Wpływ warunków wytwarzania na strukturę i własności mechaniczne spiekanych stali Fe-Mn-(Cr)-(Mo)-C

• Autorzy: Sułowski M. , Faryj K.

Warianty tytułu

EN

The effect of parameters process on the structure and mechanical properties of sintered Fe-Mn-(Cr)-(Mo)-C steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podjęto próbę opracowania nowego składu chemicznego spiekanej stali przeznaczonej do obróbki typu sintering-hardening, z jednoczesnym wskazaniem najkorzystniejszej, pod względem własności wytrzymałościowych i mikrostruktury, technologii jej wytwarzania. Badaniom poddano stale o dwóch składach chemicznych: Fe-3%M-0,5%Mo-0,8%C oraz Fe-3%Mn-3%Cr-),5%Mo-0,8%C. Mieszanki zostały sporządzone na bazie rozpylanych stalowych proszków stopowych Astaloy CrL (2,5% Cr i 0,25 % Mo) oraz Astaloy CrM (3 % Cr i 0,5 % Mo), wyprodukowanych przez szwedzką firmę Hoganas. Mangan w ilości 3 % mas. został wprowadzony do mieszanki w postaci proszku niskowęglowego żelazomanganu (1,3% C i 77% Mn), a węgiel w postaci proszku grafitu C-UF. Ze sporządzonych mieszanek proszków, metodą prasowania jednostronnego w stalowej matrycy przygotowano wypraski (o średniej gęstości mieszczącej się w zakresie od 6,8 do 7,0 g/cm3), które następnie poddano spiekaniu w atmosferze azotu i wodoru w temperaturze 1120 stopni Celsjusza oraz 1200 stopni Celsjusza przez okres 60 minut. Po spiekaniu próbki chłodzono od temperatury spiekania z prędkością ok. 65 stopni Celsjusza/min, a następnie poddano odpuszczaniu w powietrzu w temperaturze 200 stopni Celsjusza przez czas jednej godziny. Uzyskane wyniki badań własności wytrzymałościowych potwierdzają, iż możliwe jest wytworzenie spiekanej stali chromowo-molibdenowej z dodatkiem manganu o strukturze bainityczno-martenzytycznej, która przy odpowiednio dobranych parametrach procesu, osiąga wytrzymałość na rozciąganie rzędu 760 MPa i wytrzymałość na zginanie dochodzącą do 1529 MPa.

EN

In the present paper an attempt has been made to work out the new chemical composition of sintered steel for sinter-hardening applications and to establish the most advantageous technology as far as mechanical properties and microstructure are concerned. Mn-Cr-Mo PM steels (Fe-3%Mn-1,5%Cr-0.25%Mo-0.8%C and Fe-3%Mn-3%Ce-0.5%Mo-0.8%C) were investigated. Their chemical compositions were based on pre-alloyed Hoganas Astaloy CrL and Astaloy CrM powders, containing 1.5 wt.-% Cr and 0.25 wt.-% Mo and 3 wt.-% Cr and 0,5 wt.-% Mo, respectively. The manganese in the form of low-carbon ferromanganese (1.3 wt.-%C, 77 wt.-% Mn) and elemental carbon (in amount of 0.8 %) in the form of ultra fine graphite were added to the powder mixtures. Following mixing in a double cone laboratory mixer (60 rpm/30 minutes), powders' mixtures were single pressed in a rigid dies to achieve the green density - 6.8-7.0 g/cm. The compacts were sintered at 1120 degrees of Celsius and 1200 degrees of Celsius for 60 minutes in a hydrogen and nitrogen atmospheres. To improve both the local dew point (the self-gettering effect) and to minimize the loss of manganese due to volatilisation, the specimens were sintered in a semi-closed stainless steel container. The cooling rate was approximately 65 degrees of Celsius/min. After sintering, all specimens were tempered at 200 degrees of Celsius for 60 minutes in air. The mechanical properties and microstructures indicate that processing of the Mn-Cr-Mo alloy steels achieved its objectives. The optimized chemical composition, alloying technique and processing of PM Mn-Cr-Mo sinter-hardened steels result in the benefits if comparing the properties of Fe-Mn-Cr-Mo-C steels with both commercial sintered nickel steels and sinter-hardened PM manganese steels.

Słowa kluczowe

PL

metalurgia proszków; stale manganowe; sinter-hardening; własności mechaniczne; spiekane stale manganowo-chromowe-molibdenowe

EN

sinter-hardening; powder metallurgy; Mn steels; mechanical properties; manganese-chromium-molybdenum PM steels

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 53, nr 7
• Strony: 443--449
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sułowski M.

autor

Faryj K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, Kraków

Bibliografia

• 1. Ciaś A., Sułowski M., Stoytchev M.: Tin alloying additions to PM Fe-3Mn-0.6C sinter-hardened steel. Materiały konferencyjne 7th European Conference on Advanced Materials and Processes - EUROMAT 2001, Rimini, Italy, June 2001.
• 2. Mitchell S. C., Wroński A. S., Ciaś A., Stoytchev M.: Microstructure and mechanical properties of Mn-Cr-Mo-C steels sintered at >1140 degrees of Celsius. Materiały konferencyjne PM2TEC on the „Advances in powder metallurgy and particulate materials”, MPIF, Vancouver, 1999, t. 2, cz. 7 — PM steels, s. 129-144.
• 3. Mitchell S. C., Wroński A. S., Ciaś A.: Development of sintered Mn-(Mo)-(Cr)-C steels. Materiały konferencyjne XVIth Physical Metallurgy and Materials Science Conference, Gdańsk-Jurata, Inżynieria Materiałowa, Wrzesień-Października 2001, t. 5, nr 124, s. 643-646.
• 4. Wroński A. S. et al.: Tough, fatigue and wear resistance sintered gear wheels, Final Report on EU Copernicus Contract no ERB CIPA-CT94-0108, European Commission, 1998.
• 5. Sułowski M., Ciaś A.: Effect of processing variables on mechanical properties of sintered manganese steels Fe-3%Mn- -0,8%C. Materiały konferencyjne XVth Physical Metallurgy and Materials Science Conference, Kraków—Krynica, Inżynieria Materiałowa, Lipiec-Sierpień 1998, t. 4, nr 105, s. 1179-1182.
• 6. Keresti R., Selecka M., Salak A.: Effect of molybdenum addition on properties of 3Mn sintered steels. Materiały konferencyjne International Conference DFPM’99, organized by IMR-SAS Kosice, Piestany, 1999, t. 2, s. 108-111.
• 7. Mitchell S. C., Becker B. S., Wroński A. S.: Further alloying additions to PM Fe-Mn-C steels. Materiały konferencyjne 2000 Powder Metallurgy World Congress, organized by EMPA, Kyoto, 2000, t. 2, s. 923-926.
• 8. Ciaś A., Stoytchev M., Wroński A. S.: Processing, strength, ductility and toughness of sintered Mn-(Mo)-C steels. Materiały konferencyjne International Conference on Powder Metallurgy and Particulate Materials, MPIF, New Orleans, 2001, s. 10-131-10-140.
• 9. Ciaś A., Mitchell S. C., Watts A., Wroński A. S.: Microstructure and mechanical properties of sintered (2-4)Mn(0.6-0.8)C steels. Powder Metallurgy, 1999, t. 42, nr 3, s. 227-233.
• 10. Ciaś A., Mitchell S. C., Wroński A. S.: Microstructure and properties of PM 0.6%C manganese steels, Materiały konferencyjne 1998 World Congress on Powder Metallurgy, EPMA, Granada, 1998, t. 3, s. 179-189.
• 11. Sułowski M., Zawisza G.: Wpływ parametrów wytwarzania na własności i strukturę spiekanych konstrukcyjnych stali manganowych z dodatkiem chromu i molibdenu. Cz. I: Własności mechaniczne. Rudy Metale, 2007, t. 52, nr 4, s. 206-214.
• 12. Sułowski M.: Wpływ temperatury i czasu spiekania na strukturę i własności mechaniczne spiekanych konstrukcyjnych stali manganowych wykonanych na bazie proszków Astaloy CrL i Astaloy CrM, Rudy Metale 2008, t. 53, nr 2, s. 103-113.
• 13. Shivanath R., Jones P. K., Lawcock R.: On the synergies of high temperature sintering and alloy development for high endurance P/M powertrain components. Mat. Konf. PM TEC’96 on the ”Advances in powder metallurgy and particulate materials”, MPIF, New York, New Jersey, 1996, s. 13-427-13-437.
• 14. Methods of Determining Hardenability of Steels. SAE Standard J406, Warrendale, PA, USA, 1995.
• 15. Struers. Praca Zbiorowa. Przewodnik “Metalog”.
• 16. Sułowski M.: Struktura i własności mechaniczne konstrukcyjnych spieków żelazo-mangan-węgiel. AGH, Kraków 2003 [pr. doktorska].
• 17. Sułowski M.: Wpływ parametrów wytwarzania na strukturę i własności spiekanych stali manganowych. AGH, Kraków, 1997 [pr. magisterska].
• 18. Ciaś A., Mitchell S. C., Pilch K., Ciaś H., Sułowski M., Wroński A. S.: Tensile properties of Fe-3Mn-0.6/0.7C steels sintered in semiclosed containers in dry hydrogen, nitrogen and mixtures thereof. Powder Metallurgy, 2003, t. 46, nr 2, s. 165-170.
• 19. Ciaś A.: Development and properties of Fe-Mn-(Mo)-(Cr)-C sintered structural steels. Uczelniane Wydaw. Nauk.-Dydakt., AGH Kraków 2004.