Science & Engineering: A. - 2015. - Vol. 646. - P. 322-331. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.08.073.
  5. Paul S.K., Stanford N., Hilditch T. Effect of martensite morphology on low cycle fatigue behaviour of dual phase steels: experimental and microstructural investigation // Materials Science & Engineering: A. - 2015. - Vol. 644. - P. 53-60. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.07.044.
  6. Abid N.H., Abu Al-Rub R.K., Palazotto A.N. Computational modeling of the effect of equiaxed heterogeneous microstructures on strength and ductility of dual phase steels // Computational Materials Science. - 2015. - Vol. 103. - P. 20-37. - doi: 10.1016/j.commatsci.2015.02.051.
  7. Deformation and fracture mechanisms in fine- and ultrafine-grained ferrite/martensite dual-phase steels and the effect of aging / M. Calcagnotto, Y. Adachi, D. Ponge, D. Raabe // Acta Materialia. - 2011. - Vol. 59. - P. 658-670. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.08.073.
  8. Maresca F., Kouznetsova V.G., Geers M.G.D. Deformation behaviour of lath martensite in multi-phase steels // Scripta Materialia. - 2016. - Vol. 110. - P. 74-77. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.08.004.
  9. Radwański K. Structural characterization of low-carbon multiphase steels merging advanced research methods with light optical microscopy // Archives of Civil and Mechanical Engineering. - 2016. - Vol. 16. - P. 282-293. - doi: 10.1016/j.acme.2015.12.001.
  10. Super strong and highly ductile low alloy multiphase steels consisting of bainite, ferrite and retained austenite / A. Varshney, S. Sangal, S. Kundu, K. Mondal // Materials & Design. - 2016. - Vol. 95. - P. 75-88. - doi: 10.1016/j.matdes.2016.01.078.
  11. Hudgins A.W., Matlock D.K. The effects of property differences in multiphase sheet steels on local formability // Materials Science & Engineering: A. - 2016. - Vol. 654. - P. 169-176. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.12.035.
  12. Role of microstructure in the low cycle fatigue of multi-phase steels / T. Hilditch, H. Beladi, P. Hodgson, N. Stanford // Materials Science and Engineering: A. - 2012. - Vol. 534. - P. 288-296. - doi: 10.1016/j.msea.2011.11.071.
  13. Wiewiórowska S., Muskalski Z. The application of low and medium carbon steel with multiphase TRIP structure in drawing industry // Procedia Manufacturing. - 2015. - Vol. 2. - P. 181-185.
  14. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Конструкционные двухфазные стали // Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. - 1983. - Т. 17. - С. 64-120.
  15. Батаева З.Б. Повышение конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей путем формирования анизотропной гетерофазной структуры в условиях горячей и холодной пластической деформации: дис. … канд. техн. наук. - Новосибирск, 2003. - 206 с.
  16. Microstructures and mechanical properties of dual phase steel produced by laboratory simulated strip casting / Z.P. Xiong, A.G. Kostryzhev, N.E. Stanford, E.V. Pereloma // Materials and Design. - 2015. - Vol. 88. - P. 537-549. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2015.09.031.
  17. Microstructure and mechanical properties of dual phase strip steel in the overaging process of continuous annealing / C.Sh. Li, Z.X. Li, Y.M. Cen, B. Ma, G. Huo // Materials Science & Engineering: A. - 2015. - Vol. 627. - P. 281-289. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2014.12.109.
  18. Microstructure and mechanical properties of high strength and high toughness micro-laminated dual phase steels / M.D. Zhang, J. Hu, W.Q. Cao, H. Dong // Materials Science & Engineering: A. - 2014. - Vol. 618. - P. 168-175. - doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2014.08.073.
  19. Goto S., Kami C., Kawamura S. Effect of alloying elements and hot-rolling conditions on microstructure of bainitic-ferrite/martensite dual phase steel with high toughness // Materials Science & Engineering: A. - 2015. - Vol. 648. - P. 436-442. - doi: 10.1016/j.msea.2015.09.093.
  20. Nanostructured/ultrafine multiphase steel with enhanced ductility obtained by mechanical alloying and spark plasma sintering of powders / C. Menapace, I. Lonardelli, M. Tait, A. Molinari // Materials Science and Engineering: A. - 2009. - Vol. 517. - P. 1-7. - doi: 10.1016/j.msea.2009.03.021.
  21. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: a review of the spark plasma sintering method // Journal of Materials Science. - 2006. - Vol. 41. - P. 763-777. - doi: 10.1007/s10853-006-6555-2.
  22. Mariappan R., Kumaran S., Srinivasa Rao T. Effect of sintering atmosphere on structure and properties of austeno-ferritic stainless steels // Materials Science and Engineering: A. - 2009. - Vol. 517. - P. 328-333.
  23. Activated sintering of P/M duplex stainless steel powders / J. Kaziora, M. Nykiel, T. Pieczonka, T. Marcu Puscas, A. Molinari // Journal of Materials Processing Technology. - 2004. - Vol. 157-158. - P. 712-717. - doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.07.140.
  24. Simchi A., Rota A., Imgrund P. An investigation on the sintering behavior of 316L and 17-4PH stainless steel powders for graded composites // Materials Science and Engineering: A. - 2006. - Vol. 424. - P. 282-289. - doi: 10.1016/j.msea.2006.03.032.
  25. Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. - М.: Металлургия, 1987. - 128 с.
  26. Omori M. Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS) // Materials Science and Engineering: A. - 2000. - Vol. 287. - P. 183-188. - doi: 10.1016/S0921-5093(00)00773-5.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».