Viewpoints on Technological Aspects of Advanced High-Strength Bainitic Steels

Morales-Rivas, Lucía

doi:10.3390/met12020195

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“…The temperature M s depends primarily on the carbon content and, to a lesser extent, on alloying additives. Moreover, Morales-Rivas [13] pointed out that a reduction in the C content increases the industrial potential of nanocrystalline bainitic steels. In terms of thermal stability features, it is known that the nanoscale thickness of the bainitic ferrite laths inhibits the growth of carbides during decomposition under the influence of elevated temperature [14].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Controlling the Thermal Stability of a Bainitic Structure by Alloy Design and Isothermal Heat Treatment

et al. 2023

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The aim of this work was to develop a novel bainitic steel that will be specifically dedicated to achieving a high degree of refinement (nano- or submicron scale) along with increased thermal stability of the structure at elevated temperatures. The material was characterized by improved in-use properties, expressed as the thermal stability of the structure, compared to nanocrystalline bainitic steels with a limited fraction of carbide precipitations. Assumed criteria for the expected low martensite start temperature, bainitic hardenability level, and thermal stability are specified. The steel design process and complete characteristics of the novel steel including continuous cooling transformation and time–temperature–transformation diagrams based on dilatometry are presented. Moreover, the influence of bainite transformation temperature on the degree of structure refinement and dimensions of austenite blocks was also determined. It was assessed whether, in medium-carbon steels, it is possible to achieve a nanoscale bainitic structure. Finally, the effectiveness of the applied strategy for enhancing thermal stability at elevated temperatures was analyzed.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Controlling the Thermal Stability of a Bainitic Structure by Alloy Design and Isothermal Heat Treatment

et al. 2023

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“…Es importante destacar que la identificación de las fases morfológicas se llevó a cabo siguiendo la metodología convencional en microscopía electrónica para detectar la presencia de austenita retenida. Esta austenita se encuentra en forma de bloques o películas delgadas en los bordes de la martensita secundaria, lo cual está bien documentado en la literatura [277][278][279][280][281][282][283][284][285][286].…”

Section: Identificación Y Análisis De Fases Mediante Microscopio Elec...unclassified

Diseño de aleación de alta entropía de alto desempeño mecánico en condiciones de bajas y altas temperaturas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales.

Rojas Jara,

Melendrez Castro

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Debido al continuo avance tecnológico y a los crecientes requerimientos de la industria moderna, es necesario buscar materiales de alto rendimiento para satisfacer las necesidades industriales actuales como la automotriz, aeroespacial y energética, que enfrentan claras limitaciones en las condiciones de fabricación y en los requerimientos de los materiales. Además, para obtener materiales de alto rendimiento, se han tenido que buscar nuevas metodologías de diseño. Ejemplo de lo anterior son las aleaciones de alta entropía. Su diseño requiere la consideración de variables no convencionales o no contempladas en la metodología CALPHAD. Una de estas variables son los rangos de estabilidad de los electrones de valencia, que están acoplados al factor de empaquetamiento atómico. Adicionalmente, el diseño de materiales progresivos esta involucrando el aprendizaje automático como método predictivo de aleaciones complejas. En este contexto, se han diseñado, fabricado y caracterizados materiales metálicos complejos, que incluyen un acero avanzado de alta resistencia mecánica y aleaciones de alta entropía con mecanismos de refuerzo mecánico. Estos materiales buscan satisfacer las necesidades de las industrias mencionadas, y ofrecen una solución prometedora para mejorar el desempeño de los componentes y sistemas utilizados en ellas. El diseño se realizó utilizando CALPHAD, análisis exploratorio de datos y aprendizaje automático para las aleaciones de alta entropía. Se estudiaron los mecanismos de refuerzo por plasticidad inducida y precipitación mediante caracterización microestructural y mecánica en múltiples escalas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales. Como principales resultados en el acero avanzado de alta resistencia mecánica se obtuvo posterior al tratamiento de temple y partición una retención máxima de austenita de un 10.75% con una absorción de energía indirecta (tolerancia al daño) de 30.55 GPa%. Además, se ha observado que la estabilización de la austenita retenida se ve afectada por el espesor de la muestra debido a la cinética de difusión durante el proceso de partición. Esto se debe a que, a medida que aumenta el espesor, la muestra experimenta una menor homogeneidad de temperatura a lo largo del tiempo debido a la transferencia de calor. Los principales resultados obtenidos en las aleaciones de alta entropía consistieron en nuevos rangos de estabilidad basados en la concentración de electrones de valencia (VEC por sus siglas en inglés) acoplado al factor de empaquetamiento atómico para la predicción de fases. La resistencia a bajas y altas temperaturas de la aleación de alta entropía diseñada Fe36.29Cr28.9Ni26.15Cu4.17Ti1.67V2.48C0.46 es destacable entre la media de las aleaciones de alta entropía FCC, incluso en su condición salida de fundición. La aleación presentó una resistencia al impacto a -196°C de 103.01 J y de 93.195 J para una temperatura de 25°C debido a refuerzo por plasticidad inducida mixta TRIP/TWIP. La resistencia al daño obtenida a temperaturas de 600°C fue de 30.06 GPa% y a temperatura ambiente de 47.64 GPa%, siendo una aleación apta para aplicaciones a altas temperaturas y a temperaturas extremadamente bajas. La aleación de alta entropía Fe37.37Cr26.38Ni7.44Cu6.41Mn17.59Nb1.17C3.63 resulto en una aleación eutéctica de grano ultrafino con refuerzo de fase B2 principalmente. La resistencia al daño en la condición solubilizada parcialmente fue de 37.20 GPa%, el refuerzo mecánico proporcionado por la fase B2 y grano ultrafino son prometedores, sin embargo, es requerido un mayor control sobre la fase Laves.

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The Role of Microstructure Morphology on Fracture Mechanisms of Continuously Cooled Bainitic Steel Designed for Rails Application

Królicka

Lesiuk

Kuziak

et al. 2022

Metall Mater Trans A

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The low-carbon bainitic steel after a continuous cooling process was subjected to fracture toughness investigations using the J-integral approach. The research was focused on the determination of microstructural factors influencing the fracture processes considering the crystallographic units, as well as dimensions and morphology of phases. It was found that the fracture surface is characterized by complex fracture mechanisms (quasi-cleavage, transcrystalline cleavage–ductile, and ductile mode). It was found that the main features influencing the cracking processes are bainitic ferrite packets and prior austenite grain boundaries. The changes in the crack path were also related to the changes in the misorientation angles, and it was found that changes in the crack path direction occur mainly for the bainitic ferrite packets (HABs). Also, the fracture process zone induced by the crack tip was identified. At a distance of about 4 to 5 µm from the fracture, the retained blocky austenite transformed into martensite was observed. Due to the high carbon content in the retained austenite, the transformed martensite was brittle and was the site of microcracks nucleation. Another origin of microcracks nucleation were M/A constituents occurred in the initial microstructure. In the crack tip area, the reduced dislocation density in the bainitic ferrite, which was caused by the formation of sub-grains, was also determined. Finally, the prospective improvement of the fracture toughness of bainitic steels was determined.

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Viewpoints on Technological Aspects of Advanced High-Strength Bainitic Steels

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Controlling the Thermal Stability of a Bainitic Structure by Alloy Design and Isothermal Heat Treatment

Controlling the Thermal Stability of a Bainitic Structure by Alloy Design and Isothermal Heat Treatment

Diseño de aleación de alta entropía de alto desempeño mecánico en condiciones de bajas y altas temperaturas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales.

The Role of Microstructure Morphology on Fracture Mechanisms of Continuously Cooled Bainitic Steel Designed for Rails Application

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