The Effect of Fine Non-Metallic Inclusions on the Fatigue Strength of Structural Steel

• Autorzy: Lipiński T. , Wach A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0010

Warianty tytułu

PL

Wpływ drobnych wtrąceń niemetalicznych na wytrzymałość zmęczeniową stali konstrukcyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the results of a study investigating the effect of the number of fine non-metallic inclusions (up to 2 µm in size) on the fatigue strength of structural steel during rotary bending. The study was performed on 21 heats produced in an industrial plant. Fourteen heats were produced in 140 ton electric furnaces, and 7 heats were performed in a 100 ton oxygen converter. All heats were desulfurized. Seven heats from electrical furnaces were refined with argon, and heats from the converter were subjected to vacuum circulation degassing. Steel sections with a diameter of 18 mm were hardened and tempered at a temperature of 200, 300, 400, 500 and 600°C. The experimental variants were compared in view of the applied melting technology and heat treatment options. The results were presented graphically, and the fatigue strength of steel with a varied share of non-metallic inclusions was determined during rotary bending. The results revealed that fatigue strength is determined by the relative volume of fine non-metallic inclusions and tempering temperature.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu ilości drobnych wtrąceń niemetalicznych, o wielkości do 2 µm, na wytrzymałość zmęczeniową przy zginaniu obrotowym. Badania prowadzono na 21 wytopach wyprodukowanych w warunkach przemysłowych. 14 wytopów wykonano w piecach elektrycznych o pojemności 140 ton i 7 wytopów w konwertorze tlenowym o pojemności 100 ton. Wszystkie wytopy poddawano odsiarczaniu. 7 wytopów pochodzących z pieca elektrycznego poddawano rafinacji argonem, zaś wytopy z konwertora odgazowaniu próżniowemu. Odcinki ze stali o średnicy 18 mm hartowano i odpuszczano w temperaturach: 200, 300, 400, 500 lub 600°C. Warianty badań zestawiono uwzględniając technologię wytapiania stali opcje obróbki cieplnej. Wyniki przedstawiono w graficznej postaci uwzględniającej zależności wytrzymałości zmęczeniowej przy obrotowym zginaniu z udziałem objętościowym wtrąceń niemetalicznych. Wykazano, że wytrzymałość zmęczeniowa zależy od objętości względnej drobnych wtrąceń niemetalicznych, oraz temperatury odpuszczania.

Słowa kluczowe

EN

steel; structural steel; non-metallic inclusions; fatigue strength; bending fatigue; bending pendulum

PL

stal; stal strukturalna; wtrącenia niemetaliczne; wytrzymałość zmęczeniowa; zginanie obrotowe

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 1
• Strony: 65--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lipiński T.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, The Faculty of Technical Sciences Department of Materials and Machines Technology, St: Oczapowskiego 11, 10-957 Olsztyn, Poland

autor

Wach A.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, The Faculty of Technical Sciences Department of Materials and Machines Technology, St: Oczapowskiego 11, 10-957 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• [1] J. Szala, Ocena trwałości zmęczeniowej elementów maszyn w warunkach obciążeń losowych i programowych. Bydgoszcz Akademia Techniczno-Rolnicza (1980) (in Polish).
• [2] D. Spriestersbach, P. Grad, E. Kerscher, Influence of differ-ent non-metallic inclusion types on the crack initiation in high-strength steels in the VHCF regime. Intern. J. of Fatig. 64, 114-120 (2014).
• [3] T. Lipiński, A. Wach, The effect of the production process of medium-carbon steel on fatigue strength, Arch. of Foundry Eng. 10, 2, 79-82 (2010).
• [4] S. Kocańda, Zmęczeniowe pękanie metali, (1985) WNT War-saw (in Polish).
• [5] T. Lipiński, A. Wach, The effect of out-of-furnace treatment on the properties of high-grade medium-caborn structural steel, Arch. of Foundry Eng. 10, 93-96 (2009).
• [6] T. Himemiya, W. Wołczyński, Prediction of Solidification Path and Solute Redistribution of an Iron-based Multi-component Alloy Considering Solute Diffusion in the Solid Materials. Transactions of the Japan Institute of Metals 43, 2890-2896 (2002).
• [7] W. Wołczyński, Concentration Micro-Field for Lamellar Eutec-tic Growth. Defect and Diffusion Forum 272, 123-138 (2007).
• [8] D. Kalisz, Interaction of Non-Metallic Inclusion Particles With Advancing Solidification Front. Arch. of Metallurgy and Mat. 59, 2 (2014).
• [9] Y. Murakami, Metal fatigue: Effects of small defects and in-clusions. Amsterdam Elsevier (2002).
• [10] T. Lis, Modification of non-metallic dispersion phase in steel, Met. and Foundry Eng. 1, 28, 29-45 (2002).
• [11] T. Lipiński, A. Wach, The Share of Non-Metallic Inclusions in High-Grade Steel for Machine Parts, Arch. of Foundry Eng. 10, 4, 45-48 (2010).
• [12] V. S. Gulyakov, A. S. Vusikhis, D. Z. Kudinov, Nonmetallic Ox-ide Inclusions and Oxygen in the Vacuum Jet Refining of Steel. Steel in Translation 42, 11, 781-783 (2012).
• [13] T. Lipiński, A. Wach, Dimensional Structure of Non-Metallic Inclusions in High-Grade Medium Carbon Steel Melted in an Electric Furnace and Subjected to Desulfurization. Solid State Phenomena 223, 46-53 (2015).
• [14] T. Lipiński, A. Wach, Influence of Outside Furnace Treatment on Purity Medium Carbon Steel. 23rd International Conference on Metallurgy and Materials METAL 2014. TANGER Ltd., Ostrava. Conference proceedings 738-743 (2014).
• [15] S. Beretta, Y. Murakami, Largest-Extreme-Value Distribution Analysis of Multiple Inclusion Types in Determining Steel Cleanliness. Met. And Mat. Trans. B 32B, 517-523 (2001).
• [16] J. M. Zhanga, J. F. Zhang, Z. G. Yang, G. Y. Li, G. Yao, S. X. Li, W. J. Hui, Y. Q. Weng, Estimation of maximum inclusion size and fatigue strength in high-strength ADF1 steel. Mat. Sc and Eng. A 394, 126-131 (2005).
• [17] S. Hong, S. Y. Shin, H. S. Kim, S. Lee, S. Kim, K. Chin, N. J. Kim, Effects of Inclusions on Delayed Fracture Properties of Three Twinning Induced Plasticity (TWIP) Steels. Met. And Mat. Trans. A, 776-786 (2013).
• [18] Y. Zeng, H. Fan, X. Xie, Effects of the shape and size of rectan-gular inclusions on the fatigue cracking behavior of ultra-high strength steels. Int. J. of Minerals, Met. and Mat. 20, 4, 360-364 (2013).
• [19] M. G. Hebsur, K. P. Abracham, V. V. Prasad, Effect of electroslag refining on the fracture toughness and fatigue crack propagation rates in heat treatment AISI 4340 steel. Eng. Fract. Mech. 13, 4, 851-864 (1980).
• [20] J. Ryś, Stereology of materials. FOTOBIT DESIGN, Krakow (1995) (in Polish).