Własności mechaniczne i mikrostruktura spiekanych stali Mn-Cr-Mo o podwyższonej zawartości węgla

• Autorzy: Chudzik E. , Sułowski M. , Ciesielka M.

Warianty tytułu

EN

The mechanical properties and the microstructure of sintered Mn-Cr-Mo steels with higher carbon concentration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było określenie wpływu parametrów wytwarzania, a w szczególności składu chemicznego mieszanki proszków i atmosfery spiekania, na mikrostrukturę i własności mechaniczne spiekanych stali konstrukcyjnych o podwyższonej zawartości węgla. Proszkami wyjściowymi były komercyjne, stopowe proszki żelaza produkcji szwedzkich zakładów Hoganas: Astaloy CrL (1,5 % Cr, 0,2 % Mo, 98,25 % Fe), Astaloy CrM (3 % Cr, 0,5 % Mo, 96,5 % Fe) oraz proszek grafitu C-UF. Nośnikiem manganu był proszek żelazomanganu niskowęglowego (77 % Mn, 1,3 % C). Założona zawartość węgla w mieszance proszków wynosiła 0,8 %. Z mieszanek proszków o składzie Fe-3%Mn-1,5%Cr-0,2%Mo-0,8%C oraz Fe-3%Mn-3%Cr-0,5%Mo-0,8%C, metodą prasowania jednostronnego w sztywnej matrycy, wykonane zostały wypraski prostopadłościenne o wymiarach 5 × 10 × 55 oraz wypraski zgodne z PN-EN ISO 2740, pod ciśnieniem odpowiednio 820 MPa i 660 MPa. Miało to na celu uzyskanie przez wypraski zbliżonej gęstości. Sprasowane kształtki poddano spiekaniu w temperaturze 1120 [stopni]C, w czasie 60 min. Szybkość nagrzewania do temperatury spiekania wynosiła 75 [stopni]C/min. Atmosferę spiekania stanowiła mieszanka wodoru i azotu o składzie 5%H2-95%N2 lub powietrze. Po spiekaniu kształtki chłodzone były z szybkością 65 [stopni]C/min, a po osiągnięciu temperatury pokojowej zostały ponownie nagrzane do temperatury 200 [stopni]C i wytrzymane w tej temperaturze przez okres 60 min. W celu określenia wpływu parametrów wytwarzania na strukturę i własności mechaniczne, spieczone kształtki poddane zostały badaniom mechanicznym oraz metalograficznym. Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że zastosowanie zabiegu odpuszczania w temperaturze 200 [stopni]C, niezależnie od atmosfery spiekania, przyczyniło się do wzrostu własności wytrzymałościowych badanych spiekanych stali. Jak wykazały badania, wyższymi własnościami mechanicznymi charakteryzowały się stale spiekane w atmosferze o składzie 5%H2-95%N2, wykonane na bazie proszku stopowego Astaloy CrL — Rm = 581 MPa, A = 0,75 %, Rg = 1111 MPa, a mikrostruktura badanych stali składała się głównie z bainitu i/lub martenzytu.

EN

In this paper the effect of processing parameters, especially chemical composition of powder mixture and sintering atmosphere, on the microstructure and mechanical properties of sintered structural steels with higher carbon content was investigated. The base powders were commercial pre-alloyed Astaloy CrL and Astaloy CrM iron powders, produced by Hoganas, Sweden. The manganese was added in the form of low-carbon ferromanganese (77 % Mn, 1,3 % C). The Mn and C concentration in powder mixture was 3 % and 0.8 %, respectively. Following the pressing in steel rigid dies, sintering of compacts, both rectangular 5 × 10 × 55 mm and pressed according to PN-EN I SO 2 740, w as carried out in horizontal furnace at 1120 [degrees]C for 60 minutes. Heating and cooling rates were 75 [degrees]C/min and 65 [degrees]C/min., respectively. As sintering atmosphere, the mixture of 5%H2-95%N2 was used. The process was also carried out in air. After sintering, samples were re-heated up to 200 [degrees]C and hold in this temperature for 60 minutes. Following sintering, mechanical tests (UTS, TRS, toughness) and microstructural investigations were carried out. From the mechanical investigation can be found, that mechanical properties of tempered steels based on both pre-alloyed powders were higher than those obtained without tempering at 200 [degrees]C. In this case there was no effect of chemical composition of sintering atmospheres on mechanical properties of sintered steels. The results of mechanical investigations showed, the higher mechanical properties were obtained for steel based on prealloyed Astaloy CrL iron powder, after sintering in 5%H2-95%N2 atmosphere. Tensile strength was up to 581 MPa, elongation— up to 0.75 % and bend strength up to 1111 MPa.

Słowa kluczowe

PL

stal spiekana; dodatek stopowy; obróbka cieplna; własności mechaniczne; mikrostruktura

EN

sintered steel; alloying element; heating treatment; mechanical properties; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 58, nr 6
• Strony: 326--332
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chudzik E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sułowski M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Ciesielka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Ciaś A., Frydrych H., Pieczonka T.: Zarys metalurgii proszków. Wydaw. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 1992.
• 2. Missol W.: Spiekane części maszyn. Wydaw. „Śląsk”, Katowice, 1976.
• 3. Sułowski M.: Rudy Metale 2007, t. 52, nr 8.
• 4. Sułowski M., Faryj K.: XXXVI Szkoła Inżynierii Materiałowej: Kraków–Krynica, 23-26 IX. 2008, s. 46.
• 5. Blicharski M.: Stal. WNT, Warszawa, 2004.
• 6. Zapf G., Hoffman G., Dalal K.: Powder Metall., 1975, t. 18, nr 35, s. 215.
• 7. Bowe D. J., Berger K. R., Marsden J. G., Garg D.: The International Journal of Powder Metallurgy, 1995, t. 31, nr 1, s. 29.
• 8. Sułowski M., Ciaś A.: XVth Physical Metallurgy and Materials Science Conference, Kraków–Krynica, Inżynieria Materiałowa, 1998, t. 4, nr 105, s. 1179.
• 9. Mitchell S. C., Wronski A. S., Ciaś A., Stoytchev M.: Materiały konferencyjne “Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials”. Princeton, NJ, MPIF, 1999, nr 3, s. 129.
• 10. Sułowski M.: Rudy Metale 1999, t. 44, nr 1 s. 509.
• 11. Wyrozumski J.: Wpływ warunków wytwarzania na strukturę i własności spiekanych stali Fe-3%Mn-0,7%C. AGH, Kraków, 2000 [pr. magisterska].
• 12. Ciaś A., Sułowski M., Mitchell S. C., Wroński A. S.: Materiały konferencyjne European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy, Nice, France, 22-24.10.2001, t.4, s. 246.
• 13. Pilch K.: Wpływ składu atmosfery spiekania na własności spiekanych stali manganowych. AGH, Kraków, 2002 [pr. magisterska].
• 14. Sułowski M.: Struktura i własności mechaniczne konstrukcyjnych spieków żelazo-mangan-węgiel. AGH, Kraków, 2003 [pr. doktorska].
• 15. Ciaś A., Mitchell S. C., Pilch K., Ciaś H., Sułowski M., Wroński A. S.: Powder Metall. 2003, t. 46, nr 2, s. 165.
• 16. Cygan S., Sułowski M., Ciesielka M.: Rudy Metale 2012, t. 57, nr 9 s. 609-614.
• 17. Gac P., Sułowski M., Ciesielka M.: Rudy Metale 2012, t. 57, nr 10, s. 712-717.
• 18. Thermocalc 3.0 version — http://www.thermocalc.se
• 19. Kulecki P., Sułowski M., Ciesielka M.: Rudy Metale 2013 [w druku].
• 20. Przewodnik Metalog. Struers, 2001.