Effect of 1.5 wt% Copper Addition and Various Contents of Silicon on Mechanical Properties of 1.7102 Medium Carbon Steel

Abstract

Requirements for mechanical properties of steels are constantly increasing, and the combination of quenching and tempering is the method generally chosen for achieving high strength in medium carbon steels. This study examines the influence of various silicon contents from 1.06 to 2.49 wt% and the addition of copper (1.47 wt%) on the behavior of 1.7102 steel starting with the as-quenched state and ending with the tempered condition at the temperature of 500 ◦C. The microstructure was characterized by SEM and TEM, the phase composition and dislocation density were studied by XRD analysis, and mechanical properties were assessed by tensile and hardness testing, whereas tempered martensite embrittlement was assessed using Charpy impact test and the activation energy of carbide precipitation was determined by dilatometry. The benefit of copper consists in the improvement of reduction of area by tempering between 150 and 300 ◦C. The increase in strength due to copper precipitation occurs upon tempering at 500 ◦C, where strength is generally low due to a drop in dislocation density and changes in microstructure. The increasing content of silicon raises strength and dislocation density in steels, but the plastic properties of steel are limited. It was found that the silicon content of 1.5 wt% is optimum for the materials under study. Вимоги до механічних властивостей сталей постійно зростають, і для досягнення високої міцності середньовуглецевих сталей зазвичай обирають поєднання загартування та відпуску. У цьому дослідженні досліджується вплив різного вмісту кремнію від 1,06 до 2,49% мас і додавання міді (1,47% мас) на поведінку сталі 1,7102, починаючи з загартованого стану і закінчуючи відпущеним при температурі 500 ◦ C Мікроструктуру характеризували за допомогою SEM та TEM, фазовий склад і щільність дислокацій досліджували за допомогою рентгеноструктурного аналізу, а механічні властивості оцінювали за допомогою випробування на розтяг і твердість, тоді як загартоване мартенситне ослаблення оцінювали за допомогою випробування на удар по Шарпі та дилатометрією визначали енергію активації осадження карбіду. Випробування на удар по Шарпі - це процедура, що використовується для визначення реакції матеріалу на раптову напругу.