Provider: - Institution: - Data provided by Europeana Collections- Two medium carbon vanadium microalloyed foring steels with different content of carbon and titanium were investigated. Broad goals were to examine transformational behavior of the steels on continuous cooling at still air directly from austenitisation temperatures, to determine optimal regime to produce predominantly acicular ferrite structure and to examine it both by means of mechanical behavior and fracture properties at liquid nitrogen temperature. Main goal was to establish micromehanism of cleavage fracture of the steels with predominantly acicular ferrite structure, and to measure critical parameters of cleavage fracture – critical fracture stress and effective fracture surface energy. The influence of vanadium and nitrogen on microstructure and mechanical properties of medium-carbon steels has been studied by means of metallography and mechanical testing. Vanadium addition to the low nitrogen steel suppresses the formation of ferrite-pearlite following the low reheating temperatures and microstructure consists of bainitic sheaves. For high reheating temperatures, dominantly acicular ferrite structure in both the low nitrogen and the high nitrogen vanadium steels is obtained. The results suggest that vanadium in solid solution promotes the formation of bainite, whereas the effect of nitrogen is related to the precipitation of VN particles in austenite with high potency for intragranular nucleation of acicular ferrite and to the precipitation of V(C,N) particles in ferrite with high potency for precipitation strengthening. Addition of both vanadium and nitrogen considerably increases the strength level. The aim of this work was to establish deformation behaviour of two vanadium microalloyed medium carbon steels with different contents of carbon and titanium by tensile testing at 77 K. Samples were reheated at 1250°C/30 min and continuously cooled at still air. Beside acicular ferrite as dominant morphology in both microstructures, the steel with lower content of carbon and negligible amount of titanium contains considerable fraction of grain boundary ferrite and pearlite. It was found that Ti-free steel exhibits higher strain hardening rate and significantly lower elongation at 77 K than the fully acicular ferrite steel. The difference in tensile behavior at 77 K of the two steels has been associated with the influence of the pearlite, together with higher dislocation density of acicular ferrite. True stress-true strain curves were obtained by uniaxial testing at -196°C and were used as input data for material definitions in finite element modeling of four point bending test at -196°C. Distribution of maximum principal stress and principal plastic deformation were calculated by FEM . Samples of the steels examined were tested by four point bending, according to Griffiths–Owen method at -196°C. By fractographic analysis cleavage fracture nucleation sites were detected and distance from the notch root were measured. Pairing the FEM calculations data with fractografic analysis results enabled determination of critical fracture stress, according to Griffith equation for cleavage fracture. Average value of critical fracture stresses for V19 steel was 1424 MPa (1.84 of yield stress), and for steel TiV22 1757 MPa (1.96 of yield stress). Effective energy was estimated to be 49 J/m2. It was established that cleavage fracture initiated in the pearlite constituent by Cottrell-Smith mechanism, which involves certain amount of plastic deformation. Therefore it was concluded that beside condition for critical fracture stress to be reached, plastic deformation is necessary for microcrack to be nucleated. Differences in measured values of critical fracture stress and plastic deformation was ascribed to the differences in yield strength and strain hardening rates in the steels examined. Prominent feature of the steel TiV22, with predominantly acicular ferrite structure is notably higher value of effective surface energy, which was ascribed to the effect of fine interlocked structure of acicular ferrite. It seemed that grain size could have influence even in conditions for pure cleavage fracture at liquid nitrogen temperature.- U radu su ispitivana dva srednjeugljenična čelika za kovanje, mikrolegirana vanadijumom, koji se međusobno razlikuju po sadržaju titana i ugljenika. V– mikrolegirani čelik sadrži 0,26%C, označen je kao „V19“, i Ti–V– mikrolegirani čelik mikrolegiran je titanom i sadrži 0,31%C, označen kao „TiV22“. Cilj rada bio je da se ispitaju transformacione karakteristike srednjeugljeničnih mikrolegiranih čelika pri kontinuiranom hlađenju na vazduhu, direktno sa temperature austenitizacije, da se odrede uslovi postizanja strukture acikularnog ferita i da se odrede kritični parametri loma cepanjem na temperaturi tečnog azota za ovu strukturu. Čelici su isporučeni kao toplovaljane šipke. Analizom mikrostruktura koje su postignute pri kontinuiranom hlađenju na mirnom vazduhu, direktno sa različitih temperatura austenitizacije, određen je termički režim pripreme uzoraka za ispitivanje. Pripremljeni uzorci čelika sa strukturom acikularnog ferita ispitivani su na temperaturi tečnog azota jednoosnim zatezanjem i savijanjem u četiri tačke. Za ispitivanje savijanjem u četiri tačke korišćene su epruvete sa zarezom po Grifitsu i Ovenu. Temperatura tečnog azota odabrana je radi ispitivanja u uslovima potpuno krtog loma i određivanja kritičnog napona loma. Određivanje kritičnog napona loma obuhvata fraktografiju i modelovanje savijanja u četiri tačke metodom konačnih elemenata. Rezultati jednoosnog zateznog ispitivanja na temperaturi tečnog azota poslužili su kao ulazni podaci za modelovanje. Modelovanjem je izračunata raspodela napona i deformacija u uzorku, u trenutku loma, pri savijanju u četiri tačke. U opsegu temperatura austenitizacije između 850°C i 1300°C, za pripremu uzoraka za ispittivanje izabrana je temperatura od 1250°C. Nakon hlađenja na mirnom vazduhu sa 1250°C, struktura čelika legiranog vanadijumom i sa nižim sadržajem ugljenika (čelik V19) sastoji se od ferita, perlita i acikularnog ferita, dok se struktura čelika legiranog titanom i vanadijumom, sa višim sadržajem ugljenika (čelik TiV22), pretežno sastoji od acikularnog ferita. Rezultati ispitivanja savijanjem u četiri tačke po metodi Grifitsa i Ovena predstavljeni su krivama promene sile savijanja sa ugibom, na osnovu kojih su izračunate vrednosti maksimalne sile, momenta savijanja i nominalnog napona u trenutku preloma. Rezultati zateznih ispitivanja na temperaturi tečnog azota obrađeni su tako da se mogu upotrebiti kao ulazni podaci za modelovanje metodom konačnih elemenata, kao i za analizu deformacionog ponašanja. Čelik TiV22 (0,31% C) sa strukturom pretežno acikularnog ferita ima granicu tečenja od 896 MPa, koja je veća u odnosu na granicu tečenja čelika V19 (0,26% C) sa većim udelom ferita i perlita, koja iznosi 775 MPa. Istovremeno, i ukupno izduženje uzoraka čelika TiV22 je veće u odnosu na čelik V19 (10% u odnosu na 5%). S druge strane, čelik V19 pokazuje veći stepen deformacionog ojačavanja na temperaturi tečnog azota. Stvarne krive deformacije dobijene regresionom analizom eksperimentalnih vrednosti dobijenih pri jednoosnom zatezanju uzete su kao ulazni podaci za opisivanje deformacionih osobina čelika pri modelovanju metodom konačnih elemenata. Modelovanjem je izračunata raspodela najvećeg glavnog napona i najveće glavne plastične deformacije duž rastojanja od korena zareza na epruveti, zavisno od sile savijanja. Maksimalni napon u zoni ispred zareza kod čelika V19 iznosi u proseku 2440 MPa, što je intenzifikacija napona od 3,2 vrednosti granice tečenja, a kod TiV22 čelika 2199 MPa, što je 2,4 vrednosti granice tečenja. Fraktografskom analizom utvrđen je tačan položaj mesta na kojem je nastala mikroprskotina, sa koje se proširio lom cepanjem na ceo uzorak (mesto inicijacije loma). Čestice sekundarnih faza nisu detektovane na mestu inicijacije loma ni kod jednog od ispitivanih uzoraka. Udaljenost mesta inicijacije loma od korena zareza na epruveti za savijanje je oko 30 μm kod čelika V19, odnosno približno 40 μm kod čelika TiV22. Dimenzije prve ravni cepanja, kojoj odgovara putanja prskotine kroz zrno ili nekoliko zrna iste kristalografske približno su iste za oba ispitivana čelika. Efektivni prečnik prve ravni cepanja iznosi približno 19 μm. Očitavanjem najvećeg glavnog napona sa dijagrama raspodele na rastojanju koje odgovara mestu inicijacije loma, određene su vrednosti kritičnog napona loma. Srednja vrednost kritičnog napona loma čelika TiV22 iznosi 1757 MPa (1,96 normalizovano granicom tečenja) u odnosu na 1424 MPa (1,84 normalizovano granicom tečenja) kod čelika V19. Korelacijom vredosti kritičnog napona loma sa dimenzijama prve ravni cepanja na površini preloma, pomoću Grifitove jednačine, određene su vrednosti efektivne energije stvaranja slobodne površine pri lomu cepanjem. Vrednost efektivne energije površine u skladu je sa rezultatima ranijih istraživanja za čelike drugih sastava i mikrostruktura, i iznosi 49 J/m2. Plastična deformacija u zoni neposredno ispod zareza je daleko veća kod uzoraka čelika V19, gde najveća glavna plastična deformacija dostiže vrednost 0,4 za razliku od nekih 0,12 kod uzoraka čelika TiV22. Intenzifikacija napona i veličina plastične deformacije povezana je sa brzinom deformacionog ojačavanja i veličinom napona tečenja, u datim uslovima naponskog stanja. Prisustvo perlita u strukturi V19 čelika dovodi do povećanja brzine deformacionog ojačavanja, u odnosu na TiV22 čelik. Deformaciono ponašanje direktno je povezano sa ponašanjem dva ispitivana čelika pri savijanju u četiri tačke na temperaturi tečnog azota i rezultatima modelovanja metodom konačnih elemata. Razlika u ponašanju je pripisana različitim strukturama i sastavima čelika. Vrednosti za čelike ispitane u tezi su na donjoj granici ovog intervala (čelik V19 – acikularni ferit sa značaj