The morphology of the carbides in high-carbon alloys such as damascus steel

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Analysis of changes in the morphology of carbides of the unalloyed high-carbon alloys such as damascus steel depending on the degree of supercooling of the melt, treatment and plastic deformation is conducted. It is shown that the crystallization process of the alloy with high carbon content (2.25 % C) at high degrees of supercooling is characterized by features typical for high-carbon steel. It is shown that the hot deformation of damascus steel with the structure of Widmannstätten cementite does not lead to its crushing. Plates of Widmannstätten cementite split into separate layers with a thickness 0.6…1.0 μm. However, the formation of such materials’ structure does not provide good cutting properties of the tool. Formation of ledeburite structure which is similar to ledeburite of white cast iron is found after high temperature annealing of the initial structure at 1150 °C for 2 hours. Two competing processes of forming proeutectoid carbides at strain of damascus steel, associated with spherodization and particles faceting, are determined. Three alternatives of the formation of eutectic carbides with faceted prismatic shape in iron-carbon alloys are considered. One of them involves thermal division of plates of secondary cementite or ledeburite cementite into separate microvolumes. The second alternative involves crushing of cementite crystals during deformation of the material and the formation of angular fragments. The third option is based on the conversion of metastable ledeburite cementite into stable carbides having prismatic morphology. It is shown that carbide heterogeneity in the unalloyed high-carbon steels such as damaskus is an aggregate of large faceted eutectic carbides with prismatic shape. It is expected that the formation of proeutectoid cementite with faceted prismatic form will have positive effect on the properties of cutting tool.

About the authors

D. A Sukhanov

ASK-MSC Company

Email: suhanov7@mail.ru
8, Nauchny proezd, build. 1, Moscow, 117246, Russian Federation

L. B Arkhangelskiy

MOO "Soyuz Kuznetsov"

Email: tigram.korolev@mail.ru
6, Tamozhennyi proezd, Moscow, 111033, Russian Federation

N. V Plotnikova

Novosibirsk State Technical University

Email: n.plotnikova@corp.nstu.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Русские ученые-металловеды / общ. ред. и вступ. очерки Д.М. Нахимова и А.Г. Рахштадта. - М.: Машгиз, 1951. - 504 c.
  2. Гаев И.С. Булат и современные железоуглеродистые сплавы // МиТОМ. - 1965. - № 9. - С. 17-24.
  3. Электронно-микроскопические исследования булатной стали / Ф.Н. Тавадзе, Б.Г. Амаглобели, Г.В. Инанишвили, Т.В. Этерашвили // Сообщения АН ГССР. - 1984. - № 3. - С. 601-604.
  4. Радиационная повреждаемость и свойства сплавов / Г.Г. Бондаренко, Н.Б. Кириллов, А.М. Паршин, А.Н. Тихонов. - СПб.: Политехника, 1995. - 300 с.
  5. Гуревич Ю.Г. Инструмент из булатной стали // Технология машиностроения. - 2007. - № 12. - С. 35-37.
  6. Архангельский Л.Б. Секреты булата. - М.: Металлургиздат, 2007. - 164 с. - ISBN 978-5-902194-23-1.
  7. Счастливцев В.М., Герасимов В.Ю., Родионов Д.П. Структура трех златоустовских булатов // Физика металлов и металловедение. - 2008. - Т. 106, № 2. - С. 182-188.
  8. Таганов И. Закат легенд о булате // Калашников. Оружие, боеприпасы, снаряжение. - 2009. - № 11. - С. 92-97.
  9. Структура булата / В.М. Счастливцев, В.Н. Урцев, А.В. Шмаков, В.Н. Дегтярев, А.Я. Наконечный, Е.Д. Мокшин, И.Л. Яковлева // Физика металлов и металловедение. - 2013. - Т. 114, № 7. - С. 650-657. - doi: 10.7868/S0015323013070103.
  10. Verhoeven J.D., Pendray A.H., Gibson E.D. Wootz damascus steel blades // Materials Characterization. - 1996. - Vol. 37, iss. 1. - Р. 9-22. - doi: 10.1016/S1044-5803(96)00019-8.
  11. Wadsworth J., Sherby O.D. Response to Verhoeven comments on Damascus steel // Materials Characterization. - 2001. - Vol. 47. - P. 163-165. - doi: 10.1016/S1044-5803(01)00184-X.
  12. Barnett M.R., Sullivan A., Balasubramaniam R. Electron backscattering diffraction analysis of an ancient wootz steel blade from central India // Materials Characterization. - 2009. - Vol. 60, iss. 4. - P. 252-260. - doi: 10.1016/j.matchar.2008.10.004.
  13. Суханов Д.А. Булат - нелегированная сталь карбидного класса // Металлург. - 2014. - № 2. - С. 93-96.
  14. Sukhanov D.A., Arkhangelskiy L.B. Damascus steel microstructure // Metallurgist. - 2016. - Vol. 59, iss. 9. - P. 818-822. - doi: 10.1007/s11015-016-0178-x.
  15. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1968. - 568 с.
  16. Нижниковская П.Ф. Карбидные превращения в эвтектиках железоуглеродистых сплавов // Известия Академии наук СССР. Металлы. - 1982. - № 6. - С. 105-110.
  17. Влияние деформации и отжига на структуру эвтектического цементита / Ю.Н. Таран, П.Ф. Нижниковская, Е.В. Пирогова, Т.М. Миронова, А.А. Бурбелко // Известия вузов. Черная металлургия. - 1991. - № 3. - С. 76-78.
  18. Кремнев Л.С., Заболоцкий В.К. Крупные карбиды в структуре быстрорежущих сталей // МиТОМ. - 1969. - № 1. - С. 54-56.
  19. Буров С.В., Худорожкова Ю.В., Рыжков М.А. Особенности распада аустенита при непрерывном охлаждении перегретой заэвтектоидной стали // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2013. - № 4 (61). - С. 65-70.
  20. Особенности превращения первородного аустенита белого чугуна при охлаждении / К.П. Бунин, И.Е. Лев, М.И. Притоманова, М.Ф. Евсюков // Известия вузов. Черная металлургия. - 1969. - № 2. - С. 121.
  21. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали. - М.: Металлургиздат, 1958. - 206 с.
  22. Плотникова Н.В. Роль морфологии цементита в обеспечении конструктивной прочности углеродистых заэвтектоидных сталей: автореф. дис. … канд. техн. наук. - Новосибирск, 2004. - 19 с.
  23. Бунин К.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна. - М.: Металлургия, 1969. - 415 с.
  24. Таран Ю.Н., Новик В.И. Строение цементита белого чугуна // Литейное производство. - 1967. - № 1. - С. 34-38.
  25. Нижниковская П.Ф. Структура и пластичность железоуглеродистых сплавов эвтектического типа // МиТОМ. - 1984. - № 9. - С. 5-9.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


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

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).