Własności mechaniczne i mikrostruktura spiekanych stali konstrukcyjnych obrabianych cieplnie

• Autorzy: Cygan S. , Sułowski M. , Ciesielka M.

Warianty tytułu

EN

The mechanical properties and the microstructure of sintered and heat treated structural steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanych badań było określenie wpływu parametrów spiekania, a w szczególności temperatury spiekania, składu chemicznego atmosfery spiekania i obróbki cieplnej, na własności mechaniczne i mikrostrukturę spiekanych stali o zawartości 3 % Mn, 1,5 % Cr, 0,2 % Mo i 0,7 % C. Mieszankę proszków przygotowano na bazie stopowego proszku żelaza Astaloy CrL (1,5 % Cr, 0,2 % Mo), niskowęglowego proszku żelazomanganu Elkem (77 % Mn, 1,3 % C) oraz proszku grafitu C-UF. Spieki wytworzono w dwóch temperaturach: 1120 oraz 1250 [stopni]C. Spiekanie prowadzono w czasie 60 min w atmosferze będącej mieszaniną wodoru i azotu w ilości 5 % H2-95 % N2 oraz w powietrzu (z dodatkiem żelazomanganu w postaci bryłek umieszczonych w łódce). Połowę spieków poddano także odpuszczaniu w powietrzu w temperaturze 200 [stopni]C w czasie jednej godziny. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że temperatura spiekania nie miała znacznego wpływu na gęstość badanych spieków. Zastosowanie niskiego odpuszczania, w odniesieniu do spieków wytwarzanych w temperaturze 1120 i 1250 [stopni]C w atmosferze 5 % H2-95 % N2 oraz w powietrzu, przyczyniło się do wzrostu własności wytrzymałościowych spieków. W wyniku przeprowadzonych prac oraz na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że stale wytworzone w wyższej temperaturze spiekania (1250 [stopni]C) charakteryzowały się lepszymi własnościami mechanicznymi.

EN

In this paper the results of investigations of the effect of processing parameters, especially sintering temperature, chemical composition of sintering atmosphere and heat treatment, on mechanical properties and microstructure of 3 % Mn-1.5 % Cr-0.2 % Mo PM steels was presented. Hoganas pre-alloyed Astaloy CrL powder, containing and 1.5 % Cr and 0.2 % Mo, have been used in the investigation. The manganese in the amount of 3 wt.% was added in the form of the low?carbon Elkem ferromanganese (77 % Mn, 1.3 % C) powder with particle size under 20 microns provided by Huta Baildon, Poland. Carbon in the form of ultra fine graphite (Hoganas C?UF) was added in the amount of 0.7 wt.%. The powders were mixed in a Turbula mixer for 30 min. No lubricant was added to the powder before mixing. Two specimen types were prepared - "dog?bone" tensile (ISO 2740), rectangular 3-point bend (ISO 3325) and unnotched impact energy, 55 × 10 × 6 mm3, respectively. Sintering was carried out in a horizontal laboratory furnace at 1120 and 1250 °C in 5 % H2-95 % N2 for 60 min. The inlet dew point of sintering atmosphere was -60 [degrees]C. The heat resistant steel tube furnace was equipped with water jacketed rapid convective cooling zone with cooling rate 65 [degrees]C/min. To prevent oxidation, the all specimen groups were sintered in a stainless steel semi?closed boat. The temperature inside the boat was measured with accuracy +/-0.1 [degrees]C. After convective cooling, specimens were subsequently tempered at 200 [degrees]C for 60 min in air. One group of the specimens with 0.7 % of carbon content was also sintered in air in semi?closed boat in which together with the specimens were the pieces of ferromanganese (ferromanganese lumps) in the amount of 52 grams (9.4 g per 100 g of specimens). Sintered specimens were tested in static tension (MTS 810 testing machine), simple bending (ZD 10 lab press), both tests on the machines at a crosshead speed of 5 mm/min, and in an impact energy tester (W = 15 J). Leica DM4000M was employed for microstructural evaluations. During investigation was found the sintering temperature haa a negligible influence on assintered density of PM steels. After sintering both at 1120 and 1250 [degrees]C in 5 % H2-95 % N2 and tempering at 200 [degrees]C, mechanical properties of investigated steels were higher than those obtained for not tempered steels independent of sintering atmosphere. The highest mechanical properties were obtained for steels sintered at 1250 [degrees]C.

Słowa kluczowe

PL

stale spiekane; dodatki stopowe; obróbka cieplna; własności mechaniczne; mikrostruktura

EN

microstructure; sintered steels; alloying elements; hest treatment; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 57, nr 9
• Strony: 609--614
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Cygan S.

autor

Sułowski M.

autor

Ciesielka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Missol W.: Spiekane części maszyn. Wydaw. „Śląsk”, Katowice 1976.
• 2. Ciaś A., Frydrych H., Pieczonka T.: Zarys metalurgii proszków. Wydaw. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1992.
• 3. Sułowski M.: Rudy Metale 2007, t. 52, nr 8.
• 4. Zapf G., Hoffman G., Dalal K.: Powder Metall., 1975, t. 18, nr 35, s. 215.
• 5. Bowe D. J., Berger K. R., Marsden J. G., Garg D.: The International Journal of Powder Metallurgy, 1995, t. 31, nr 1, s. 29.
• 6. Sułowski M., Ciaś A.: XVth Physical Metallurgy and Materials Science Conference, Kraków – Krynica, Inżynieria Materiałowa, 1998, t.4 (105), s. 1179.
• 7. Mitchell S. C., Wronski A. S., Ciaś A., Stoytchev M.: Materiały konferencyjne “Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials”, Princeton, NJ, MPIF, 1999, nr 3, s. 129.
• 8. Sułowski M.: Rudy Metale 1999, t. 44, nr 1, s. 509.
• 9. Wyrozumski J.: Wpływ warunków wytwarzania na strukturę i własności spiekanych stali Fe-3%Mn-0,7%C. AGH, Kraków, 2000 [pr. magisterska].
• 10. Ciaś A., Sułowski M., Mitchell S. C., Wronski A. S.: Materiały konferencyjne European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy, Nice, France, 22-24.10.2001, t. 4, s. 246.
• 11. Pilch K.: Wpływ składu atmosfery spiekania na własności spiekanych stali manganowych. AGH, Kraków, 2002 [pr. magisterska].
• 12. Sułowski M.: Struktura i własności mechaniczne konstrukcyjnych spieków żelazo‐mangan-węgiel. AGH, Kraków, 2003 [pr. doktorska].
• 13. Ciaś A., Mitchell S. C., Pilch K., Ciaś H., Sułowski M., Wroński A. S.: Powder Metall. 2003, t. 46, nr 2, s. 165.
• 14. Sułowski M., Faryj K.: XXXVI Szkoła Inżynierii Materiałowej: Kraków - Krynica, 23-26 IX 2008, s. 46.
• 15. Nowacki J.: Spiekane metale i kompozyty z osnową metaliczną. Wydaw. Naukowo‐Techniczne, Warszawa 2005.
• 16. Stolarz S., Rutkowski W.: Wolfram i molibden. PWT, Warszawa 1961.