Wytwarzanie niskotemperaturowego bainitu w warstwie nawęglonej na stali 38CrAlMo610

• Autorzy: Wasiluk K. , Skołek E. , Świątnicki W.

Warianty tytułu

EN

Preparation of low-temperature bainite in carburized surface layer of chromium-molybdenum steel with aluminum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stosowana powszechnie obróbka cieplna warstw nawęglanych stali, polegająca na hartowaniu i niskim odpuszczaniu, niesie ze sobą ryzyko wystąpienia efektów ubocznych: wzrostu naprężeń własnych w warstwie powierzchniowej, odkształcenia elementu, a nawet zarodkowania pęknięć. Celem zredukowania tego ryzyka w pracy podjęto próbę opracowania alternatywnej obróbki po procesie nawęglania, która polega na hartowaniu elementu z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej. Przyjęto, iż zastąpienie hartowania martenzytycznego obróbką izotermiczną w stalach o odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych i węgla powinno zredukować ryzyko wystąpienia wymienionych niekorzystnych zjawisk przez wytworzenie struktury bainitu niskotemperaturowego o ultradrobnym ziarnie i dużej twardości. Do badań wybrano stal chromowo-molibdenową z aluminium, powszechnie stosowaną w przemyśle do azotowania, zawierającą dodatki: 0,8÷1,1% Al. oraz 0,17÷0,37% Si. Pierwiastki te hamują wydzielanie cementytu podczas przemiany bainitycznej, co powinno sprzyjać powstaniu pożądanej struktury. Próbki stalowe poddano nawęglaniu próżniowemu do zawartości węgla ok. 0,76% przy powierzchni, a następnie przeprowadzono hartowanie z przystankiem izotermicznym w temperaturze bliskiej Ms dla warstwy nawęglonej. Przeprowadzono obserwacje mikrostruktury uzyskanej w warstwie wierzchniej stali za pomocą mikroskopu świetlnego oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Ujawniono, że w warstwie nawęglonej powstała struktura ultradrobnych płytek ferrytu bainitycznego w osnowie wzbogaconego w węgiel austenitu. Dokonano charakterystyki twardości uzyskanej struktury oraz odporności na zużycie przez tarcie i wykazano, że warstwa wierzchnia po takiej obróbce ma korzystne właściwości mechaniczne. Przeprowadzone badania wskazują, iż hartowanie z przystankiem izotermicznym prowadzące do wytworzenia bainitu bezwęglikowego może stanowić interesującą alternatywę w porównaniu z konwencjonalnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem.

EN

Quenching and low tempering, commonly applied as a heat treatment for steels after carburization, may cause side effects, such as: increased residual stress in surface layer, detail distortion or even initiation of cracking. This study was an attempt to reduce those possible risks by developing an alternative heat treatment for carburized surface layer of steels, involving austempering. It was established that the application of the austempering treatment instead of conventional quenching and tempering heat treatment, lead to formation of carbide-free bainite with ultra-fine grain size. The austempering treatment may therefore reduce the mentioned negative side effects. For the purpose of this study a chromium-molybdenum steel containing 0.97% of Al and 0.33% of Si was used. The last two elements are known to suppress the cementite precipitation which allows obtaining a desired microstructure of carbide-free bainite. Steel samples were subjected to vacuum carburization, which enriched the surface layer up to the 0.76% of carbon. Then steel was austempered at temperature close to the martensite start temperature Ms of the surface layer. Microstructural observations of carburized layer were made using the light microscope (LM) and transmission electron microscope (TEM). It was revealed that microstructure of ultra-fine bainitic plates with carbon-enriched austenite layers was formed in carburized layer. The performed tests of hardness and wear resistance proved that the carburized and austempered surface layer has attractive mechanical properties. Acquired results show that austempering of carburized steels resulting in low-temperature bainite formation may be an interesting alternative to the conventional quenching and tempering heat treatment process.

Słowa kluczowe

PL

stal; nawęglanie; hartowanie izotermiczne; bainit niskotemperaturowy

EN

steel; carburization; austempering; low-temperature bainite

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 911--915
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Wasiluk K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Skołek E.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Świątnicki W.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Caballero F. G., Badeshia H. K. D. H., Mawella K. J. A.: Very strong low temperature bainite. Mat. Sci. and Technol. 18 (2002) 279÷284.
• [2] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Badeshia H. K. D. H.: Acceleration of low-temperature bainite. ISIJ Int. 43 (2003) 1821÷1825.
• [3] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Badeshia H. K. D. H.: Development of hard bainite. ISIJ Int. 43 (2003) 1238÷1243.
• [4] Dharamshi H. K., Badeshia H. K. D. H., Garcia-Mateo C., Brown P.: Bainite steel and methods of manufacture thereof. Patent Application Publication, No US 2011/0126946 A1, 2 June (2011).
• [5] Świątnicki W. A., Pobiedzińska K., Skołek E., Gołaszewski A., Marciniak Sz., Nadolny Ł., Szawłowski J.: Otrzymywanie struktury nanokrystalicznej w stalach przy wykorzystaniu przemiany bainitycznej. Inżynieria Materiałowa 6 (2012) 524÷529.
• [6] Caballero F. G., Badeshia H. K. D. H.: Very strong bainite. Curr. Opin. Solid State Mat. Sci. 8 (2004) 251÷257.
• [7] Zhang F. C., Wang T. S., Zhang P., Zheng C. L.: A novel method for the development of a low-temperature bainitic microstructure in the surface layer of low-carbon steel. Scripta Mat. 59 (2008) 294÷296.
• [8] Zhang P., Zhang F. C., Wang T. S.: Preparation and microstructure characteristics of low-temperature bainite in surface layer of low carbon gear steel. Applied Surface Sci. 257 (2011) 7609÷7614.
• [9] Zhang P., Zhang F. C., Yan Z. G., Wang T. S., Qian L. H.: Wear property of low-temperature bainite in the surface layer of a carburized low carbon steel. Wear 271 (2011) 697÷704.
• [10] Bhadeshia H. K. D. H.: Bainite in steels. The University Press, Cambrigde (2001).