Wpływ chropowatości powierzchni na mikrostrukturę i wybrane właściwości elementów stalowych hartowanych w nanofluidach

• Autorzy: Gęstwa W. , Kinal G.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.16

Warianty tytułu

EN

The influence of surface roughness on microstructure and some properties of steel elements hardened in nanofluids

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ośrodkach hartowniczych nazywanych nanofluidami zastosowanie nanocząsteczek pozwala uzyskać znaczące rozwinięcie powierzchni styku między nimi a elementami hartowanymi, co powoduje wpływ na odbiór ciepła w tych ośrodkach. Podobny efekt uzyskuje się w procesach hartowania w wyniku różnego stanu powierzchni warstwy wierzchniej. Dlatego w ramach pracy podjęto badania w zakresie wpływu rozwinięcia powierzchni na tworzoną mikrostrukturę w elementach hartowanych z wykorzystaniem nanofluidów. Zmiana mikrostruktury, zwłaszcza w warstwie wierzchniej, może wpływać na właściwości mechaniczne elementów utwardzanych. Rozwinięcie powierzchni oziębianej przez zmianę jej chropowatości pozwoli na zmianę intensyfikacji odbioru ciepła z powierzchni hartowanego elementu. Przyczyni się to również do uzyskania większej powierzchni styku między nanocząsteczkami ciała stałego a elementem hartowanym. Potwierdzenie tych założeń przeprowadzono na podstawie badań mikrostruktury, twardości oraz odporności na zużycie przez tarcie. Badania te zrealizowano na próbkach ze stali 100Cr6 o różnej chropowatości powierzchni, które poddano procesom hartowania w nanofluidach i niskiemu odpuszczaniu. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że zmiana chropowatości powierzchni elementów hartowanych wpływa w minimalnym stopniu na zmiany strukturalne. Wpływa ona natomiast w większym stopniu na zwiększenie twardości na przekroju próbek hartowanych oraz ich odporność na zużycie przez tarcie. Można stwierdzić, że istnieje korzystna relacja między ośrodkiem hartowniczym (nanofluidem) a chropowatością, mikrostrukturą i wybranymi własnościami elementów utwardzonych ze stali stopowej. Relacja ta zwiększa zakres czynników wpływających na mikrostrukturę i właściwości elementów hartowanych wytwarzanych z stali konstrukcyjnych niestopowych i stopowych.

EN

In the quenching mediums named nanofluids the use of nanoparticles let obtained the significant development of the area contact between them and hardened elements, what has influence on the warmth receipt in these mediums. The similar effect gets in the result of the different surface condition of the surface layer in the hardened processes. That is why investigations were undertaken within the framework of this work in the range of influence of the surface development on the created microstructure in hardened elements with utilization of nanofluids. The microstructure changes can influence the mechanical proprieties of hardened elements, particularly in the top layer. The development of the surface cooled will permit by the change of her roughness to make the change of intensification of warmth receipt from the surface of hardened element. This will also contribute to the possibility of the creation of larger area contact between the nanoparticles solid body and the hardened element. The verification was conducted these assumptions in the support about investigations: microstructure, hardness and abrasive wear resistances. These investigations were realized on samples created from 100Cr6 steel about the different surface roughness, which subject the hardened processes in nanofluides and low-temperature tempering. The obtained results let the state, which the change of surface roughness of the hardened elements influences on the minimum degree of structural changes. It influences the larger degree on the increase of hardness on the section of hardened samples and their abrasive wear resistance. The research permitted state, which the profitable correlation exists between the quenching mediums (nanofluides) and roughness, microstructure and the chosen properties of hardened elements of alloy steel. This correlation increases the range of factors influencing the microstructure and proprieties of the hardened elements created of unalloyed or alloy constructional steels.

Słowa kluczowe

PL

hartowanie; chropowatość powierzchni; ośrodki chłodzące; nanofluid; mikrostruktura; stal łożyskowa

EN

hardening; surface roughness; quenching mediums; nanofluids; microstructure; bearing steel

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 428--432
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gęstwa W.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

autor

Kinal G.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych Politechniki Poznańskiej

Bibliografia

• [1] Bahiraei M., Hosseinalipour S. M., Saeedan M.: Prediction of Nusselt number and friction factor of water-Al2O3 nanofluid flow in shell-and-tube heat exchanger with helical baffles. Chemical Engineering Communications 202 (2015) 260÷268.
• [2] Brydson R., Gibbs M. R. J, Grell M., Hammond Ch., Jones R., Leggett G., Mowbray D., Todd I.: Nanotechnologie. PWN, Warszawa (2009).
• [3] Cademartiri L., Ozin A. G.: Nanochemia — podstawowe koncepcje. PWN, Warszawa (2011).
• [4] Changwei P., Jung-Yeul J., Jae Won L., Yong Tae K.: Thermal conductivity measurement of methanol-based nanofluids with Al2O3 and SiO2 nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer 55 (2012) 5597÷5602.
• [5] Changwei P., Jung-Yeul J., Yong Tae K.: Thermal conductivity enhancement of Al2O3 nanofluids based on the mixtures of aqueous NaCl solution and CH3OH. International Journal of Heat and Mass Transfer 56 (2013) 94÷100.
• [6] Durga Prasad P. V., Gupta A. V. S. S. K. S., Sreeramulu M., Sundar L. S., Singh M. K., Sousa A. C. M.: Experimental study of heat transfer and friction factor of Al2O3 nanofluid in U-tube heat exchanger with helical tape inserts. Experimental Thermal and Fluid Science 62 (2015) 141÷150.
• [7] Ghalambaz M., Behseresht A., Behseresht J., Chamkha A.: Effects of nanoparticles diameter and concentration on natural convection of the Al2O3-water nanofluids considering variable thermal conductivity around a vertical cone in porous media. Advanced Powder Technology 26 (2015) 224÷235.
• [8] Ho C. J., Chung Y. N., Lai C.-M.: Thermal performance of Al2O3/water nanofluid in a natural circulation loop with a mini-channel heat sink and heat source. Energy Conversion and Management 87 (2014) 848÷858.
• [9] Kurzydłowski K., Lewandowska M.: Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne. PWN, Warszawa (2010).
• [10] Mahbubul I. M., Chong T. H., Khaleduzzaman S. S., Shahrul I. M., Saidur R., Long B. D., Amalina M. A.: Effect of ultrasonication duration on colloidal structure and viscosity of alumina-water nanofluid. Industrial and Engineering Chemistry Research 53 (2014) 6677÷6684.
• [11] Malvandi A., Safaei M. R., Kaffash M. H., Ganji D. D.: MHD mixed convection in a vertical annulus filled with Al2O3–water nanofluid considering nanoparticle migration. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 382 (2015) 296÷306.
• [12] Narayan Prabhu K., Fernades P.: Nanoquenchants for industrial heat treatment. Journal of Materials Engineering and Performance 17 (2008) 101÷103.
• [13] Narayan Prabhu K., Fernandes P.: Heat transfer during quenching and assessment of quench severity — A review. Journal of ASTM International l.6 (2009).
• [14] Zakaria I., Azmi W. H., Mohamed W. A. N. W., Mamat R., Najafi G.: Experimental investigation of thermal conductivity and electrical conductivity of Al2O3 nanofluid in water–ethylene glycol mixture for proton exchange membrane fuel cell application. International Communications in Heat and Mass Transfer 61 (2015) 61÷68
• [15] Kucharski St., Starzynski G.: Study of contact of rough surfaces: Modeling and experiment. Wear 311 (2014) 167÷179.
• [16] Felde I., Reti T., Chen X. L.: Efficient data encoding and filtering for quenching analysis. 3th International Conference On Quenching And Control Of Distortion ASM, Praga, 24÷26.03 (1999) 208÷215.
• [17] PN-EN ISO 683-17:2015-01 — wersja angielska: Stale do obróbki cieplnej, stale stopowe i stale automatowe. Część 17: Stale na łożyska kulkowe i wałeczkowe.
• [18] PN-EN 10049:2014-03 — wersja angielska: Pomiar średniej wartości chropowatości Ra i liczby wzniesień RPc na płaskich wyrobach metalowych.
• [19] PN-EN ISO 4287:1999 — wersja polska: Specyfikacje geometrii wyrobów. Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa. Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni.
• [20] PN-H-04401:1996 — wersja polska: Stal. Blachy i taśmy walcowane na zimno. Pomiar chropowatości powierzchni.
• [21] PN-M-04250:1987 — wersja polska: Warstwa wierzchnia. Terminologia.
• [22] PN-EN ISO 6507-1:2007: Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Część 1: Metoda badań.
• [23] PN-H-04332:1982: Badania zużycia ściernego przeprowadzono za pomocą maszyny tarciowej typu AMSLER.
• [24] Grysa K., Przyłęcka M., Przyłęcki Z.: Pole temperatury w badaniach zużycia ciernego materiałów metalowych. Prace Badawcze Komisji Technologii Budowy Maszyn PAN, Oddział w Poznaniu, Poznań (1981).
• [25] Przyłęcka M., Kulka M., Gęstwa W.: Carburizing and carbonitriding bearing steel (ŁH15 – 52100). International Heat Treating Conference:Equipment and Processes, Schaumburg, Illinois (USA) 18÷20.04 (1994) 233÷238.