Influence of Tempering Temperature on the Abrasive Wear of High-Strength, Martensitic Boron Steel Hardox Extreme

• Autorzy: Zemlik Martyna , Konat Łukasz , Grygier Dominika

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.2937

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury odpuszczania na zużycie ścierne wysokowytrzymałej martenzytycznej stali borowej Hardox Extreme

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the microstructural and wear aspects of high-strength, martensitic boron steel Hardox Extreme. It is characterised by a hardness well in excess of 600 HBW and a static tensile strength Rm over 2000 MPa, which provides high resistance under abrasive wear conditions. However, such high mechanical properties reduce the steel's ductility parameters, including impact strength, elongation and area reduction. Examples of components exposed to abrasive wear, including ploughshares, cultivator teeth, excavator buckets or chutes, also require satisfactory resistance to impact wear. Subjecting Hardox Extreme steel to tempering treatments can enhance its performance characteristics by increasing its plastic properties while maintaining satisfactory mechanical indices. Therefore, it was decided to study the tribological properties of Hardox Extreme steel after stress-relieving and low-temperature tempering treatments. In the course of the work carried out, it was shown that with a reduction in hardness from 644 HBW to 508 HBW, it is possible to achieve satisfactory wear indices. The value of the coefficient of relative abrasion resistance kb is equal to 1.36–1.12, respectively, for the as-delivered condition and after tempering treatments at 250°C.

PL

W artykule omówione zostały aspekty mikrostrukturalne i zużyciowe wysokowytrzymałej, martenzytycznej stali z borem Hardox Extreme. Charakteryzuje się ona twardością znacznie przekraczającą wartość 600 HBW i wytrzymałością na statyczne rozciąganie Rm powyżej 2000 MPa, co zapewnia wysoką odporność w warunkach zużycia ściernego. Jednakże tak wysokie własności mechaniczne powodują obniżenie parametrów plastycznych stali, uwzgledniających udarność, wydłużenie i przewężenie. Przykładowe elementy narażone na zużycie ścierne, w tym lemiesze pługa, zęby kultywatora, łyżki koparek czy zsuwnie kosza czerpakowego wymagają także zadowalającej odporności na ścieranie udarowe. Poddanie stali Hardox Extreme zabiegom odpuszczania może wpłynąć na zwiększenie jej cech użytkowych poprzez podwyższenie właściwości plastycznych przy jednoczesnym zachowaniu zadowalających wskaźników mechanicznych. W związku z powyższym zdecydowano się zbadać własności tribologiczne stali Hardox Extreme po przeprowadzeniu za biegów odprężania i niskiego odpuszczania. W toku przeprowadzonych prac wykazano, że przy obniżeniu twardości z 644 HBW do 508 HBW możliwe jest uzyskanie zadowalającej odporności na zużycie ścierne. Wartość współczynnika względnej odporności na zużycie kb wynosi 1,36–1,12, odpowiednio dla stanu dostarczenia i po przeprowadzeniu zabiegów odpuszczania w temperaturze 250°C.

Słowa kluczowe

EN

wear-resistant steel; martensitic steel; abrasive wear testing; abrasive wear; tempering

PL

odporność na zużycie ścierne; stal martenzytyczna; zużycie ścierne; odpuszczanie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 1
• Strony: 99--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Zemlik Martyna

• Wroclaw University of Science and Technology, Mechanical Faculty, Department of Vehicle Engineering, Smoluchowskiego 25 Street, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8604-6469

autor

Konat Łukasz

• Wroclaw University of Science and Technology, Mechanical Faculty, Department of Vehicle Engineering, Smoluchowskiego 25 Street, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9587-8355

autor

Grygier Dominika

• Wroclaw University of Science and Technology, Mechanical Faculty, Department of Vehicle Engineering, Smoluchowskiego 25 Street, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7062-6357

Bibliografia

• 1. Sharma M., Ortlepp I., Bleck W.: Boron in heat-treatable steels: a review, Steel Research International 2019, 90 (11): 1900133, https://doi.org/10.1002/srin.201900133.
• 2. Konat Ł., Jasiński R., Białobrzeska B., Szczepański Ł.: Analysis of the static and dynamic properties of wear-resistant Hardox 600 steel in the context of its application in working elements, Materials Science-Poland 2021, 39 (1): 86-102, https://doi.org/10.2478/msp-2021-0007.
• 3. Białobrzeska B, Jasiński R., Konat Ł., Szczepański Ł.: Analysis of the Properties of Hardox Extreme Steel and Possibilities of Its Applications in Machinery, Metals 2021, 11 (1): 162, https://doi.org/10.3390/ met11010162.
• 4. Wyrzykowski J.W., Pleszakow E., Sieniawski J.: Deformation and Cracking of Metals, Publishing House WNT, Warsaw, 1999.
• 5. Konat Ł., Pękalski G.: Overview of materials testing of brown-coal mining machines (years 1985–2017). In: Mining machines and earth-moving equipment : problems of design, research and maintenance. Editor M. Sokolski, Publisher: Springer, Cham, Switzerland, 2020; pp. 21–58, https://doi. org/10.1007/978-3-030-25478-0_2 .
• 6. Dudziński W., Konat Ł., Pekalski G.: Structural and strength characteristics of wear-resistant martensitic steels, Archives of Foundry Engineering 2008, 8 (2).
• 7. Rojacz H., Katsich C., Kirchgaßner M., Kirchmayer R., Badisch E.: Impact-abrasive wear of martensitic steels and complex iron-based hardfacing alloys, Wear 2022, 492-493: 204183, https://doi.org/10.1016/j. wear.2021.204183.
• 8. Szala M., Szafran M., Macek W., Marchenko S., Hejwowski T.: Abrasion Resistance of S235, S355, C45, AISI 304 and Hardox 500 Steels with Usage of Garnet, Corundum and CarborundumAbrasives, Advances in Science and Technology Research Journal 2019, 13 (4): 151–161, https://doi. org/10.12913/22998624/113244.
• 9. Bhakat A.K., Mishra A.K., Mishra N.S.: Characterization of wear and metallurgical properties for development of agricultural 450 grade steel suitable in specific soil conditions, Wear 2007, 263, 228– –233, https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.12.006 451.
• 10. Hawk J.A., Wilson R.D., Tylczak J.H., Doğan Ö.N.: Laboratory abrasive wear tests: investigation of test methods and alloy correlation, Wear 1999, 225–229 (2), 1031–1042, https://doi.org/10.1016/ S0043-1648(99)00042-3.
• 11. Napiórkowski J., Lemecha M., Konat Ł.: Forecasting the Wear of Operating Parts in an Abrasive Soil Mass Using the Holm-Archard Model, Materials 2019, 12 (13), 2180, https://doi.org/doi.org/10.3390/ ma12132180.
• 12. Ligier K., Zemlik M., Lemecha M., Konat Ł., Napiórkowski J.: Analysis of Wear Properties of Hardox Steels in Different Soil Conditions, Materials 2022, 15 (21), 7622; https://doi.org/10.3390/ma15217622
• 13. Zemlik M., Konat Ł., Napiórkowski J.: Comparative Analysis of the Influence of Chemical Composition and Microstructure on the Abrasive Wear of High-Strength Steels, Materials 2022, 15 (14): 5083, https:// doi.org/10.3390/ma15145083.
• 14. Jafari A., Dehghani K., Bahaaddini K., Hataie R.A.: Experimental comparison of abrasive and erosive wear characteristics of four wear-resistant steels, Wear 2018, 416–417, 14–26, https://doi.org/10.1016/j. wear.2018.09.010.
• 15. Ojala N., Valtonen K., Heino V., Kallio M., Aaltonen J., Siitonen P., Kuokkala V.-T.: Effects of composition and microstructure on the abrasive wear performance of quenched wear resistant steels, Wear 2014, 317 (1–2), 225–232, https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.06.003.
• 16. Białobrzeska B., Konat Ł.: Comparative analysis of abrasive-wear resistance of Brinar and Hardox steels, Tribologia 2017, 272, 7–16, https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.6261.
• 17. Mondal J., Das K., Das S.: An investigation of mechanical property and sliding wear behaviour of 400Hv grade martensitic steels, Wear 2020, 458–459, 203436, https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203436.
• 18. Deng X.T., Fu T.L., Wand Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D.: Epsilon carbide precipitation and wear behaviour of low alloy wear resistant steels, Materials Science and Technology 2016, 32 (4): 320–327, https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1137410.
• 19. Pei Y., Xia D., Wang S., Cong L., Wang X., Wang D.: Effects of Temperature on the Tribological Properties of NM600 under Sliding Wear, Materials 2019, 12 (23), 4009. 10.3390/ma12234009
• 20. Wen E., Song R., Xiong W.: Effect of Tempering Temperature on Microstructures and Wear Behavior of a 500 HB Grade Wear-Resistant Steel, Metals 2019, 9 (1), 45. https://doi.org/10.3390/met9010045
• 21. Haiko O., Valtonen K., Kaijalainen A., Uusikallio S., Hannula J., Liimatainen T., Kömi J.: Effect of tempering on the impact-abrasive and abrasive wear resistance of ultra-high strength steels, Wear 2019, 440–441: 203098, https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203098.
• 22. Haiko O., Miettunen I., Porter D., Ojala N., Ratia V., Heino V., Kemppainen A,: Effect of finish rolling and quench stop temperatures on impact-abrasive wear resistance of 0.35% carbon direct-quenched steel. Tribologia – Finnish Journal of Tribology 2017, 35 (1–2), 5–21. Retrieved from https://journal.fi/ tribologia/article/view/59344.
• 23. Luo Q., Mei H., Kitchen M., Gao Y., Bowen L.: Effect of Short Term Low Temperature Austempering on the Microstructure and Abrasive Wear of Medium Carbon Low Alloy Steel, Met. Mater. Int. 27, 3115–3131 (2021), https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6.
• 24. Industeel, Creusabro product data sheet, available online: https://industeel.arcelormittal.com/news/ fichier/wear-resistant-steels-creusabro/ (accessed 20 September 2022).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).