Rationale for signs of transformation in iron near 200°C

K.Y. Shakhnazarov ORCID logo , E.I. Pryakhin, E.Y. Troshina show affiliations and emails
Received 30 November 2021; Accepted 12 September 2022;
Citation: K.Y. Shakhnazarov, E.I. Pryakhin, E.Y. Troshina. Rationale for signs of transformation in iron near 200°C. Lett. Mater., 2022, 12(4) 298-302
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2022-4-298-302

Abstract

Changes in the microstructure of quenched pure iron after the tempering procedure for 1 hour at a temperature of 160 - 220 °C.The analysis of the literature data on the properties of iron and steels carried out in this work indicates numerous anomalies of physical and mechanical properties near a temperature of ≈200°C. Based on the thermal effect, changes in magnetic properties, anomalies of shear modulus, oxidizability, heat capacity, diffusion, Lorentz number, the transformation in iron at ≈200°C is justified, which may be the cause of a decrease in the magnetization of perlite, sorbitol and martensite, as well as the performance of high-hard low-tempered steel having almost the same hardness after quenching. The study was carried out on samples of practically pure iron (0.008 % C). The experiment (metallographic examination, X-ray diffraction analysis, metal deformation resistance (Gleeble-3800 installation) was carried out every 20 – 40°C. The experimental results indicate significant changes in the structure, as well as extreme values of the mechanical properties of iron (0.008 % C) and steels near a temperature of ≈200°C, which makes it possible to declare the transformation in iron and its derivatives — steels at this temperature. Recognition of the transformation at this temperature allows us to explain: the reason for the decrease in magnetization of perlite, sorbitol and martensite, the maxima of impact strength and hardness of iron, the disappearance of the yield point on the tensile curve of riveted steel after aging, the nature of irreversible tempering fragility (the nature of the latter, as well as reversible is still debatable), etc.

References (42)

1. G. V. Kurdyumov, L. M. Utevsky, R. I. Entin. Transformations in Iron and Steel. Moscow, Nauka (1977) 236 р. (in Russian) [Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин. Превращения в железе и стали. Москва, Наука (1977) 236 с.].
2. V. D. Sadovsky, E. A. Fokina. Residual austenite in hardened steel. Moscow, Nauka (1986) 113 р. (in Russian) [В. Д. Садовский, Е. А. Фокина. Остаточный аустенит в закаленной стали. Москва, Наука (1986) 113 с.].
3. M. V. Belous, V. T. Cherepin, M. A. Vasiliev. Transformation during tempering of steel. Moscow, Metallurgy (1973) 323 р. (in Russian) [М. В. Белоус, В. Т. Черепин, М. А. Васильев. Превращение при отпуске стали. Москва, Металлургия (1973) 323 с.].
4. S. V. Davydov. Metallurgy of Mechanical Engineering. 4, 17 (2020). (in Russian) [С. В. Давыдов. Металлургия машиностроения. 4, 17 (2020).].
5. S. V. Davydov. Ferrous Metals. 1 (11), 15 (2020). (in Russian) [С. В. Давыдов. Черные металлы. 1 (11), 15 (2020).].
6. S. V. Davydov. Steel. 9, 39 (2020). (in Russian) [С. В. Давыдов. Сталь. 9, 39 (2020).].
7. I. N. Bogachev., V. G. Permiakov. Tempering of hardened steel. Moscow, Mashgiz (1950) 120 р. (in Russian) [И. Н. Богачев, В. Г. Пермяков. Отпуск закаленной стали. Москва, Машгиз (1950) 120 с.].
8. S. Sugiarto, R. Soenoko, A. Purnowidodo, Yu. Surya Irawan. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2 (12), 4 (2018). Crossref
9. B. G. Livshits. Physical properties of metals and alloys. Moscow, Mashgiz (1959) 366 р. (in Russian) [Б. Г. Лившиц. Физические свойства металлов и сплавов. Москва, Машгиз (1959) 66 с.].
10. R. W. Powell. The proceedings of the physical society. 51 (3), 407 (1939). Crossref
11. R. Bozort. Ferromagnetism. Moscow, publishing house of foreign literature (1956) 784 р. (in Russian) [Р. Бозорт. Ферромагнетизм. Москва, Издательство иностранной литературыры (1956) 784 с.].
12. L. S. Moroz. Hydrogen embrittlement of metals. Moscow, Metallurgy (1967) 256 р. (in Russian) [Л. С. Мороз. Водородная хрупкость металлов. Москва, Металлургия (1967) 256 с.].
13. V. I. Shapovalov. Influence of hydrogen on structure and properties of iron-carbon alloys. Moscow, Metallurgy (1982) 230 р. (in Russian) [В. И. Шаповалов. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. Москва, Металлургия (1982) 230 с.].
14. V. K. Babich. Deformation hardening of steel. Moscow, Metallurgy (1972) 320 р. (in Russian) [В. К. Бабич. Деформационное упрочнение стали. Москва, Металлургия (1972) 320 с.].
15. S. Besnar. New physical, mechanical and chemical properties of iron purified by zone melting. Moscow, Metallurgy (1964) 182 p. (in Russian) [С. Беснар. Новые физические, механические и химические свойства железа, очищенного зонной плавкой. Москва, Металлургия (1964) 182 с.].
16. G. N. Elansky. Structure and properties of liquid metal - technology - quality. Moscow, Metallurgy (1984) 238 р. (in Russian) [Г. Н. Еланский. Строение и свойства жидкого металла - технология - качество. Москва, Металлургия (1984) 238 с.].
17. S. K. Berezin. Metals. 3, 9 (2018). (in Russian) [С. К. Березин. Металлы. 3, 9 (2018).].
18. V. N. Pustovoit. Y. V. Dolgachev. Materials Performance and Characterization. 7 (6), 1 (2018).
19. O. Kubashevsky, В. Hopkins. Oxidation of metals and alloys. Moscow, Metallurgy (1965) 428 р. (in Russian) [О. Кубашевский, Б. Гопкинс. Окисление металлов и сплавов. Москва, Металлургия (1965) 428 с.].
20. P. Maugis, F. Danoix, H. Zapolsky, S. Cazottes, M. Goune. Physical Review B. 96, 1 (2017). Crossref
21. J. F. Bell. Experimental foundations of mechanics of deformable solids. Moscow, Nauka (1984) 600 p. (in Russian) [Дж. Ф. Белл. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Москва, Наука (1984) 600 с.].
22. R. A. Vorobyev, V. N. Dubinsky, V. V. Evstifeeva. Physics of metals and metallurgy. 120 (10), 1083 (2019). (in Russian) [Р. А. Воробьев, В. Н. Дубинский, В. В. Евстифеева. Физика металлов и металловедение. 120 (10), 1083 (2019).]. Crossref
23. K. Y. Shakhnazarov. Extremes on temperature dependences of physical and mechanical properties of iron as a consequence of transformation in it at ~200°C. St. Petersburg, FGBOU VPO PGUPS (2016) 359 р. (in Russian) [К. Ю. Шахназаров. Экстремумы на температурных зависимостях физико-механических свойств железа, как следствие превращения в нем при ~200°С. Санкт-Петербург, ФГБОУ ВО ПГУПС (2016) 359 с.].
24. Е. Goodremont. Special steels. Мoscow, Metallurgizdat (1959) 952 p. (in Russian) [Э. Гудремон. Специальные стали. Москва, Металлургиздат (1959) 952 с.].
25. Yu. V. Lenora, N. S. Novoskoltsev, V. V. Ryabov, E. I. Khlusova. XX Mendeleev Congress of general and applied chemistry. 2, 321 (2016). (in Russian) [Ю. В. Линова, Н. С. Новоскольцев, В. В. Рябов, Е. И. Хлусова. ХХ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. 2, 321 (2016).].
26. V. I. Muravyov, P. V. Bakhmatov, S. Z. Lonchakov, A. V. Frolov. Izvestia of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. 62 (1), 62 (2019). (in Russian) [B. И. Муравьёв, П. В. Бахматов, С. З. Лончаков, А. В. Фролов. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 62 (1), 62 (2019).]. Crossref
27. V. N. Pustovoit. Trends in science and education. 70 (2), 71 (2021). (in Russian) [В. Н. Пустовойт. Тенденции развития науки и образования. 70 (2), 71 (2021).]. Crossref
28. A. N. Yurchenko. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science. 21 (3), 85 (2019). (in Russian) [А. Н. Юрченко. Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 21 (3), 85 (2019).]. Crossref
29. O. A Nikitenko, P. P. Poletskov, Koptseva, Yu. Yu. Efimova. Ural School of Young Metalworkers. 1, 119 (2017). (in Russian) [О. А. Никитенко, П. П. Полецков, Н. В. Копцева, Ю. Ю. Ефимова. Уральская школа молодых металловедов. 1, 119 (2017).].
30. Y. M. Potak. High-strength steels. Moscow, Metallurgy (1972) 208 р. (in Russian) [Я. М. Потак. Высокопрочные стали. Москва, Металлургия (1972) 208 с.].
31. E. M. Savitsky. Influence of temperature on mechanical properties of metals and alloys. Moscow, AS USSR (1957) 295 р. (in Russian) [Е. М. Савицкий. Влияние температуры на механические свойства металлов и сплавов. Москва, АН СССР (1957) 295 с.].
32. H. Esser. Dilotometrische und magnetischeuntersuchungen an reinemeisen und eische-kohlinstoff-legirungen. Stahe und Eisen (1927) 344 p.
33. K. Yu. Shakhnazarov. Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov. 15 (1), 70 (2017). (in Russian) [К. Ю. Шахназаров К. Ю. Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 15 (1), 70 (2017).]. Crossref
34. M. Y. Belomytcev, E. I. Kuzko, P. A. Prokofjev, T. D. Sulyaev. Proceedings of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. 60 (9), 732 (2017). (in Russian) [М. Ю. Беломытцев, Е. И. Кузько, П. А. Прокофьев, Т. Д. Суляев. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 60 (9), 732 (2017).].
35. V. G. Gluschenko. On the nature of cold brittleness of transition metals. Moscow, MiTOM (1982) 42 p. (in Russian) [В. Г. Глущенко. О природе хладноломкости переходных металлов. Москва, МиТОМ (1982) 42 c.].
36. I. S. Gaev, E. V. Sheyanova. Proceedings of the symposium devoted to the 100-th anniversary of D. K. Chernov's discovery of iron polymorphism. 1, 26 (1971). (in Russian) [И. С. Гаев, Е. В. Шеянова. Материалы симпозиума, посвященного 100-летию открытия Д. К. Черновым полиморфизма железа. 1, 26 (1971).].
37. P. V. Shilyaev, S. V. Denisov, P. A. Stekanov, V. L. Kornilov, F. V Kaptzan, V. N. Urtsev, A. V Shmakov, D. M. Khabibulin, Y. N. Gornostyrev, V. M. Schastlivtsev O. V. Sych, S. I. Platov. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific and Technical and Economic Information. 77 (5), 552 (2021). (in Russian) [П. В. Шиляев, С. В. Денисов, П. А. Стеканов, В. Л. Корнилов, Ф. В. Капцан, В. Н. Урцев, А. В. Шмаков, Д. М. Хабибулин, Ю. Н. Горностырев, В. М. Счастливцев, О. В. Сыч, С. И. Платов. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации 77 (5), 552 (2021).].
38. V. F. Bez’yazichny. Notes of the Mining Institute. 232, 395 (2018). (in Russian) [В. Ф. Безъязычный. Записки Горного института. 232, 395 (2018).]. Crossref
39. V. I. Вolobov, I. V. Fomenko, A. A. Shakhalov, E. A. Ospanov. Non-ferrous Metals. 4, 60 (2019). (in Russian) [В. И. Болобов, И. В. Фоменко, А. А. Шахалов, Е. А. Оспанов. Цветные металлы. 4, 60 (2019).]. Crossref
40. L. M. Utevsky. Tempering brittleness of steel. Moscow, Metallurgizdat (1961) 192 p. (in Russian) [Л. М. Утевский. Отпускная хрупкость стали. Москва, Металлургиздат (1961) 192 с.].
41. V. Y. Bazhin. Notes of Mining Institute. 239, 520 (2020). (in Russian) [В. Ю. Бажин. Записки Горного института. 239, 520 (2020).]. Crossref
42. M. G. Lozinsky. High-temperature metallography. Moscow, Mashgiz (1956) 312 р. (in Russian) [М. Г. Лозинский. Высокотемпературная металлография. Москва, Машгиз (1956) 312 с.].

Similar papers