The influence of strength and phosphorus segregation on the ductile fracture mechanism in a Ni-Cr steel

• Published in: Acta metallurgica 1986-07, Vol.34 (7), p.1215-1227
• Main Authors: Hippsley, C.A., Druce, S.G.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Condensed matter: structure, mechanical and thermal properties; Cross-disciplinary physics: materials science; rheology; Exact sciences and technology; Fractures; Materials science; Mechanical and acoustical properties of condensed matter; Mechanical properties and methods of testing. Rheology. Fracture mechanics. Tribology; Metals, semimetals and alloys; Metals. Metallurgy; Physics; Specific materials
• ISSN: 0001-6160
• DOI: 10.1016/0001-6160(86)90008-8

Upper-shelf toughness and its degradation through ageing at 500°C have been investigated in quenched-and-tempered 300 M steel as a function of tempering treatment at 650°C. Material having a 0.2% proof stress in the range 550–1000 MPa was examined. Toughness was assessed using the parameters J Ic and reduction-in-area, and was related to the ductile fracture mechanism through measurements of the strain required for void nucleation and void growth to coalescence. Changes in matrix rheology, void-nucleating precipitate morphology, bulk chemistry and interfacial chemistry were monitored during tempering and ageing, and the associated fractography was quantitatively assessed. The ductile fracture process in unaged material was dominated by the strain required for void nucleation on carbide precipitates. Nucleation strain increased with tempering time at 650°C causing a rise in ductility. Ageing at 500°C produced a loss of ductility for all temper conditions, and the sole cause of this effect was the segregation of phosphorus to carbide-matrix interfaces, identified by high resolution Auger spectroscopy. Both the strain required for void nucleation at carbides and that for void growth to coalescence were suppressed by ageing, through a reduction in interfacial cohesion consistent with the embrittling effect of segregated phosphorus. Nous avons étudié la résistance au plateau supérieur et sa dégradation par vieillissement à 500°C dans un acier 300 M trempé et recuit, en fonction du traitement de recuit à 650°C. Nous avons étudié un matériau dont la contrainte d'essai à 0,2% est comprise entre 550 et 1000 MPa. Nous avons précisé la tenauité à l'aide de paramètre J Ic et de la diminution de section, et nous l'avons reliée au mécanisme de rupture ductile par des mesures de la déformation nécéssaire pour la germination de cavités et pour leau croissance jusqu'à la coalescence. Nous avons suivi les variations de la rhéologie de la matrice, de la morphologie des précipitatés sur lesquels germent les cavités et de la chimie tant du matériau massif que de l'interface au cours du recuit et du vieillissement et nous avons déterminé quantitativement la fractographie associée. La rupture ductile du matériau non vieilli était dominée par la déformation nécessaire à la germination des cavités sur les précipités de carbure. La déformation de germination augmentait avec le temps de recuit à 650°C et provoquait une augmentation de la ductilité. Un vieillissement à 500°C produisa