Obecność fazy ciekłej w obszarze kontaktu narzędzia z odkuwką ze stopu tytanu jako źródło katastrofalnego mechanizmu zużycia

• Autorzy: Frocisz Ł. , Krawczyk J. , Tokarski T. , Cios G. , Paćko M.

Warianty tytułu

EN

Liquid phase presence in the contact zone of tool and titanium alloy during die forging as a source of a catastrophic wear mechanism

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było określenie mechanizmu zużywania się materiału matrycy, jak i odkuwki tytanowej podczas procesu kucia matrycowego. Materiałem do badań była stal narzędziowa 55NiCrMoV7 z warstwą napawaną o pod-wyższonej zawartości Cr i Mo oraz odkuwka ze stopu Ti6Al4V. W wyniku kucia w temperaturze 940ºC na powierzchni obu materiałów pojawiły się wyraźne wy-żłobienia. Analiza metalograficzna pozwoliła stwierdzić, iż na powierzchni materiałów występują porowate struktury tlenkowe. Analiza chemiczna z tych obsza-rów wykazała obecność w produktach zużycia występujących na materiale matrycy – zwiększonej zawartości tytanu i aluminium. Wzajemne mieszanie materiału odkuwki i matrycy skutkowało powstaniem na powierzchni materiału niskotopliwej eutektyki. Zwiększenie temperatury na powierzchni styku najprawdopodob-niej związane było z efektem egzotermicznym od odkształcenia, jak i tarciem występującym podczas procesu kucia. Zwiększony udział fazy α na powierzchni odkuwki skutkował powstawaniem w obszarach przypowierzchniowych siatki pęknięć. Pęknięcia te powodowały dodatkową intensyfikację procesu zużycia.

EN

The wear mechanisms of titanium alloy forging and tool steel used for die forging are presented. Materials for the investigations were 55NiCrMoV7 tool steel and Ti6Al4V titanium alloy. The die forging process was performed at 940ºC on backward hammer BECHE. On the surface of the die and forging, a groove net was observed after the process. Metallographic analysis indicated the presence of oxidation products on the surfaces of the tested materials. A net of micro-cracks and an increase in the α phase volume fraction was observed in the subsurface area of the titanium alloy. Chemical microanalysis from the die surface area and on the cross section revealed the presence of titanium and aluminium in the wear products. Mutual mixing of materials resulted in the formation of low-temperature eutectics on the surfaces. The exothermic effect of titanium alloy plastic deformation and the friction resulted in a temperature increase. The liquid phase cased gridding of materials surfaces. The higher volume fraction of the α phase and presence of cracks in the subsurface area of titanium alloy also probably intensify wear.

Słowa kluczowe

PL

mechanizm zużycia; kucie matrycowe; mikrostruktura; Ti6Al4V

EN

thixotropic state; wear mechanism; die forging; microstructure; Ti6Al4V

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 57--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Frocisz Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii, Metali i Informatyki Przemysłowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Krawczyk J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii, Metali i Informatyki Przemysłowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Tokarski T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Metali Nieżelaznych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Cios G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Paćko M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii, Metali i Informatyki Przemysłowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. Davis J.R. i inni: ASM Handbook 4. Heat Treating, ASM International, 1999.
• 2. Brookes C.R.: Principles of the heat treatment of plain carbon and low alloy steels, Materials Park, ASM International 1999.
• 3. Bała P., Pacyna J.: The effect of retained austenite on the fracture toughness of high speed steels, Steel Research, vol. 58(2), 1985, s. 87–92.
• 4. Bała P., Pacyna J.: The influence of kinetics phase transformation during tempering on the mechanical properties of HS6-5-2 steel, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 28, 2008, s. 123–130.
• 5. Krawczyk J., Bała P.: Optimization of heat and thermo-chemical treatment of 50CrMoV18-30-6 steel for hot forging dies, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 54(1), 2009, s. 233–239.
• 6. Krawczyk J.: Zmiany w mikrostrukturze stopów na osnowie żelaza wywołane kontaktem tribologicznym ze stalą nagrzaną do zakresu występowania austenitu, Tribologia nr 4, 2012, s. 89–98.
• 7. Krawczyk J.: Interakcja pomiędzy tworzeniem się białej warstwy a oddziaływaniem adhezyjnym w warunkach tarcia stopów żelaza w wysokiej temperaturze, Tribologia nr 2, 2014, s. 101–110.
• 8. Bała P., Krawczyk J., Madej M.: Własności tribologiczne stopów z układu Ni−Ta−Al−M o dużej zawartości węgla, Tribologia nr 3, 2012, s. 21–28.
• 9. Śleboda T., Krawczyk J., Zimowski S., Kot M.: Wysokotemperaturowe własności tribologiczne stopów Fe−Al. Tribologia nr 3, 2012, s. 209–215.
• 10. Smolik J., Mazurkiewicz A., Walkowicz J., Tacikowski J.: Kształtowanie właściwości przeciwzużyciowych matryc kuźniczych. Problemy Eksploatacji nr 2, 2001, s. 215–225.
• 11. Smolik J.: Rola warstwy hybrydowej typu warstwa azotowana/powłoka CrN w procesie zwiększania trwałości matryc kuźniczych, Inżynieria Materiałowa nr 6, 2008, s. 891–894.
• 12. Smolik J., Walkowicz J., Tacikowski J.: Przeciwzużyciowa dwustopniowa obróbka powierzchniowa narzędzi do kucia na gorąco. Problemy Eksploatacji nr 4, 2000, s. 87–101.
• 13. Pytel S., Turek J., Okoński S., Zarębski K.: The properties and microstructure of padding welds built up on the surface of forging dies, Archives of Foundry Engineering, vol. 10(3), 2010, s. 5–10.
• 14. Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1985.
• 15. Łukaszek-Sołek A., Krawczyk J., Bała P., Sińczak J., Bednarek S., Lipski A.: Analiza przyczyn występowania wad kuźniczych w wyrobach ze stopu tytanu, Inżynieria Materiałowa nr 3, 2012, s. 142–145.
• 16. Mitchell A.: Melting, casting and forging problems in titanium alloys, Materials Science and Engineering A243 1998, s. 257–262.