Фазовый состав нержавеющей стали, подвергнутой ультразвуковому нанокристаллическому поверхностному модифицированию с различной плотностью обработки
https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.257-266
Аннотация
Повышение физико-механических свойств аустенитных нержавеющих сталей (АНС) методами интенсивного поверхностного пластического деформирования (ИППД) является одной из ключевых проблемных тематик в области инженерии поверхности и нанокристаллических материалов. Комплексный характер эволюции структурных состояний в условиях ИППД ограничивает возможности регламентированного наноструктурирования приповерхностного слоя АНС типа 18-10 в широком диапазоне деформационных воздействий. Представлены результаты рентгенофазового анализа (РФА) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) приповерхностного слоя стали 12Х18Н10Т после ультразвукового нанокристаллического поверхностного модифицирования (УНПМ) с различной плотностью обработки. РФА и ПЭМ свидетельствуют о двухфазном (α′ + γ) составе стали 12Х18Н10Т, подвергнутой УНПМ. Методом РФА установлены функциональные зависимости объемной доли мартенситной фазы: 1) от плотности обработки; 2) энергии деформации, аппроксимация которых уравнениями линейной регрессии выполняется с достоверностью R2 = 0,984. По данным ПЭМ, структура приповерхностного слоя стали 12Х18Н10Т, подвергнутой УНПМ с максимальной используемой плотностью обработки (N = 9367 мм –2), представлена значительным количеством мартенсита в форме ламелей шириной менее 100 нм и высокой плотностью дислокаций. Результаты данной работы могут использоваться для разработки и оптимизации технологических режимов УНПМ АНС типа 18-10, полученных субтрактивными, аддитивными и гибридными аддитивно-субтрактивными технологиями производства.
Об авторах
Д. А. ПолонянкинРоссия
Полонянкин Денис Андреевич, кандидат педагогических наук, доцент
пр. Мира, 11, Омск, 644050
А. А. Федоров
Россия
Федоров Алексей Аркадьевич, кандидат
технических наук
пр. Мира, 11, Омск, 644050
Т. М. Гомонюк
Россия
Гомонюк Татьяна Михайловна, инженер-конструктор; аспирант
пр. Мира, 11, Омск, 644050; к-л 17, 150, Радужный, 600910
Список литературы
1. Beck T, Smaga M, Antonyuk S, Eifler D, et al. Influence of Manufacturing and Load Conditions on the Phase Transformation and Fatigue of Austenitic Stainless Steels. Cham: Springer; 2023. p. 257-288. DOI:10.1007/978-3-031-35575-2_11
2. Qiu Y, Yang H, Tong L, Wang L. Research progress of cryogenic materials for storage and transportation of liquid hydrogen. Metals. 2021;11(7):1101-1114. DOI:10.3390/met11071101
3. Shalaby HM. Failure investigation of 321 stainless steel pipe to flange weld joint. Engineering Failure Analysis. 2017;80:290-298. DOI:10.1016/j.engfailanal. 2017.06.047
4. Min KS, Kim KJ, Nam SW. Investigation of the effect of the types and densities of grain boundary carbides on grain boundary cavitation resistance of AISI 321 stainless steel under creep–fatigue interaction. Journal of Alloys and Compounds. 2004;370(1-2):223-229. DOI: 10.1016/j.jallcom.2003.09.129
5. Titouche N-E, Boukharouba T, Amzert SA, Hassan AJ, et al. Direct drive friction welding effect on mechanical and electrochemical characteristics of titanium stabilized austenitic stainless steel (AISI 321) research reactor thick tube. Journal of Manufacturing Processes. 2019;41:273-283. DOI:10.1016/j.jmapro.2019.03.016
6. Gurovich BA, Kuleshova EA, Frolov AS, Maltsev DA, et al. Investigation of high temperature annealing effectiveness for recovery of radiation-induced structural changes and properties of 18Cr–10Ni–Ti austenitic stainless steels. Journal of Nuclear Materials. 2015;465:565-581. DOI:10.1016/j.jnucmat.2015.06.045
7. Acharya S, Suwas S, Chatterjee K. Review of recent developments in surface nanocrystallization of metallic biomaterials. Nanoscale. 2021;13(4):2286-2301. DOI:10.1039/D0NR07566C
8. Laleh M, Sadeghi E, Revilla RI, Chao Q, et al. Heat treatment for metal additive manufacturing. Progress in Materials Science. 2023;133:101051. DOI:10.1016/| j.pmatsci.2022.101051
9. Wang X, Hu Q, Liu W, Yuan W, et al. Microstructure and corrosion properties of wire arc additively manufactured multi-trace and multilayer stainless steel 321. Metals. 2022;12(6):1039. DOI:10.3390/ met12061039
10. Ma G, Li L, Chen Y. Effects of beam configurations on wire melting and transfer behaviors in dual beam laser welding with filler wire. Optics & Laser Technology. 2017;91:138-148. DOI:10.1016/j.optlastec. 2016.12.019
11. Moskvina VA, Melnikov EV, Astafurov SV, Panchenko MYu, et al. Stable high-nickel austenitic steel produced by electron beam additive manufacturing using dual wire-feed system. Materials Letters. 2021;305: 130863. DOI:10.1016/j.matlet.2021.130863
12. Osipovich K, Kalashnikov K, Chumaevskii A, Gurianov D, et al. Wire-feed electron beam additive manufacturing: A review. Metals. 2023;13(2):279. DOI:10.3390/met13020279
13. Zhou C, Jiang F, Xu D, Guo C, et al. A calculation model to predict the impact stress field and depth of plastic deformation zone of additive manufactured parts in the process of ultrasonic impact treatment. Journal of Materials Processing Technology. 2020;280:116599. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2020.116599
14. Tiamiyu AA, Eduok U, Szpunar JA, Odeshi AG. Corrosion behavior of metastable AISI 321 austenitic stainless steel: investigating the effect of grain size and prior plastic deformation on its degradation pattern in saline media. Scientific Reports. 2019;9(1):12116. DOI:10.1038/s41598-019-48594-3
15. Ye C, Zhang C, Zhao J, Dong Y. Effects of postprocessing on the surface finish, porosity, residual stresses, and fatigue performance of additive manufactured metals: a review. Journal of Materials Engineering and Performance. 2021;30(9):6407-6425. DOI:10.1007/s11665-021-06021-7
16. Shi X, Xiao Z, Wu J. The use of nanotechnology to improve the bulk and surface properties of steel for structural applications. In: Nanotechnology in EcoEfficient Construction. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd; 2013. p. 75-107. DOI:10.1533/9780857098832.1.75.
17. Cao Y, Ni S, Liao X, Song M, et al. Structural evolutions of metallic materials processed by severe plastic deformation. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2018;133:1-59. DOI:10.1016/j.mser.2018.06.001
18. Wu B, Zhang J, Zhang L, Pyoun Y-S, et al. Effect of ultrasonic nanocrystal surface modification on surface and fatigue properties of quenching and tempering S45C steel. Applied Surface Science. 2014;321:318-330. DOI:10.1016/j.apsusc.2014.09.068
19. Kishore A, John M, Ralls AM, Jose SA, et al. Ultrasonic nanocrystal surface modification: processes, characterization, properties, and applications. Nanomaterials. 2022;12(9):1415. DOI:10.3390/nano12091415
20. Yuan Y, Li R, Bi X, Yan M, et al. Review on numerical simulation of ultrasonic impact treatment (UIT): Present situation and prospect. Journal of Materials Research and Technology. 2024;30:1319-1340. DOI:10.1016/j.jmrt.2024.03.107
21. Kim C, Park S, Pyoun Y, Shim D. Effects of ultrasonic nanocrystal surface modification on mechanical properties of AISI D2 steel. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2021;22(7): 1271-1284. DOI:10.1007/s12541-021-00536-8
22. Li L, Guo S, Jia L, Zhang L, et al. Enhanced wear behavior of a stainless steel coating deposited on a medium-carbon low-alloy steel using ultrasonic impact treatment. Coatings. 2023;13(12):2024. DOI:10.3390/coatings13122024
23. Wang GQ, Lei MK, Guo DM. Interactions between surface integrity parameters on AISI 304 austenitic stainless steel components by ultrasonic impact treatment. Procedia CIRP. 2016;45:323-326. DOI:10.1016/j.procir.2016.02.351
24. Sun L, Huang L, Wu P, Huang R, et al. Progress on the effect and mechanism of ultrasonic impact treatment on additive manufactured metal fabrications. Crystals. 2023;13(7):995. DOI:10.3390/cryst13070995
25. Kim MS, Park SH, Pyun YS, Shim DS. Optimization of ultrasonic nanocrystal surface modification for surface quality improvement of directed energy deposited stainless steel 316L. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(6):15102-15122. DOI:10.1016/j.jmrt.2020.10.092
26. Diao M, Guo C, Sun Q, Jiang F, et al. Improving mechanical properties of austenitic stainless steel by the grain refinement in wire and arc additive manufacturing assisted with ultrasonic impact treatment. Materials Science and Engineering: A. 2022;857:144044. DOI:10.1016/j.msea.2022.144044
27. Polonyankin DA, Fedorov AA, Blesman AI, Nesov SN. Structural coloration of AISI 321 steel surfaces textured by ultrasonic impact treatment. Optics & Laser Technology. 2022;150:107948. DOI:10.1016/j.optlastec.2022.107948
28. Li L, Kim M, Lee S, Bae M, et al. Influence of multiple ultrasonic impact treatments on surface roughness and wear performance of SUS301 steel. Surface and Coatings Technology. 2016;307:517-524. DOI:10.1016/j.surfcoat.2016.09.023
29. Sendrowicz A, Myhre AO, Yasnikov IS, Vinogradov A. Stored and dissipated energy of plastic deformation revisited from the viewpoint of dislocation kinetics modelling approach. Acta Materialia. 2022;237:118190. DOI:10.1016/j.actamat.2022.118190
30. Xia P, Canillas Rodríguez FJ, Sabirov I. Microstructure evolution and adiabatic heating during dynamic biaxial deformation of a 304 stainless steel. Materials Science and Engineering: A. 2020;793:139829. DOI:10.1016/j.msea.2020.139829
31. Zhou C, Wang J, Guo C, Zhao C, et al. Numerical study of the ultrasonic impact on additive manufactured parts. International Journal of Mechanical Sciences. 2021;197:106334. DOI:10.1016/j.ijmecsci.2021.106334
32. Fang XF, Dahl W. Strain hardening and transformation mechanism of deformation-induced martensite transformation in metastable austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering: A. 1991; 141(2):189-198. DOI:10.1016/0921-5093(91)90769-J
33. Ahmedabadi PM, Kain V, Agrawal A. Modelling kinetics of strain-induced martensite transformation during plastic deformation of austenitic stainless steel. Materials & Design. 2016;109:466-475. DOI:10.1016/j.matdes.2016.07.106
34. Talonen J, Hänninen H, Nenonen P, Pape G. Effect of strain rate on the strain-induced γ → α′- martensite transformation and mechanical properties of austenitic stainless steels. Metallurgical and Materials Transactions A. 2005;36(2):421-432. DOI:10.1007/s11661-005-0313-y
35. Bönisch M, Barriobero-Vila P, Dhekne PP, Stark A, et al. Tension-compression asymmetry of metastable austenitic stainless steel studied by in-situ highenergy X-ray diffraction. International Journal of Plasticity. 2023;170:103767. DOI:10.1016/j.ijplas.2023.103767
36. Fargas G, Roa JJ, Mateo A. Effect of shot peening on metastable austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering: A. 2015;641:290-296. DOI:10.1016/ j.msea.2015.05.079
Рецензия
Для цитирования:
Полонянкин Д.А., Федоров А.А., Гомонюк Т.М. Фазовый состав нержавеющей стали, подвергнутой ультразвуковому нанокристаллическому поверхностному модифицированию с различной плотностью обработки. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(4):257-266. https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.257-266
For citation:
Polonyankin D.A., Fedorov A.F., Gomonyuk T.M. Phase composition of stainless steel subjected to ultrasonic nanocrystal surface modification with different processing density. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(4):257-266. https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.257-266
JATS XML















