Wpływ struktury na zmiany wymiarowe i wybrane właściwości węgloutwardznej stali C20

• Autorzy: Gęstwa W. , Wypych A. , Przyłęcka M.

Warianty tytułu

EN

The influence of structure on change distortion and some properties of hardened carburized C20 steelStreszczenie

• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych, mikrotwardości, zmian wymiarowych oraz obliczone naprężenia własne w węgloutwardzanej stali C20. Stal C20 nawęglono gazowo w temperaturze 930°C przez 7 h przy zmiennym potencjale węglowym. Nawęglone próbki były hartowane jednokrotnie, podwójnie w dwóch ośrodkach chłodzących o różnym stężeniu polimeru oraz wymrażane lub odpuszczane. Ośrodkiem chłodzącym podczas procesów hartownia był wodny roztwór poliakrylanu sodu (ACR) o różnych stężeniach polimeru. Dla zastosowanych stężeń polimerów w ośrodkach chłodzących wyznaczono wartość współczynnika przejmowania ciepła (HTC), który wykazał, że wzrost zawartości stężenia polimeru w wodnym roztworze powoduje obniżenie jego wartości. Wraz ze wzrostem stężenia polimeru również maleje twardość i grubość warstwy węgloutwardzonej. Natomiast po procesach hartowania i wymrażania lub odpuszczania uzyskano grubsze warstwy utwardzone przy zbliżonej wartości twardości na powierzchni. Struktura uzyskana w tych próbkach w warstwie to martenzyt z austenitem szczątkowym, a w rdzeniu: martenzyt - bainit - austenit szczątkowy. Ilość austenitu szczątkowego wykazała, że wzrost stężenia polimeru w ośrodku chłodzącym podczas hartowania powoduje wzrost udziału austenitu szczątkowego. Wyniki obliczeń naprężeń własnych w próbkach węgloutwardzanych wykazały występowanie naprężeń ściskających w warstwie wierzchniej, a rozciągających w rdzeniu. Zmiany wymiarowe zbadane zostały na próbkach Navy C-pierścień. Najmniejsze zmiany wymiarowe uzyskano dla próbek hartowanych i wymrażanych a największe dla próbek hartowanych jednokrotnie w 10% wodnym roztworze poliakrylanu sodu (ACR).

EN

In work it were introduced the results of structural investigations, microhardnesses and dimension changes as well as the calculated of residual stresses in hardened carburized C20 steel. The C20 steel was gas carburized ab temperature 930°C by 7 h and by changing carbon potential. The carburized samples was single hardened, doubly hardened in two different quenching mediums as well as sub-zero treatment or tempered. The quenching mediums during hardened processes was the water solution of sodium polyacrylate (ACR) about different concentrations polymer. The value of heat transfer coefficient (HTC) was calculated for quenching mediums about different polymers concentration, which it showed, that the content growth of polymer concentration in water solution polimer causes lowering his value. The hardness and the thickness of hardened carburized layer diminishes together with growth of polymer concentration In quenching mediums. However it was got was fatter layers hardened near approximate value of hardness on surface after hardened and sub-zero treatment or tempered processes. The structure obtained in these samples in layer then martensite with retained austenite, and in core: martensit - bainite - retained austenite. The value of retained austenite showed, that the growth of polymer concentration In quenching mediums during hardened causes the growth of retained austenite part. The calculations results of residual stresses showed the occurrence the compressive stresses in surface layer and tensile stresses in core of hardened carburized samples. The dimension changes were examined on the Navy C-ring samples. The smallest dimension changes were obtained for hardened and sub-zero treatment carburized samples and the largest for one hardened samples in 10% water solution of polyacrylate of sodium (the ACR).

Słowa kluczowe

PL

hartowanie; wymrażanie; węgloutwardzana stal C20; mikrotwardość; zmiany wymiarowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 795--799
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gęstwa W.

autor

Wypych A.

autor

Przyłęcka M.

• Politechnika Poznańska, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania,

Bibliografia

• [1] Totten G. E., Bates C. E., I Clinton N. A., Chapter 11- Residual stress, distortion and cracking. Handbook of Quenchants and Quenching Technology, TRZECIE. Ohaio: ASM International (1995) 441-494.
• [2] Hardin R. A. and Beckermann C.: Simulated of heat treatment distortion; Departament of Mechanical and Industrial Engineering, The University of Iowa, Iowa city ia 52242, http:/www. ENGINEERING.UIOWA.EDU/∼BECKER/DOCUMENTS.DIR/HEATT REAT05.PDF.
• [3] Northwood D. O., HE L., Boyle E., Bowers R.: „Retainded austenite – residual stress – distortion relationship in carburized sae 8620 steel.” Material Science Forum 539-543 (2007) 4464-4469.
• [4] Grinberg, N. M. I Konovalova, M. P.: Reasons for the changes in the dimensions of steel parts during carburizing. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. June 6 (1968) 71-74.
• [5] Toten G. E., Bates C. E. and Clinton N.A.: Handbook of quenchants and quenching technology; ASM International, Materials Park, Ohio, 507 str., ISBN:0-87170-448-X.
• [6] Canale L., Ruggieri J.E., Crnkovic O.R., Totten G.E.: “Brazylian quenching oils: Classification of quench severity” In Heat Treating – Proceedingsof the 20th Conference, Vol. 2, EDS, K. Funatani and G. E. Totten, 9-12 October 2000, ST.Louis, MO, ASM International, Materiale Park (2000) 847-853.
• [7] Przyłęcka M., Gęstwa W., Canale Lauralice C. F., Yao Xin, Totten G. E.: The chapter 6 - Carburizing and carbonitriding; in book Failure analysis of heat treated steel components; Editor: L.C.F. Canale, R.A. Mesquita and G.E. Toten; ASM International. Opublikowanie książki planowane na rok 2008.
• [8] Przyłęcka M., Gęstwa W.: Współczynnik przejmowania ciepła a wybrane własności węgloutwardzanych elementów.; materiały konferencyjne z TKA’2007 – X Sympozjum naukowo-techniczne – technologie, konstrukcje i automatyka, Augustów, 21-22 Września (2007) 35 - 44.
• [9] Razim C.: Restaustenit zum kenntnisstand über ursache und auswirkungen bei einsatzgehärteten stählen, Harteraite Technische Mittalungen 90 (1985) 4 150-165.
• [10] Przyłęcka M., Gęstwa W., Totten G. E.: The modelling of retained austenite in the carburized layer; Journal De Physique IV (2004) 121-128.
• [11] Przyłęcka M.: The modelling of structure and properties of carburized low-chromium hypereutectoid steels. Journal of Materials Engineering and Performance, ASM International, Materials Park, OHIO, Journal of Materials Engineering and Performance 5(2) (1996) 165-191.
• [12] Przyłęcka M., Gęstwa W.: Wpływ stanu strukturalnego na niektóre własności użytkowe warstw nawęglonych lub azotonawęglonych wytworzonych na stalach konstrukcyjnych, Zeszyty naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, Mechanika 72, Kielce (2000) 97-117.
• [13] R. W. Gregorutti, J. L. Sarutti and J. Sikora: Microstructural stability of austempered ductile iron after sub-zero cooling, Materials Science and Technology 19 6 (2003) 831-835.
• [14] A. P. Gulyaev: Cold Treatment Of Steel, Metal Science And Heat Treatment 40 11-12 (1999) 449-455.
• [15] G. Parrish: Influence of microstructure on properties of case carburized components, Part 4 - Retained Austenite, ASM, Metals Park, OH (1980) 61-89.
• [16] G. Liebmann and H. Luck: Influence of silicon in tool steels on the isothermal stabilization of residual austenite, Journal of Materials 27 10 (1982) 371-373.
• [17] J. Grosch and O.Schwarz: Retained austenite and residual stress distribution in deep cooled carburized microstructures, 1995 Carburizing and Nitriding with Atmospheres, ASM International, Materials Park, OH (1995) 71-76.
• [18] Grinberg E. M., Arkhangel'skij S. I. and Tikhonova I. V.: Dimensional Stability and Strength of Multiphase Metastable Materials, Journal of Materials (Russia) 5 (1998) 12-16
• [19] Vetters H. and Schissler J. M.: The amount of retained austenite on machining parameters of austempered spheroidal cast-iron, Journal of Materials (France) 319 (2001) 24-26.
• [20] Mccarthy J. J.: Air-Hardening Tool steel grades facilitate size change reproduction, American Metal Market 88 28 (1980) 33-34.
• [21] Edenhofer B., Grafen W. and Muller-Ziller J.: Handling of distortion problems in industrial heat treatment, Journal of Materials (Germany) 58 6 (2003) 328-335.
• [22] Altena H., Jurci P. and Stola P.: Gas and oil quenching effects on gear distortion, Industrial Heating Vol. 71 3 (2004) 45-48.
• [23] Degallaix G., Chichot D., Barralis J., Lesage J.: „Modele simplifie de prevision des contraintes residuelles dans les couches traitees Superficiellement”, Memoires et etude scientifiques fevue de metalurgie – fervier (1990) 113-122.
• [24] Luty W.: Chłodziwa Hartownicze, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa (1986) 212.
• [25] Przyłęcka M., Gęstwa W., Totten G. E.: Evaluation of Hardening Power From Cooling Curve Data To Quantify Quench Severity and Its Potential Application For Quenching of Carburized Steel; Int. Journal of Microstructure & Materials Properties - IJMMP (Manuscript Reference No.: IJMMP - 86/07) (2008) (Materiały w Druku).