A Multiscale Analysis of Compressive Stress-Enhanced Carbide Precipitation in Deep Cryogenic Treated Martensitic Steel for Shovel Teeth
Notice bibliographique
Résumé
It is well known that the deep cryogenic treatment (DCT) hardens a steel alloy by generating more martensite, yet we find that, for a martensitic steel, the cryogenic treatment has resulted in little more martensite but an improved strain hardening, better elongation, a slight decrease in hardness, and an enhanced abrasive wear resistance. This paper reports a mechanistic study into the rationale for these unconventional results. It is shown that the DCT at - 180 °C followed by tempering at 200 °C significantly altered the kinetics and pathways of carbide precipitation by accelerating carbon diffusion under compressive stresses, enabling η-carbide that preceded M₇C₃ and M₂₃C₆ carbides during tempering. Dilatometric analysis revealed a marked drop in the apparent activation energy for η-carbide formation, from 59 kJ mol⁻¹ in the pre-DCT to 12 kJ mol⁻¹ post-DCT, indicating enhanced nucleation possibly driven by lattice contraction and defect redistribution on-heating. X-ray diffraction, electron microscopy, and dynamic light scattering indicated the formation of η-carbide during DCT, which served as precursors for a refined dispersion of M₇C₃ and M₂₃C₆ carbides during tempering. Thermo-Calc calculations indicated that the driving force for η-carbide nucleation remains favorable after DCT and at low temperatures. Finite element simulations showed that the cryogenic thermal cycle generates compressive surface stresses, part of which is retained as residual stress after DCT. XRD measurements confirmed a reduction in surface stress, while EBSD analysis revealed decreased lattice strain and GND density after DCT, with a slight increase following low-temperature tempering. Therefore, the cryogenically induced carbon diffusion under compressive stresses may have enhanced fine carbide precipitations that result in an improved mechanical performance for a martensitic steel widely used in the mining industry.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».