Constructing a material-technological model for identifying the impact of cooling rate on retained austenite volume fraction in closed-die forgings of MN and SI-alloyed high-strength steels

V současné době u moderních zápustkových výkovků stoupají požadavky nejen v oblasti konstrukce, ale také požadavky na dobré mechanické vlastnosti. Zejména kombinace dobré pevnosti a tažnosti je důležitá pro správnou funkčnost a dlouhou životnost výrobku. Pro dosažení těchto požadavků je důležitá správná volba tepelného zpracování a legovací strategie. Jako experimentální ocel byla zvolena ocel s obsahem Mn 2,5 %, křemíku 2,09 % a chromu 1,34 % s podíly Ni a Mo. Z této oceli byl vykován reálný zápustkový výkovek. Jelikož je u výkovků, které nemají konstantní průřez, tepelné zpracování obtížnější, byl výkovek v místě s nejrychlejším a nejpomalejším ochlazováním opatřen termočlánky a tepelně zpracován Q-P procesem. Q-P proces je tepelné zpracování, které kombinuje kalení s následným přerozdělením, kdy dochází ke stabilizaci zbytkového austenitu v martenzitické matrici. Z údajů naměřených pomocí termočlánků byla získána reálná data průběhu ochlazování na povrchu a uvnitř výkovku. Na základě těchto dat byly sestaveny modely tepelného zpracování průběhu ochlazování výkovku. Tyto modely byly odzkoušeny na termomechanickém simulátoru. Následně byla provedena metalografická analýza a byl posouzen vliv rychlosti ochlazování na mechanické vlastnosti a podíl zbytkového austenitu. Po provedení mechanických zkoušek bylo dosaženo meze pevnosti kolem 2100 MPa při tažnosti 15 % a 17 % zbytkového austenitu. Při srovnání modelu s reálným výkovkem z hlediska struktury i mechanických vlastností bylo posouzeno, zda lze využít materiálově technologické modelování pro optimalizaci tepelného zpracování výkovků v laboratorních podmínkách.Today´s demands on modern closed- die forgings are increasing in terms of not only their engineering design solution but also their mechanical properties. The combination of strength and ductility is of particular importance for proper functioning and long life of forged parts. To satisfy the above demands, the materials engineer must carefully choose the right heat treatment and alloying strategy. The steel which was selected as an experimental material for this investigation contains 2.5% manganese, 2,09 % silicon and 1,34 % chromium, with additions of nickel and molybdenum. A real-world closed-die forged part was made of this steel. Since heat treatment of forged parts with variable cross-section is a difficult task, the location of the present forged part which cool the most quickly and most slowly have been fifted with thermocouples, after which the part was Q-P processed. Q-P process is a heat treatment route which combines quenching and subsequent partitioning, where the latter leads to stabilization of retained austenite in the martensitic matrix. Using the thermocouples, real-world data have been obtained on the cooling profile on the forged part´s surface and in its interior. Based on these data, models of heat treatment and cooling of the forged part have been constructed. These models were then put to test in a thermomechanical simulator. Metallographic techniques were employed to assess the effects of cooling rate on mechanical properties and the amount of retained austenite. The resulting ultimate strength was arround 2100 MPa. Elongation and the amount of retained austenite were 15 % and 17 %, respectively. By comparing the model with the real-world forged part in terms of internal structure and mechanical properties, the usability of physical simulation for optimization of heat treatment of forgings il laboratory was assessed