Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Evaluation of the Tribological Properties of Chromium Nitride and Diamond-Like Carbon Coatings Deposited on X38CrMo16 Steel

Drabik Szymon, Madej Monika

Tribologia

|

2025

|

nr 2

31--41

EN

This study investigates the tribological properties of chromium nitride (CrN+OX) and diamond-like carbon (DLC) coatings. Polished samples (Ra = 0.02÷0.03 µm) were coated with commercial DLC and CrN+OX coatings, as well as a DLC coating deposited in accordance with a proprietary procedure. The coatings were applied using the plasma-assisted chemical vapor deposition (PACVD) method. Surface topography was analyzed under a Leica DCM8 confocal microscope to compare surface parameters before and after coating deposition. Tribological tests were performed using a TRB3 tribometer in a ball on-disc configuration under 10 N load in reciprocating motion under dry friction conditions. Additionally, tribological tests for the proprietary DLC coating were conducted at increased loads of 15 N and 20 N. The measurements of the coefficient of friction and linear wear were recorded. To compare the wear tracks after tribological tests, further observations were performed using a confocal microscope. Surface topography analysis indicated that DLC coatings had little effect on surface roughness parameters, in contrast to the CrN coating. The tribological test results demonstrated that all applied coatings significantly reduced both the coefficient of friction and wear. The lowest coefficient of friction was recorded for the sample with the DLC coating deposited using the proprietary procedure developed at the Advanced Nanotechnology and Nanomaterials Laboratory at the Kielce University of Technology. Meanwhile, the lowest linear wear was observed for the sample with the commercial DLC coating. Microscopic profile analysis revealed that the smallest wear track depth was obtained for the sample coated with DLC using the proprietary deposition process.

PL

W artykule badano właściwości tribologiczne powłok z azotku chromu (CrN+OX) i diamentopodobnych (DLC – Diamond-Like Carbon). Na wypolerowane próbki (Ra = 0,02÷0,03 µm) naniesiono komercyjne powłoki DLC i CrN+OX oraz powłokę DLC, którą osadzano według autorskiej procedury. Powłoki zostały naniesione metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PACVD). Przy użyciu mikroskopu konfokalnego DCM8 firmy Leica przeprowadzono obserwacje mikroskopowe, w celu porównania parametrów topografii powierzchni przed i po nałożeniu powłok. Na tribometrze TRB3 wykonano testy tribologiczne w skojarzeniu kula–tarcza przy obciążeniu 10 N w ruchu posuwisto-zwrotnym podczas tarcia technicznie suchego. Dodatkowo dla autorskiej powłoki DLC wykonano testy tribologiczne przy zwiększonym obciążeniu (15 i 20 N). Rejestrowano przebiegi wartości współczynników tarcia oraz zu życia liniowego. W celu porównania śladów wytarcia po testach tribologicznych przeprowadzono obserwacje za pomocą mikroskopu konfokalnego. Analiza topografii powierzchni wskazała, że osadzone powłoki DLC nieznacznie wpływają na zmianę para metrów topografii powierzchni, w odróżnieniu od powłoki CrN. Wyniki testów tribologicznych wskazały, że każda z zastosowanych powłok znacząco zmniejszyła zarówno współczynnik tarcia, jak i zużycie. Najmniej szy współczynnik tarcia zarejestrowano dla próbki z powłoką DLC osadzoną według procedury opracowanej w Laboratorium Zaawansowanych Nanotechnologii i Nanomateriałów Politechniki Świętokrzyskiej, natomiast najmniejszą wartość zużycia liniowego zarejestrowano dla próbki z komercyjną powłoką DLC. Analiza profili uzyskanych poprzez obserwacje mikroskopowe wskazała, że najmniejszą głębokość śladu wytarcia uzyskano dla próbki z powłoką DLC osadzaną według autorskiej procedury.

2

Wybrane przykłady korozji systemów i urządzeń ze stali nierdzewnych austenitycznych — mechanizm oraz profilaktyka w zapobieganiu korozji

Marjanowski Jan, Drewnowski Jakub

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2025

|

nr 4

127--135

PL

Wybrane przykłady korozji występujące w systemach instalacyjnych i urządzeniach wykonanych ze stali austenitycznych chromoniklowych w środowiskach wodnych w przemyśle spożywczym i ciepłownictwie. Mechanizm powstawania korozji wżerowej, szczelinowej i podosadowej w wodach o zwiększonej ilości chlorków w urządzeniach ze stali nierdzewnej. Liczne przykłady korozji instalacji i urządzeń ze stali austenitycznych dla określonych warunków środowiskowych z wykorzystaniem dokumentacji fotograficznej ze szczególnym uwzględnieniem wymienników ciepła. Profilaktyka antykorozyjna z wykorzystaniem zabiegu trawienia oraz pasywacji urządzeń i elementów instalacji ze stali nierdzewnej w kąpieli gwarantującej jednoczesne usuwanie starych warstw osadów i powstawanie nowych warstewek pasywnych na powierzchni stali chromoniklowych.

EN

Various corrosion phenomena observed in piping systems and equipment fabricated from austenitic chromium-nickel stainless steels operating in aqueous environments within the food processing and district heating industries. The mechanisms underlying pitting, crevice, and sub-sedimentary corrosion occurring in chloride-rich water conditions, affecting the integrity of stainless steel components. Numerous case studies illustrating corrosion damage under defined environmental parameters, supported by photographic documentation, with particular emphasis on heat exchangers. The importance of corrosion mitigation strategies, specifically through chemical pickling and passivation treatments, conducted in baths designed to simultaneously remove existing deposit layers and regenerate protective passive films on the surfaces of chromium-nickel stainless steels.

3

Wytyczne kształtowania i projektowania przewodów spalinowych w kominach przemysłowych

Kubiszyn Wiesław

Inżynieria i Budownictwo

|

2025

|

R. 81, nr 3

235--242

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z kształtowaniem i projektowaniem stalowych przewodów spalinowych w kominach przemysłowych, stalowych, ceramicznych i żelbetowych. W projektowaniu przewodów spalinowych obowiązują zasady i wymagania określone w Eurokodach PN-EN 1993-3-2 i prEN 1993-3 oraz w normach związanych: PN-EN 1993-1-6, PN-EN 13084-1, PN-EN 13084-6 i PN-EN 13084-7. Opisano zasady kształtowania oraz przyjęte rozwiązania materiałowe przewodów spalinowych. Przedstawiono również zasady projektowania tych przewodów z uwzględnieniem oddziaływania różnicy temperatur i wpływu odkształceń lub przemieszczeń trzonu kominowego. W podsumowaniu artykułu zarekomendowano realizację stalowych kominów dwupowłokowych z wkładem ze stali nierdzewnej jako rozwiązanie spełniające normowe wymaganie trwałości kominów stalowych.

EN

The article presents issues related to the shaping and design of steel liners in industrial chimneys, steel, ceramic and reinforced concrete. The design of steel liners is governed by the principles and requirements specified in Eurocodes PN-EN 1993-3-2 and prEN 1993-3, as well as related standards: PN-EN 1993-1-6; PN-EN 13084-1; PN-EN 13084-6 and PN-EN 13084-7. The principles of design and adopted material solutions for steel liners are described. The principles of designing these liners taking into account the effect of temperature difference and the effect of deformation or displacement of the chimney shaft are also presented. In conclusion, the article recommends the realization of steel double skin chimneys with a stainless steel liner as a solution that meets the standard requirement for the durability of steel chimneys.

4

Nośność w pożarze słupów wykonanych z wybranych rodzajów stali nierdzewnych – analiza porównawcza

Maślak Mariusz, Zajdel Paulina, Kuraś Piotr

Inżynieria i Budownictwo

|

2025

|

R. 81, nr 3

293--299

PL

Wyznaczono odniesioną do warunków pożaru nośność specyfikowaną ze względu na wyboczenie giętne i identyfikowaną dla odpowiadających sobie słupów o identycznej geometrii i sposobie podparcia, wykonanych z różnych gatunków stali nierdzewnych, o zróżnicowanej strukturze materiału. W celach porównawczych uzyskane wyniki odniesiono do analogicznej nośności tych samych słupów, projektowanych tym razem z wybranych gatunków niestopowych stali konstrukcyjnych, kojarzonych z rozpatrywanymi wcześniej stalami nierdzewnymi z uwagi na zbliżoną wytrzymałość. Pokazano, że struktura stali nierdzewnej determinuje jej odporność ogniową. Na ogół jednak jest to odporność znacząco większa niż ta, która charakteryzuje typowe konstrukcyjne stale niestopowe.

EN

The load-bearing capacity specified for flexural buckling and related to fire conditions was precisely determined. It was identified for corresponding columns with identical geometry and support method, made of stainless steels of various types, with differentiated crystal structures. For comparative purposes, the obtained results were referred to the analogous load-bearing capacity of the same columns, designed this time from non-alloy structural steels of selected types, associated with the previously considered stainless steels due to their similar strength. It was shown that the internal structure of a stainless steel determines its fire resistance. In general, however, this resistance is significantly higher in relation to that which characterizes the typical non-alloy structural steels.

5

Możliwości i ograniczenia techniczne zastosowania stali nierdzewnej polerowanej gatunku 1.4404 na elewacji na przykładzie instalacji zrealizowanej dla Teatru Kameralnego w Bydgoszczy

Jankowska Maria

Builder

|

2025

|

R.29, nr 11

2--5

PL

W artykule omówiono zastosowanie powierzchni lustrzanych w architekturze miejskiej na przykładzie instalacji artystycznej zlokalizowanej na elewacji Teatru Kameralnego w Bydgoszczy. Celem pracy było przeanalizowanie trwałości, percepcyjnego oddziaływania oraz aspektów technicznych materiałów odbijających otoczenie w warunkach środowiskowych charakterystycznych dla śródmiejskich przestrzeni nadwodnych. W części teoretycznej przedstawiono przegląd materiałów wykorzystywanych do uzyskania efektu lustra: szkła refleksyjnego, tworzyw sztucznych (PMMA, PETG) oraz stali nierdzewnej. Na podstawie parametrów technicznych, odporności na korozję i kosztów eksploatacji wyróżniono stal nierdzewną gatunku 1.4404 jako najkorzystniejsze rozwiązanie dla zastosowań elewacyjnych. Opisano szczegółowo konstrukcję lustrzanej instalacji wykonanej z modułów stalowych, zaprojektowanych z uwzględnieniem warunków nasłonecznienia, przewietrzania oraz bezpieczeństwa pieszych. Analiza eksploatacyjna po dwóch latach użytkowania wykazała brak deformacji, uszkodzeń czy utraty właściwości refleksyjnych. W artykule sformułowano rekomendacje projektowe dla architektów i inżynierów, podkreślając wartość estetyczną i funkcjonalną stali nierdzewnej jako materiału elewacyjnego. Przypadek bydgoskiej realizacji może stanowić przykład świadomego wykorzystania efektu lustra w przestrzeni publicznej, integrującej użytkownika, otoczenie i obiekt.

EN

The article discusses the application of mirror surfaces in urban architecture using the case study of an artistic installation located on the façade of the Chamber Theatre in Bydgoszcz, Poland. The aim of the study was to analyze the durability, perceptual impact, and technical aspects of reflective materials in environmental conditions typical for downtown riverfront spaces. The theoretical section presents an overview of materials used to achieve a mirror effect: reflective glass, plastics (PMMA, PETG), and stainless steel. Based on technical parameters, corrosion resistance, and maintenance costs, stainless steel grade 1.4404 was identified as the most advantageous solution for façade applications. The paper provides a detailed description of the mirrored installation, composed of steel modules designed with consideration for solar exposure, air circulation, and pedestrian safety. Operational analysis after two years of use revealed no deformation, damage, or loss of reflective properties. The article concludes with a set of design recommendations for architects and engineers, emphasizing the aesthetic and functional value of stainless steel as a façade material. The Bydgoszcz project serves as a model example of the deliberate and sustainable use of reflection in public space-integrating the user, the object, and its surroundings.

6

Influence of laser beam oscillation on weld geometry and microstructure of aisi 304 stainless steel

Landowski Michał, Wolski Adrian, Stano Sebastian, Chrobak Grzegorz

Advances in Materials Science

|

2025

|

Vol. 25, nr 4(86)

92--112

EN

Laser welding, thanks to the use of oscillating heads, is finding increasing use in modern industry. Laser oscillating welding heads offer numerous advantages over traditional laser welding heads. Currently, industries where preparing components for laser welding was previously a significant challenge can now adopt this welding technique thanks to the use of oscillation. The ability to improve the properties of welded joints, autogenous welding, and a high level of process automation make laser welding technology a promising industry. Unfortunately, the complexity of multidimensional processes, already difficult to apply, combined with the wide range of possibilities for modifying beam oscillation, requires a deeper understanding of the impact of new laser welding parameters on the quality of welded joints for industrial implementation. This article presents the results of studies on the microstructure of austenitic stainless steel welded with a laser beam at various welding beam oscillation parameters. The welds were obtained using a ytterbium QCW (Quasi Continuous Wave) fiber laser autogenous (without the use of the filler material). The test material was 4 mm thick AISI 304 austenitic stainless steel sheets as delivered. The aim of this study was to investigate the effect of oscillation parameters such as frequency, amplitude, and shape used during laser welding on weld geometry. Statistical relationships between the studied variables were identified. Laser power exhibits strong positive correlations with key weld geometry parameters, particularly penetration depth (H: r = 0.66), weld face width (B: r = 0.79), and cross-sectional area (S: r = 0.80). In contrast, laser beam oscillation parameters show a negative correlation with penetration depth (H: r = −0.48) and a moderate correlation with weld face width (B: r = 0.56). Other oscillation related effects demonstrate only weak correlations (r ≤ 0.38) with weld geometry. Mathematical models describing these relationships were developed and their quality verified. The presented models enable the prediction of the transverse shape dimensions of welds based on known welding parameter values.

7

Study on laser welding of a copper material and stainless steel

Wang Renping

Przemysł Chemiczny

|

2024

|

T. 103, nr 9

963--967

EN

A com. fiber laser was used to weld Cu and stainless steel plates. The laser power was 2.2 kW, the welding speed 2.5 mm/s, the spot diam. about 0.5 mm, and the wire feeding speed 2-3.5 mm/s. Ar gas flow rate was 10 L/min. The weld produced was smooth and defect-free, the grain distribution was uniform and the mech. properties of the joint were high. The av. tensile strength of the welded joints was 984 MPa, and the av. yield strength of the joints was 351.4 MPa. The superior ity and potential of laser welding in dissimilar metal welding was evidenced.

PL

Do spawania płyt z miedzi i stali nierdzewnej użyto komercyjnego lasera światłowodowego. Moc lasera wynosiła 2,2 kW, prędkość spawania 2,5 mm/s, średnica plamki ok. 0,5 mm, prędkość podawania drutu 2-3,5 mm/s, a natężenie przepływu argonu 10 L/min. Uzyskana spoina była gładka i wolna od wad, rozkład ziarna był równomierny. Spoina miała dobre właściwości mechaniczne. Średnia wytrzymałość na rozciąganie spoin spawanych wynosiła 984 MPa, a średnia granica plastyczności spoin to 351,4 MPa. Udowodniono potencjał spawania laserowego w spawaniu różnych metali.

8

Predicting the mechanical properties of stainless steels using Artificial Neural Networks

Ivković Djordje, Arsić Dušan, Adamović Dragan, Nikolić Ružica, Mitrović Andjela, Otakar Bokuvka

Production Engineering Archives

|

2024

|

Vol. 30, Iss. 2

225--232

EN

Knowing the material properties is of a crucial importance when planning to manufacture some structure. That is true for the steel structures, as well. Thus, for the proper planning of a certain steel part or a structure production, one must be aware of the properties of the material, to be able to make a qualified decision, which material should be used. Considering that the manufacturing of steel products is constantly growing in various branches of industry and engineering, the problem of predicting the material properties, needed to satisfy the requirements for the certain part efficient and reliable functioning, becomes an imperative in the design process. A method of predicting four material properties of the two stainless steels, by use of the artificial neural network (ANN) is presented in this article. Those properties were predicted based on the particular steels’ known chemical compositions and the corresponding material properties available in the Cambridge Educational System EDU PACK 2010 software, using neural network module of MathWorks Matlab. The method was verified by com-paring the values of the material properties predicted by this method to known values of properties for the two stainless steels, X5CrNi18-10 (AISI 304), X5CrNiMo17-12-2 (AISI 316). The difference be-tween the two sets of values was below 5% and, in some cases, even negligible.

9

The effect of anodic polarization of 304 stainless steel in choline chloride-based DES solvent on its surface morphology and corrosion resistance

Marczewski Marek, Tylus Włodzimierz, Winiarska Juliusz

Ochrona przed Korozją

|

2024

|

nr 4

96--105

EN

AISI 304 alloy steel was polarized anodically in a deep eutectic solvent based on choline chloride and oxalic acid (1 : 1 molar ratio) at the temperature range of 25–75°C and the current density range of 2.5–45 mA cm−2. No improvement in visual parameters (gloss) was observed with increasing temperature. That was due to the formation of numerous pits on the surface as evidenced by SEM microscopy. AFM showed at lower temperatures the evenly distributed shallow pits, while at higher temperatures – less numerous but larger ones. XPS and ICP-AES analysis showed that the anodic polarization process increased the content of oxidized chromium on the surface and indicated high degree of iron leaching from the material. Morphology of this passive layer, which thickness was calculated to 3.3 nm, was characterized by uniform mixture of Cr(III) oxide and hydroxide. In contrast to chemically etched steel, polarization in DES produced surface layer enriched with Cr2O3 (56% instead of 28% total share) with lower share of Cr(OH)3 (41% instead of 70% total share). Anodic polarization process in proposed DES was responsible for a slight increase in corrosion resistance of 304 steel.

PL

Stal stopową AISI 304 poddano polaryzacji anodowej w rozpuszczalniku eutektycznym złożonym z chlorku choliny i kwasu szczawiowego (1 : 1 molowo) w temperaturze 25–75°C i przy gęstości prądu 2,5– 45 mA cm−2. Nie zaobserwowano poprawy połysku wraz ze wzrostem temperatury procesu ze względu na powstanie licznych wżerów na powierzchni, widocznych za pomocą mikroskopii SEM. Analiza AFM wykazała, że w niższych temperaturach wżery są płytkie i równomiernie rozmieszczone, a w wyższych są większe i mniej liczne. Analizy XPS i ICP-AES ujawniły, że na skutek polaryzacji anodowej wzrasta ilość utlenionego chromu w powierzchni stali, czemu towarzyszy nadmierne roztwarzanie żelaza ze stopu. Morfologia wytworzonej warstwy pasywnej, o grubości około 3,3 nm, to jednorodna mieszanina tlenku i wodorotlenku Cr(III). W porównaniu z trawioną chemicznie stalą polaryzacja anodowa w DES skutkuje wytworzeniem warstwy powierzchniowej wzbogaconej w Cr2O3 (56% zamiast 28% zawartości) i z mniejszym udziałem Cr(OH)3 (41% zamiast 70%). Proces polaryzacji anodowej stali 304 w zaproponowanym DES przyczynił się do poprawy odporności na korozję.

10

Zalety kołków sprężystych zwijanych ze stali nierdzewnej chromowej 420

Pasko Michael

Napędy i Sterowanie

|

2024

|

R. 26, nr 6

40--41

PL

Kołki zwijane są stosowane w wielu branżach, w tym motoryzacyjnej, medycznej, ciężkiego sprzętu, wojskowej, lotniczej i produktów konsumenckich. W zastosowaniach wymagających połączenia wysokiej wytrzymałości, doskonałej odporności na zużycie i odporności na korozję, nierdzewna chromowa stal martenzytyczna 420 oferuje szereg zalet technicznych oraz stanowi rzetelne i racjonalne pod względem kosztów rozwiązanie. [...] Firma SPIROL produkuje kołki sprężyste od 1948 roku...

11

Zalety kołków sprężystych zwijanych ze stali nierdzewnej chromowej 420

Pasko Michael

Napędy i Sterowanie

|

2024

|

R. 26, nr 4

42--43

PL

Kołki zwijane są stosowane w wielu branżach, w tym motoryzacyjnej, medycznej, ciężkiego sprzętu, wojskowej, lotniczej i produktów konsumenckich. W zastosowaniach wymagających połączenia wysokiej wytrzymałości, doskonałej odporności na zużycie i odporności na korozję, nierdzewna chromowa stal martenzytyczna 420 oferuje szereg zalet technicznych oraz stanowi rzetelne i racjonalne pod względem kosztów rozwiązanie... [wstęp]

12

Pulse frequency density modulation full bridge for induction preheating application of stainless-steel welding

Chakkuchan P., Chudjuarjeen S., Phankong N.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2024

|

Vol. 127, nr 1

23--31

EN

Purpose: The paper shows the problem of surface cracks from welding (TIG welding) to welding stainless steel pipe (heat-affected zone: HAZ). The study is an experiment of preparing welding with non-heating workpieces and preheating the workpiece using the principle of induction, heating with a fluid inverter circuit that can adjust power by frequency control, pulse frequency density modulation (PFDM) to maintain temperature for industrial. Design/methodology/approach: The control circuit is responsible for regulating the functioning of different devices and the speed of operation of the switch device. It divides the control into two closed loops: phase-angle feedback and current feedback. The phase-angle feedback loop ensures frequency tracking during the phase check angle, enabling the inverter to operate at frequencies higher than the resonant frequency throughout its operation. The process of arc welding was employed in the fusion of stainless-steel materials. Preheating is a crucial step in the welding process, as it serves to uphold the integrity of the weld and mitigate the occurrence of undesirable outcomes such as cracking and the subsequent requirement for rework. The Welding Process Specification (WPS) about the task at hand will delineate the lower and upper limits of preheating temperatures and the requisite period for preheating. High-quality products should be devoid of these imperfections and possess comprehensive welding reinforcement. Additional welding certifications encompassed a tensile testing procedure, a microhardness testing procedure, and a comprehensive microstructure analysis. Findings: Applying an alternating voltage to an induction coil generates an alternating current (AC) within the coil circuit. The induced currents exhibit a frequency identical to that of the coil current, although they possess an opposite direction to the coil current. These currents facilitate heat generation through the phenomenon known as the Joule effect. The temperature range of 250°C-400°C can be effectively regulated for preheating stainless steel by using high-frequency electric process heating in induction welding, hence achieving the desired welding preheat. There are two primary classifications for inverters: voltage-source inverters and current-source inverters. Research limitations/implications: The main research limitation is comparing preheat and non-preheat. The size of the heat-affected zones is influenced by the rate of heating and cooling brought on by machining processes. By influencing the microstructural changes in that area, precise control of the variables can impact the integrity of the weld zones. The microstructural characteristics of the metal are different from the rest of the subject because welding heats the metal. The topic is heated up beforehand to ensure smooth welding and structural integrity. Because there is less of a temperature difference between the weld zone and the base material, preheating during welding results in less shrinkage stress. Distortions and crack flaws might result from higher shrinkage stress. Practical implications: NDT, or non-destructive testing, is a weld integrity test to find defects that occur in the weld without damaging that welding line and continuing to use it safely. For the welding line to be strong according to the design of that welding line (conformance to design), the test will use the principles of physical properties, such as light, X or gamma rays, magnetic fields, and high-frequency sound waves. Originality/value: In the research, stainless steel was successfully welded to preheat using induction heating (IH).

13

Influence of L-PBF additive manufacturing parameters on the residual stresses and thermal distortions in AISI 316L stainless steel parts

Santos O., Batalha G.F., Farias V., Seriacop V., Bordinassi E.C., Adamiak M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2024

|

Vol. 127, nr 1

12--22

EN

Purpose: The work aimed to numerically model through the Finite Element Method (FEM) the distribution of residual stresses and thermal distortions in parts generated by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) in stainless steel AISI 316L and validate the results obtained through experimental measurements on previously manufactured parts. Design/methodology/approach: The design methodology followed a numerical approach through the Finite Element Method (FEM), the distribution of residual stresses and thermal distortions in parts generated by Selective Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) in stainless steel AISI 316L and the FEM approach was validated trough the results obtained through experimental measurements on previously manufactured parts. The influence on three levels was verified through complete factorial planning of some manufacturing parameters, such as laser power, speed, and distance between scans (hatch), on the stress and distortion results of the samples and also on the samples simulated by FEM. Findings: When results were compared about the average diameters, a relative error of less than 2.5% was observed. The average diameter was influenced by power and speed. Increasing power decreased the average diameter of the samples, while increasing speed and hatch increased the average diameter. When results are compared to measure the residual stresses, it is observed that the relative error was less than 1%. Power, speed, and the hatch itself influenced the residual stress. Increasing power increases residual stress while increasing speed and hatch decreases residual stress. The cooling rate and the transient thermal history are the control factors that influence the residual stresses and are directly related to the process parameters. The computational modelling followed by measurements and calibrations carried out in the experimental stages proved to be efficient and enabled the reproduction of thermal distortion and residual stresses with statistical confidence. prediction of thermal distortions and residual stresses using the machine learning approach. Future research will study heating the building platform, which should also impact residual stresses. Practical implications: Based on the results obtained in this research, it will be possible to select better additive manufacturing parameters for manufacturing 316L stainless steel parts. The parameters evaluated in the work were laser power, scanning speed, and hatch. Originality/value: The innovation of the work lies in the robust simulation of the thermo-elastic behaviour of samples subjected to the additive manufacturing process, where it was possible to accurately relate the thermal distortions and residual stresses that appeared in the samples printed with the parts modelled by the FEM. The numerical-experimental validation makes it possible to extrapolate the studies to several other manufacturing parameters using only computational simulation and work with a more significant amount of data for a prediction study.

14

Morphology of Welding Fume Derived from Stainless Steels Arc Welding

Wyciślik-Sośnierz Joanna, Matusiak J., Adamiec J., Lemanowicz M., Kusiorowski R., Gerle A.

Archives of Foundry Engineering

|

2024

|

Vol. 24, iss. 4

103--108

EN

The article presents the research results of fume morphology derived from arc welding of stainless steels of 1.4301 and 1.4828 grade. The analysis was performed using laser diffraction and high-resolution scanning electron microscopy. Welding fume has been classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as a group of agents with proven carcinogenic effects to human. The assessment of the risk related to exposure to welding fume emission depends on the amount of fume generated, its chemical composition and morphology. The combined analysis of these factors determines the toxicity of fume and its impact on the human body. The results of the fume particle size distribution and the analysis of the shape and chemical composition using SEM with EDS in connection with the determination of the fume emission rate enable to obtain an overall assessment of the health risk as-sociated with welding fume. Such assessment is particularly important during welding processes of corrosion-resistant steels, due to the presence of chromium and nickel compounds in the fume, which are classified as substances with proven carcinogenic effects to human (Group 1 according to IARC guidelines). It was found that 15-17% of particles deriving from arc welding belong to the respirable and tracheal fractions, which are the most harmful due to the penetration beyond the larynx.

15

Structure–property relationship assessment of dissimilar gas tungsten arc welded joint of pipeline steel and super duplex stainless steel for marine applications

Maurya Anup Kumar, Kumar Naveen, Pandey Chandan, Chhibber Rahul

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2024

|

Vol. 24, no. 3

art. no. e164, 2024

EN

This study investigates the structure–property relationship in a dissimilar joint between super duplex stainless steel (sDSS 2507) and pipeline steel (X-70) using gas tungsten arc welding and ER2594 filler. Tubing and risers used to transport hydrocarbons are regularly joined using these dissimilar metals. The microstructures of lower heat input (LHI-0.7 kJ/mm) and higher heat input (HHI-1.4 kJ/mm) weldments were examined to understand the influence of heat input on the structure–property relationship. The weldments' mechanical characteristics were tested via hardness, impact, and tensile tests. Base metal and weld zone/interface characterization were studied utilizing optical and scanning electron microscopes with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Elemental variation was confirmed by EDS spectra, elemental line mapping, and electron probe microanalysis with wavelength-dispersive spectrometer along the weld interface and weld zone. Significant microstructure variation was observed in X-70 BM at the LHI and HHI weld interfaces. Type II boundary and macro-segregation forms like peninsulas and islands were present in both weldments. In LHI and HHI weldment, duplex microstructure dominates the weld zone cap and filler pass. In the backing pass, duplex microstructure replaces skeletal ferrite, which predominates in the root pass of the HHI weld zone. LHI weldment has an average microhardness of 275 ± 7 HV0.5, while HHI had 285 ± 5 HV0.5. Both weldment’s tensile tests revealed that the sample fractured on the weaker X70 BM side. LHI and HHI weldments had 600 MPa and 610 MPa ultimate tensile strengths and 22% and 18% elongation percentages, respectively. LHI weldments (200 ± 7 J, 210 ± 4 J) and HHI weldments (210 ± 5 J, 220 ± 8 J) have lower average impact toughness in cap and root pass than the sDSS 2507 BM (320 ± 3 J) and X-70 BM (300 ± 6 J), respectively. The increase in heat input led to a minimal 2% difference in tensile strength, a notable 10% increase in hardness, and a slight 5% variation in impact toughness between LHI and HHI weldments. Marine and offshore applications may benefit from investigating the sDSS 2507/X-70 DWJ's process parameter selection, thermodynamic analysis, and structure–property relationship.

16

Duplex stainless steel 2209 with excellent properties deposited by plasma arc additive manufacturing without post heat-treatment: favorable phase ratio and no σ-phase

Zhang Haoquan, Peng Kang, Chen Xizhang

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2024

|

Vol. 24, no. 3

art. no. e175, 2024

EN

This paper utilizes the plasma arc as the heat source to successfully fabricate well-formed thin-walled parts using combined cable wire duplex stainless steel 2209. Microstructure of parts exhibited the favorable two-phase ratio and the absence of σ-phase. It was found that appropriate heat input (1.68 kJ/cm) and cooling rate (5 °C/s) can effectively avoid the precipitation of σ-phase. Furthermore, the properties of the as-deposited samples were comparable to those of the samples heat-treated at 1300 °C, proving that no subsequent heat treatment was required for 2209 stainless steel fabricated by plasma arc additive manufacture. The samples showed excellent properties, in which the ultimate tensile strength and yield strength were improved by about 7% and 24% compared with GB/T4237-2015. The impact toughness meets the requirements of EN10028-7-2016, which is about 35% higher than that of the cold metal transfer samples, and the corrosion resistance is comparable to that of hot rolled 2205.

17

Effect of floating-plug drawing process parameters on surface finish of inner and outer surfaces of AISI 321 stainless steel thin-walled tubes

Żaba Krzysztof, Szpunar Marcin

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

27--37

EN

This article presents the results of the analysis of changes in the surface topography of AISI 321 (1.4541) thin-walled stainless steel tubes in single-pass Floating-Plug Drawing (FPD) process. Experimental tests were carried out with variable drawing speed (1, 2, 3, 4, 6, and 10 m/min) and different angles of floating plug (11.3°, 13° and 14°). Wisura DSO7010 (Fuchs Oil) lubricant was used in the experiments. Mean roughness Ra and ten point height of irregularities Rz were adopted as surface quality indicators. Roughness parameters were measured independently on the inner and outer surfaces of thin-walled tubes. Analysis of variance was used to analyse the relationship between process parameters (drawing speed and angle of floating plug) and surface roughness of tubes. A decrease in the values of both analyzed roughness parameters was observed as a result of the drawing process. The FPD process significantly improves the inner surface quality of AISI 321 thin-walled stainless steel tubes. The mean roughness value tends to increase with increasing drawing speed, while the angle of the floating-plug has no significant effect on the mean roughness Ra.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy zmian topografii powierzchni rur cienkościennych ze stali nierdzewnej AISI 321 po procesie ciągnienia na korku swobodnym. Badania eksperymentalne przeprowadzono w jednym przejściu, ze zmienną prędkością ciągnienia (1, 2, 3, 4, 6, and 10 m/min) oraz różnymi kątami β korka swobodnego (11.3°, 13° and 14°). W badaniach eksperymentalnych wykorzystano smar Wisura DSO7010 (Fuchs Oil). Jako wskaźniki jakości powierzchni przyjęto średnie arytmetyczne odchylenie rzędnych profilu Ra oraz wysokość chropowatości według 10 punktów Rz. Parametry chropowatości mierzono niezależnie na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni rur cienkościennych. Do analizy związków pomiędzy parametrami procesu ciągnienia (prędkość ciągnienia i kąt korka swobodnego) wykorzystano analizę wariancji. Zaobserwowano zmniejszenie wartości obydwu analizowanych parametrów chropowatości w wyniku procesu ciągnienia. Proces ciągnienia na korku swobodnym znacznie poprawia jakość wewnętrznej powierzchni cienkościennych rur ze stali nierdzewnej AISI 321. Zaobserwowano tendencję do zwiększania się parametru Ra wraz ze wzrostem prędkości ciągnienia, podczas gdy kąt β korka swobodnego nie miał znaczącego wpływu na średnią chropowatość Ra.

18

Study of the Mechanical and Antibacterial Properties of Surface Modified Steel for Medical Applications

Taratuta Anna, Lisoń-Kubica Julia, Kazek-Kęsik Alicja, Antonowicz Magdalena, Basiaga Marcin

Tribologia

|

2023

|

nr 2

85--95

EN

Various types of metal implants, both in Poland and worldwide, are mainly manufactured from stainless steel due to their biocompatibility, strength, and relatively low price. However, any such procedure involves the risk of peri-implant infection, stimulated, among other things, by the formation of a bacterial biofilm on the surface of the implant. In this paper, several methods of modifying the surface of steel for medical applications were proposed, such as mechanical polishing, electropolishing, sandblasting, and the application of a thin surface layer. This was followed by a series of physicochemical and biological tests. The results indicate that the titanium nitride coating improved corrosion resistance and reduced bacterial adhesion on the surface. No significant improvement in abrasion was observed, and the adhesion of the coating closely depended on the method of preparation.

PL

Implanty metalowe, zarówno w Polsce, jak i na świecie, produkowane są głównie ze stali nierdzewnej ze względu na jej biokompatybilność, wytrzymałość i stosunkowo niską cenę. Jednak każdy tego rodzaju zabieg wiąże się z ryzykiem powstania zakażenia okołowszczepowego, stymulowanego m.in. powstawaniem biofilmu bakteryjnego na powierzchni implantu. W pracy zaproponowano kilka metod modyfikacji powierzchni stali do zastosowań medycznych, takich jak polerowanie mechaniczne, elektropolerowanie, piaskowanie oraz nałożenie cienkiej warstwy powierzchniowej. Następnie przeprowadzono szereg badań fizykochemicznych i biologicznych. Wyniki wskazują, że powłoka azotku tytanu poprawiła odporność na korozję oraz ograniczyła adhezję bakterii na powierzchni. Nie zaobserwowano znaczącej poprawy ścieralności, a adhezja powłoki ściśle zależała od metody jej przygotowania.

19

Selected aspects of the design of special monolithic carbide milling cutters for austenitic steels

Małek Marcin, Grabowski Marcin, Skoczypiec Sebastian

Technical Transactions

|

2023

|

Vol. 120, iss. 1

art. no. e2023017

EN

In many machining applications, the appropriate selection of cutting tools in relation to the type of material being machined, the machining parameters and the required shape and dimensional accuracy is of particular importance. This especially applies to operations requiring the use of specific tools, i.e. tools that are not included in the standard offer but are tailor-made according to the individual needs of the customer. The article focuses on the machining problems of selected austenitic grades of stainless steel and the selection of technologies (i.e. machining parameters and strategies and tool geometry) concerning the design and use of special monolithic carbide milling cutters. The possibilities of manufacturing elements from austenitic steels with high shape and dimensional accuracy and high surface layer quality are limited. Due to their high ductility, the tendency to create growths on the cutting edge and the high compression strength coefficient, these materials pose a serious technological challenge. The analysis of phenomena presented in the article forms the basis for developing guidelines for designing the machining process using special monolithic carbide cutters dedicated for specific applications.

20

Dynamic Behaviour of Selective Laser Melted 316L Steel : Mechanical Properties and Microstructure Changes

Białobrzewski Paweł, Sienkiewicz Judyta, Janiszewski Jacek, Kluczyński Janusz

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2023

|

Vol. 14, Nr 2 (52)

51--72

EN

316L steel specimens with three different shear zones made by SLM (Selective Laser Melting) were subjected to dynamic tests using the Split Hopkinson Pressure Bar method. The effect of high-speed deformation on changes in microstructure was analyzed. In addition, the stress-strain relationship was determined from the SHPB results. To visualize the deformation process of the specimens during the tests, a camera with a high frame rate was used. It was shown that as the plastic deformation increases, the hardness of the material increases. Microstructural analysis of dynamically loaded areas revealed numerous defects. Twinning was found to be the main deformation mechanism. Large plastic deformation and many other microstructural changes such as shear bands, cracks and martensite nucleation were also observed.

PL

Próbki ze stali 316L z trzema różnymi strefami ścinania wykonane metodą SLM (Selective Laser Melting) poddano testom dynamicznym wykorzystując do tego metodę dzielonego pręta Hopkinsona (Split Hopkinson Pressure Bar). Przeanalizowano wpływ odkształceń o dużej szybkości na zmiany w mikrostrukturze. Ponadto na podstawie wyników badań SHPB wyznaczono zależność naprężenie- odkształcenie. W celu zobrazowania procesu odkształcania próbek podczas badań zastosowano kamerę o dużej częstości klatkowania. Wykazano, że wraz ze wzrostem odkształcenia plastycznego wzrasta twardość materiału. Analiza mikrostrukturalna obszarów obciążonych dynamicznie ujawniła liczne defekty. Stwierdzono, że głównym mechanizmem deformacji jest bliźniakowanie. Zaobserwowano również duże odkształcenia plastyczne i wiele innych zmian mikrostruktury, takich jak pasma ścinania, pęknięcia i zarodkowanie martenzytu.