The influence of the soaking temperature of nitrided WCL tool steel (EN-X37CrMoV5-1) on the microhardness and tribological wear of the surface layer

• Autorzy: Dworak M. , Barylski A. , Aniołek K. , Stepanova E.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury wygrzewania azotowanej stali narzędziowej WCL (EN-X37CrMoV5-1) na mikrotwardość oraz zużycie tribologiczne warstwy wierzchniej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper refers to the evaluation of the influence of soaking temperature of nitrided hot work tool steel, X37CrMoV5-1 (WCL), intended for dies for extruding aluminium profiles, on the structure, microhardness, and tribological wear of the nitrided layer. The research involved nitrided steel specimens (X37CrMoV5-1) soaked for 8 hours in an industrial furnace at temperatures of 450°C, 480°C, 520°C, 560°C, and 600°C. For comparison purposes, a REFERENCES material was used, which was not soaked after nitriding. Initially, as the soaking temperature raised, the microhardness of the nitrided layer increased by ca. 10%; however, a further increase in the soaking temperature to more than 450°C caused a decrease in the microhardness of the nitrided layer. The results of tribological tests showed that soaking nitrided steel at a low temperature (450°C) and high temperature (600°C) caused a decrease in tribological wear. Out of the tested materials, the highest microhardness of the upper layer was observed in the samples soaked at 450°C, while the highest resistance to tribological wear was obtained for the samples soaked at 600°C. The conducted tests indicate the possibility of extending the lifetime of dies made from the investigated nitrided steel.

PL

Niniejsza praca dotyczy oceny wpływu temperatury wygrzewania azotowanej stali narzędziowej do pracy na gorąco X37CrMoV5-1 (WCL) przeznaczonej na matryce do wyciskania profili aluminiowych na strukturę, mikrotwardość oraz zużycie tribologiczne warstwy azotowanej. Badaniom poddano próbki azotowanej stali X37CrMoV5-1 wygrzewane przez 8 godzin w piecu przemysłowym w temperaturze: 450°C, 480°C, 520°C, 560°C oraz 600°C. W celach porównawczych zastosowano także materiał wzorcowy, który nie był wygrzewany po procesie azotowania. Ze wzrostem temperatury wygrzewania początkowo odnotowano wzrost mikrotwardości warstwy azotowanej o ok. 10%. Z kolei podwyższenie temperatury wygrzewania powyżej 450°C powodowało jej obniżenie. Wyniki testów tribologicznych wykazały, że wygrzewanie stali azotowanej w niskiej temperaturze (450°C) oraz w wysokiej (600°C) powoduje spadek zużycia tribologicznego. Spośród badanych materiałów największą mikrotwardość warstwy wierzchniej odnotowano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 450°C, natomiast najwyższą odporność na zużycie tribologiczne uzyskano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 600°C. Przeprowadzone testy wskazują na możliwość wydłużenia czasu użytkowania matryc wykonanych z badanej stali azotowanej.

Słowa kluczowe

EN

tool steel; X37CrMoV5-1; nitriding; upper layer; microhardness; tribological wear

PL

stal narzędziowa; X37CrMoV5-1; azotowanie; warstwa wierzchnia; mikrotwardość; zużycie tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 4
• Strony: 69--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Dworak M.

• Institute of Materials Science, Faculty of Computer Science and Materials Science, University of Silesia, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41 500 Chorzów, Poland

autor

Barylski A.

• Institute of Materials Science, Faculty of Computer Science and Materials Science, University of Silesia, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41 500 Chorzów, Poland

autor

Aniołek K.

• Institute of Materials Science, Faculty of Computer Science and Materials Science, University of Silesia, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41 500 Chorzów, Poland

autor

Stepanova E.

• Institute of Materials Science, Faculty of Computer Science and Materials Science, University of Silesia, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41 500 Chorzów, Poland

Bibliografia

• 1. ASM Handbook, Metalworking: Bulk Forming, 14A, Dies and Die Materials for Hot Forging, ASM International, Ohio USA, 2005, 47–61.
• 2. Walkowicz J., Smolik J., Bertrand C., Ioncea A., Obróbka cieplno-chemiczna a trwałość eksploatacyjna matryc do kucia na gorąco. Inżynieria Materiałowa, 2005; 5: 281–284.
• 3. Kheirandish S., Noorian A., Effect of Niobium on Microstructure of Cast AISI H13 Hot Work Tool Steel. Journal of Iron and Steel Research, International, 2008; 15(4): 61–66.
• 4. Noorian A., Kheirandish S., Saghafian H., Evaluation of the mechanical properties of niobium modified cast AISI H13 hot work tool steel. Iranian Journal of Materials Science and Engineering, 2010; 7(2): 22–29.
• 5. Shengli M., Kewei X., Wanqi J., Plasma nitrided and TiCN coated AISI H13 steel by pulsed dc PECVD and its application for hot-working dies. Surface and Coatings Technology, 2005; 191(2-3): 201–205.
• 6. Jiménez H., Devia D. M., Benavides V., Devia A., Arango Y. C., Arango P. J., Velez J. M., Thermal protection of H13 steel by growth of (TiAl)N films by PAPVD pulsed arc technique. Materials Characterization, 2008; 59(8): 1070–1077.
• 7. Psyllaki P., Papadimitriou K., Pantazopoulos G., Failure modes of liquid nitrocarburized and heat treated tool steel under monotonic loading conditions. Journal of Failure Analysis and Prevention, 2006; 6(6): 13–18.
• 8. Akhtar S. S., Arif A. F. M., Yilbas B. S., Evaluation of gas nitriding process with in-process variation of nitriding potential for AISI H13 tool steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009; 47(5): 687–698.
• 9. Hirsch T., Clarke T. G. R., da Silva Rocha A., An in-situ study of plasma nitriding. Surface and Coatings Technology, 2007; 201(14): 6380–6386.
• 10. Kugler G., Turk R., Večko-Pirtovšek T., Terčelj, M., Wear behaviour of nitrided microstructures of AISI H13 dies for hot extrusion of aluminium. Metalurgija, 2006; 45(1): 21–29.
• 11. Saha P. K., Aluminum extrusion technology, Materials Park (OH), ASM International, 2000.
• 12. Björk T., Westergård R., Hogmark S., Wear of surface treated dies for aluminium extrusion — a case study. Wear, 2001; 249(3–4): 316–323.
• 13. Małkiewicz T., Metaloznawstwo stopów żelaza, PWN, Warszawa – Kraków 1971.
• 14. Wesołowski K., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1969.
• 15. Małdziński L., Termodynamiczne, kinetyczne i technologiczne aspekty wytwarzania warstwy azotowanej na żelazie i stalach w procesach azotowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej; Rozprawy nr 374, Poznań 2002.
• 16. Błaszczyński J., Stupnicka H., Weroński A., Procesy technologiczne podwyższające trwałość elementów maszyn, urządzeń i pojazdów. Mechanika, Lublin 2000.
• 17. Hernandez M., Staia M. H., Puchi-Cabrera E. S., Evaluation of microstructure and mechanical properties of nitrided steels. Surface and Coatings Technology, 2008; 202(10): 1935–1943.
• 18. Birol Y., Effect of post-oxidation treatment on thermal fatigue behaviour of plasma nitrided hot work tool steel at elevated temperatures. Surface and Coatings Technology, 2011; 205(8–9): 2763–2769.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.