Nanocrystalline structures obtained by isothermal treatment in bearing steels

• Autorzy: Dworecka J. , Pobiedzińska K. , Jezierska E. , Rożniatowski K. , Świątnicki W.

Warianty tytułu

PL

Otrzymywanie struktur nanokrystalicznych podczas hartowania izotermicznego w stalach łożyskowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Over the past decade, nanomaterials have been the subject of enormous interest. Metals and alloys with nanocrystalline structure are notable for their high mechanical properties, which, in general, are better than metallic materials with larger grain size. Until now, the most popular method used for obtaining a nanocrystalline structure in metals was severe plastic deformation (SPD). In steels, the same effect can be obtained by phase transitions occurring during appropriate heat treatments. In this work, two types of commercial steel (67SiMnCr6-6-4, 100CrMnSi6-4) were subjected to isothermal heat treatment in order to obtain a nanocrystalline structure. Heattreatment parameters were determined from dilatometric studies of phase transitions in the investigated steels. The first step of that treatment was austenitisation and the second one was isothermal annealing in the temperature of 260°C and 320°C. The prime objective of this study was to investigate the influence of grain refinement down to nanometric scale on the structure and mechanical properties of two bearing steels. The structure of steels after isothermal processes was investigated with transmission electron microscopy. The mechanical properties were determined by static tensile tests, impact tests and hardness measurements. It was shown that, during isothermal annealing at specified temperature, a structure composed of nanometric bainite plates separated by retained austenite layers was formed. The mechanical properties of both bearing steels, but with different content of alloying elements, were compared and discussed.

PL

Obecnie nanomateriały stały się przedmiotem dużego zainteresowania. Metale i ich stopy z nanokrystaliczną strukturą są znane z dobrych właściwości mechanicznych, zwykle większych niż dla tych samych materiałów o grubszym ziarnie. Do tej pory najpopularniejszą metodą otrzymywania nanokrystalicznej struktury w metalach były metody dużego odkształcenia (SPD). W stalach ten sam efekt można uzyskać przez przemiany fazowe w trakcie odpowiednio zaprojektowanych obróbek cieplnych. W artykule dwie handlowe stale (67SiMnCr6-6-4, 100CrMnSi6-4) zostały poddane hartowaniu izotermicznemu w celu otrzymania nanokrystalicznej struktury. Parametry zabiegów cieplnych zostały wyznaczone na podstawie badań dylatometrycznych. Pierwszym etapem obróbki cieplnej była austenityzacja, a kolejnym wyżarzanie izotermiczne w temperaturze 260°C bądź 320°C. Głównym celem prowadzonych badań było zbadanie wpływu rozdrobnienia ziarna do rozmiarów nanometrycznych na strukturę i właściwości mechaniczne obu stali łożyskowych. Struktura stali po procesie izotermicznym była obrazowana za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Natomiast właściwości mechaniczne zostały określone w statycznej próbie rozciągania, w badaniu udarności i twardości. W pracy pokazano, że za pomocą hartowania izotermicznego w określonej temperaturze można otrzymać strukturę złożoną z nanometrycznych płytek bainitu oddzielonych warstwami austenitu szczątkowego. Uzyskane struktury i właściwości mechaniczne dla obu stali łożyskowych (o różnym składzie chemicznym) porównano i omówiono w artykule.

Słowa kluczowe

EN

nanostructure; isothermal treatment; bearing steels; phase transformation; TEM

PL

nanostruktura; wyżarzanie izotermiczne; stale łożyskowe; przemiany fazowe; TEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 109--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Dworecka J.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Pobiedzińska K.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Jezierska E.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Rożniatowski K.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Świątnicki W.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1]. Branagan D. J.: Engineering structures to achieve targeted properties in steels on a nanoscale level. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 31 (2007) 343÷350.
• [2]. Branagan D. J.: Enabling factors toward production of nanostructured steel on an industrial scale. Journal of Materials Engineering and Performance 14 (2005) 5÷9.
• [3]. Dharamshi H. K., Badeshia H., Garcia-Mateo C., Brown P.: Bainite steel and methods of manufacture thereof. Patent Application Publication, No. US 2011/0126946 A1, 2 June (2011).
• [4]. Barbacki A., Mikołajewski E., Wachowiak A.: O wpływie krzemu na strukturę i właściwości mechaniczne średnioweglowych stali po hartowaniu bainitycznym. Inżynieria Materiałowa, nr 2 (1994) 33÷36.
• [5]. Polska Norma PN-74/H-84041 Stal na łożyska toczne – kęsiska, kęsy, pręty, walcówka i druty.
• [6]. Polska Norma PN-68/H-04500: Badania dylatometryczne metali i ich stopów.
• [7]. Malakondaiah G., Srinivas M., Rama Rao P.: Ultrahigh-strength low-alloy steels with enhanced fracture toughness. Progress in Materials Science 42 (1997) 209÷242.
• [8]. Kokosza A., Pacyna J.: Effect of retained austenite on the fracture toughness of tempered tool steel. Archives of Materials Science and Engineering 31 (2) (2008) 87÷90.
• [9]. Pacyna J., Dąbrowski R., Zając G.: Effect of carbon content on the fracture toughness of Ni-Cr-Mo steels. Archives of Metallurgy and Materials 53 (3) (2008) 803÷807.