Effect of prior austempering heat treatment on the microstructure, mechanical properties and high-stress abrasive wear behaviour of a 0·33% C dual-phase steel

Abstract

The present study investigates the effect of prior austempering heat treatment on the microstructure, mechanical property and high-stress abrasive wear response of 0·33% carbon dual-phase (DP) steel. DP steels were produced by intercritical annealing of the as-received steel (DP-AR) and of the steel subjected to prior austempering heat treatment (DP-AT). Prior austempering heat treatment results in the refinement of martensite phase in DP-AT steel, which is responsible for generation of less strain and microcracks in the vicinity of martensite phases. Therefore, this steel exhibits improvement in ductility with a marginal loss in strength. On the other hand, DP-AR steel shows coarse martensite phase which promotes strain accumulation and thereby generation of microcracks. These microcracks are found to be responsible for poor ductility in this steel. Furthermore, abrasion tests were carried out at varying sliding distances at 7 N applied load. DP treatments result in improved overall wear response. However, prior austempering heat treatment results in improvement in wear resistance in DP-AT steel at all sliding distances except at initial period. This is attributed to finer morphology of martensite and the absence of microcracks along with higher strain hardening in DP-AT steel. However, the improved wear resistance at initial period of DP-AR steel is attributed to considerably higher strain hardening index at low strain as compared to DP-AT steel.

Cette étude examine l'effet du traitement thermique antérieur de trempe étagée bainitique sur la microstructure, sur les propriétés mécaniques et sur la réponse à l'usure par abrasion à contrainte élevée d'un acier biphasé (DP) de 0·33% C. On a produit les aciers biphasés par recuit intercritique de l'acier brut (DP-AR) et de l'acier soumis au traitement thermique antérieur de trempe étagée bainitique (DP-AT). Le traitement thermique antérieur de trempe étagée bainitique a pour résultat le raffinement de la phase martensitique de l'acier DP-AT, qui engendre moins de déformation et de microfissures dans le voisinage des phases martensitiques. Par conséquent, cet acier exhibe une amélioration de la ductilité avec une perte marginale de la résistance. D'autre part, l'acier DP-AR montre une phase martensitique grossière qui favorise l'accumulation de déformation et engendre ainsi des microfissures. Ces microfissures sont responsables de la faible ductilité de cet acier. De plus, on a effectué des essais d'abrasion à des distances variées de glissement, avec une charge appliquée de 7 N. Les traitements biphasés amélioraient la réponse globale à l'usure. Cependant, le traitement thermique antérieur de trempe étagée bainitique améliorait la résistance à l'usure de l'acier DP-AT à toutes les distances de glissement, sauf pour la période initiale. On attribue ceci à une morphologie plus fine de la martensite et à l'absence de microfissures ainsi qu'au durcissement par écrouissage plus élevé de l'acier DP-AT. Cependant, l'amélioration de la résistance à l'usure à la période initiale de l'acier DP-AR est attribuée à un index considérablement plus élevé d'endurcissement par écrouissage à faible déformation, comparée à l'acier DP-AT.

Keywords:

• Dual-phase steel
• Intercritical annealing
• Steels
• Abrasive wear
• Heat treatment
• Austempering