Influence of Pre-Hardened Gx120mn13 Cast Steel on the Tribological Properties under Technically Dry Friction

• Autorzy: Kalandyk Barbara , Zapała Renata , Madej Monika , Kasińska Justyna , Piotrowska Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.1020

Warianty tytułu

PL

Wpływ wstępnego utwardzenia staliwa Gx120mn13 na jego właściwości tribologiczne w warunkach tarcia technicznie suchego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of tribological tests on high manganese GX120Mn13 cast steel under technically dry friction conditions. The tests were carried out using a TRB3 ball-on-disc tribometer using a 6mm-diameter SiC ball as a counter-sample for a specimen made of GX120Mn13 cast steel containing a localised prehardening area on the test surface with a hardness of approximately 597 HV10 (the non-hardened area had a hardness of approximately 325–364 HV10). During the test, the ball travelled in a 16.68 mm diameter circle and passed through both hardening and non-hardened areas. The resulting erosion marks were assessed using an optical profilometer and scanning microscope tests, which showed that the maximum depth of erosion in the previously hardening area was 0.77 µm and was more than twice as deep as in the non-hardened areas surveyed. In contrast, the area of attrition was twice as small as in the non-hardened area located in the axis of the previously applied load and more than three times smaller, but in the area located on the side of the axis and 8.34 mm away from it. Thus, from the point of view of the abrasion resistance of GX120Mn13 cast steel, the validity of its prior hardening before the operation was confirmed.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych wysokomanganowego staliwa GX120Mn13 w warunkach tarcia technicznie suchego. Badania przeprowadzono przy użyciu tribometru TRB3 typu ball–on– disc stosując jako przeciwpróbkę kulkę z SiC o średnicy 6mm dla próbki wykonanej ze staliwa GX120Mn13 zawierającej na powierzchni badanej lokalny obszar wcześniej umocniony o twardości ok. 597 HV10 (obszar nieumocniony posiadał twardość ok 325–364 HV10). Kulka w czasie testu poruszała się po okręgu o średnicy 16.68 mm i przechodziła zarówno przez obszar umocniony, jak i nieumocniony. Otrzymane ślady wytarcia oceniano za pomocą badań wykonanych na profilometrze optycznym i mikroskopie skaningowym. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że w obszarze wcześniej umocnionym maksymalna głębokość wytarcia wynosiła 0.77 µm i była ponad dwukrotnie mniejsza niż w badanych obszarach nieumocnionych. Z kolei pole wytarcia było dwukrotnie mniejsze niż w obszarze nieumocnionym, znajdującym się w osi przyłożonego wcześniej obciążenia i ponad trzykrotnie mniejsze w porównaniu z obszarem znajdującym się z boku osi i oddalonym od niej o 8.34 mm. Tym samym, z punktu widzenia odporności na zużycie ścierne staliwa GX120Mn13, potwierdzono słuszność jego wcześniejszego umocnienia przed eksploatacją.

Słowa kluczowe

EN

high manganese cast steel; hardness; wear resistance; ball-on-disc test

PL

staliwo wysokomanganowe; twardość; odporność na zużycie; test ball-on-disc

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 3
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kalandyk Barbara

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Reymonta Street 23, 30-059 Krakow, Poland.

autor

Zapała Renata

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Reymonta Street 23, 30-059 Krakow, Poland.

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland.

autor

Kasińska Justyna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland.

autor

Piotrowska Katarzyna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland.

Bibliografia

• 1. Smith R.W., De Monte A., Mackay W.B.F.: Development of high-manganese steels for heavy duty cast-to-shape applications. Journal of Materials Processing Technology. 2004, 153–154, pp. 589–595.
• 2. Głownia J.: Odlewy ze stali stopowej – zastosowanie. Fotobit, Kraków 2002.
• 3. Dastur Y.N., Leslie W.C.: Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel. Metallurgical Transactions A. 1981. 12A, pp. 749–759.
• 4. Kalandyk B., Zapała R.: Effect of high-manganese cast steel strain hardening on the abrasion wear resistance in a mixture of SiC and water. Archives of Foundry Engineering. 2013, 13, 4, pp. 63–66.
• 5. Krawczyk J., Matusiewicz P., Frocisz Ł., Augustyn-Nadzieja J., Parzycha S.: The wear mechanism of mill beaters for coal grinding made-up from high manganese cast. 73 WFC Kraków 2018: ”Creative Foundry”, pp. 213–214.
• 6. Stradomski Z.: The role of microstructure in the wear behaviour of abrasion-resistant cast steels. Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2010.
• 7. Kalandyk B., Zapała R., Kasińska J., Madej M.: Evaluation of microstructure and tribological properties of GX120Mn13 and GX120MnCr18-2 cast steels. Archives of Foundry Engineering. 2021, 21, 4, pp. 67–76.
• 8. Quan Shan, Ru Ge, Zulai Li, Zaifeng Zhou, Yehua Jiang, Yun-Soo Lee, Hong Wu.: Wear properties of high-manganese steel strengthened with nano-sized V2C precipitates. Wear. 2021, 15, pp. 482–483.
• 9. Mahlami C.S., Pan X.: Mechanical properties and microstructure evaluation of high manganese steel alloyed with vanadium. Retrieved August 10, 2021, from https://doi.org/10.1063/1.4990236.
• 10. Quan Shan, Ru Ge, Zulai Li, Zaifeng Zhou, Yehua Jiang, Yun-Soo Lee, Hong Wu.: Wear properties of high-manganese steel strengthened with nano-sized V2C precipitates. Wear. 2021, pp. 482–483.
• 11. Stradomski Z., Morgiel J., Olszewski J.: Significance of dislocations in the mechanism of Hadfield cast steel strengthening. Inżynieria Materiałowa. 1999, 5, pp. 398-401.
• 12. Kosturek R., Maranda A., Senderowski C., Zasada D.: Research into the application of explosive welding of metal sheets with Hadfield’s steel (Mangalloy). High-Energetic Materials. 2016, 8, pp. 91–102.
• 13. Sobula S., Tęcza G.: Stabilisation of the Hadfield cast steel microstructure at increased temperatures in the presence of chromium. Przegląd Odlewnictwa. 2009, 3, pp. 22–27.
• 14. Krawczyk J., Bembenek M., Pawlik J.: The role of chemical composition of high-manganese cast steels on wear of excavating chain in railway shoulder bed ballast cleaning machine. Materials. 2021 16, 14 (24).
• 15. Krawiarz J., Magalas L.: Modificated Hadfield-cast steel with increased wear resistance. Przegląd Odlewnictwa. 2005, 55, pp. 666–672.
• 16. Niemczewska-Wójcik M., Wójcik A.: The multi-scale analysis of ceramic surface topography created in abrasive machining process. Measurement. 2020, 166, 108217.
• 17. Piekoszewski W., Szczerek M., Snarski-Adamski A.: Tribological characteristics of selected material pairs interacting in air and vacuum. Tribologia. 2018, 5, pp. 83–94.

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).