Συσχέτιση μικροδομής-μηχανικών ιδιοτήτων χαλύβων Μαρτεγήρανσης

Abstract

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίες είναι η συσχέτιση της μικροδομής και των μηχανικών ιδιοτήτων χάλυβα μαρτενγήρανσης 250 (maraging 250) κατά την γήρανσή στην θερμοκρασία των 535°C, για διαφορετικούς χρόνους. Στόχος της μελέτης ήταν η μελέτη της επίδρασης των αντιδράσεων κατακρήμνισης των χαλύβων maraging και της αναστροφής του ωστενίτη, για διαφορετικές χρόνους γήρανσης στην θερμοκρασία των 535°C. Τα αποτελέσματα επιχειρήθηκε να αξιολογηθούν και να ερμηνευθούν με βάση σύγχρονες ιδέες και θεωρίες γύρω από το φαινόμενο της γήρανσης για τους χάλυβες μαρτενγήρανσης. Τα δοκίμια του χάλυβα υπέστησαν θερμική κατεργασία στους 535 °C για χρόνους 1, 6, 24, 48, 100, 200 και 300 ώρες και βαφή σε νερό στην θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η θερμική κατεργασία είχε ως αποτέλεσμα την αλλαγή της μικροδομής αλλά και των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Ο υπολογισμός των μηχανικών ιδιοτήτων έγινε με δοκιμές σκληρότητας και εφελκυσμού. Για τη μελέτη της μικροδομής των δοκιμίων έγινε χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (Scanning Electron Microscopy – SEM) καθώς και ακτίνων Χ (X-Ray Diffraction – XRD). Επίσης έγινε και χρήση της τεχνικής EBSD με στόχο την ποσοτικοποίηση των φάσεων που εμφανίζονται στο υλικό. Τα αποτελέσματα και οι παρατηρήσεις που διεξήχθησαν είναι σε συμφωνία με υπάρχουσες μελέτες στην ευρύτερη περιοχή του δεδομένου θέματος. Η κατακρήμνιση των φάσεων οδηγεί σε αύξηση της σκληρότητας κατά τη γήρανση στις πρώτες ώρες της θερμικής κατεργασίας. Το φαινόμενο της αναστροφής του ωστενίτη (reverted austenite) και της μεγέθυνσης των αρχικά λεπτομερών κατακρημνισμάτων (coarsening) θεωρείται υπεύθυνο για την πτώση της σκληρότητας μετά από τις 6 ώρες, που λαμβάνεται η μέγιστη αντοχή και σκληρότητα του υλικού. Η μελέτη αυτή οδήγησε στην καλύτερη κατανόηση και αξιολόγηση των επιπτώσεων στα μηχανικά χαρακτηριστικά του χάλυβα μαρτενγήρανσης, κατά τον σχηματισμό ανάστροφου ωστενίτη κατά τις αντιδράσεις γήρανσης των εν λόγω τύπων χαλύβων.

The objective of the present study is to examine the relationship of the microstructure with its mechanical properties in a maraging 250 steel, following a series of selected ageing experiments. Maraging steels represent a distinct family of high strength steels. They exhibit a characteristic strengthening sequence following a precipitation at 480oC. A typical characteristic of this family of steels is their combination of enhanced ductility with high tensile strength values. The samples were initially solution treated at 820°C for 30mins followed by water quenching (room temperature). Aging took place at 535°C for periods of time ranging from 1h to 300h, followed by water quenching (room temperature). For the microstructure investigation a scanning electron microscope (Philips XL30) was employed coupled with the technique of EBSD. Also the X-ray diffraction technique was used for phase identification. The hardness of specimens was measured using a Vickers hardness testing facility. Finally, tensile testing was carried out in all the specimens and fracture surfaces were examined in the scanning electron microscope. The experimental results showed an increase in hardness at ageing at 535°C, even for the brief ageing time of 1 h. Aged specimens were compared with specimens that were annealed at 820οC for 30 min and quenched in water. Following ageing, a decrease in hardness was observed for ageing times of more than 6h at 535οC .Tensile testing confirmed the influence of ageing on the mechanical properties of this steel grade. The fractography showed a ductile type of fracture in all the specimens. Increased hardness occurs due to the precipitation reactions of secondary phases that take place during the ageing process. Precipitation of reverted austenite combined with the coarsening of primarily fine precipitates causes a marked decrease in hardness at an ageing temperature of 535οC even for short ageing times.