Wpływ cząstek SiO2 na wybrane właściwości mechaniczne hartowanej stali

• Autorzy: Gęstwa W. , Przyłęcka M. , Wasilewicz P.

Warianty tytułu

EN

The influence of nanofluids on mechanical properties of hardened steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy podjęto próbę wykazania możliwości kształtowania właściwości chłodzących tradycyjnych ośrodków hartowniczych, takich jak oleje mineralne, za pomocą modyfikacji nanocząstkami. Wprowadzenie tych cząstek do tradycyjnych ośrodków hartowniczych ma na celu zmianę przebiegu odbioru ciepła podczas procesu hartowania elementów. Zmiany szybkości chłodzenia w zakresie temperatury 500÷600°C oraz 200÷300°C pozwalają z jednej strony zapewnić wytworzenie struktury martenzytycznej w materiale, a z drugiej uzyskanie mniejszych naprężeń własnych, powodujących odkształcenia lub pęknięcie materiału. Na podstawie tych przesłanek w pracy przedstawiono nowe wstępne badania zdolności chłodzących oleju mineralnego o nazwie handlowej Mar--Temp 340 w wyniku jego modyfikacji przez dodatek nanocząstek SiO2. Wyznaczono krzywe chłodzenia w układzie temperatura-czas dla ośrodka chłodzącego Mar-Temp 340 oraz Mar-Temp 340 z 1 i 3% dodatkiem nanocząstek SiO2. W celu zbadania wpływu tych ośrodków na właściwości materiału hartowanego przeprowadzono badania na próbkach ze stali o zawartości węgla około 0,8%, co odpowiada powierzchniowemu stężeniu węgla w warstwie wierzchniej elementów nawęglanych. Zbadano na tym materiale twardość oraz zrealizowano próbę rozciągania w temperaturze pokojowej. Strukturę w stanie wyjściowym wszystkich próbek stanowił perlit, tak jak w warstwie wierzchniej elementów nawęglanych. Wyniki pomiarów twardości po hartowaniu wykazały zmniejszenie twardości próbek wraz ze zwiększeniem dodatku nanocząstek. Na podstawie badań zrealizowanych w próbie rozciągania stwierdzono, że większy dodatek nanocząstek w ośrodku chłodzącym powoduje zwiększenie wytrzymałości oraz umownej granicy plastyczności i wydłużenia. W tych ośrodkach chłodzących po hartowaniu otrzymano próbki cechujące się strukturą martenzyt + austenit szczątkowy + cementyt lub martenzyt z perlitem (ośrodek z 3% dodatku nanocząstek SiO2). Można stwierdzić, że zmieniając ilość dodatku nanocząstek w ośrodku chłodzącym można w znaczny sposób wpływać na szybkość odbioru ciepła, co wpływa na uzyskiwaną strukturę oraz zmiany właściwości mechanicznych i plastycznych.

EN

The study of the formation of cooling properties of the traditional quenchants, such as mineral oils, was undertaken in the work using modification with nanoparticles. These particles introduced to the traditional quenchant, aimed at the change of heat transfer conditions during the hardening of parts. The change of cooling speed, within the range of the temperature 500÷600°C and 200÷300°C, allows both the producing of the martensite structure in the material and obtainment of the smaller residual stresses, what cause the deformations or the crack of the material. On the basis of premises introduced above, the new investigations of cooling abilities of the mineral oil, as a consequence of its modification with SiO2 nanoparticles were conducted in this work. The cooling curves were determined for the two quenchants : Mar-Temp 340 oils and Mar-Temp 340 oils, with the different addition of SiO2 nanoparticles: 1 and 3%. The result are presented in the two coordinate systems: temperature versus time and temperature versus cooling speed. The samples from steel of the carbon content about 0.8% were investigated in order to examination of the influence of these quenching mediums on the properties of the hardened material. This carbon content corresponds to surface carbon concentration in the carburized layer. The structure of all the samples in the initial state consisted of pearlite. It corresponded to the surface structure of carburized layer. The measurements of hardness and tensile test were realized at the room temperature. The results of the hardness measurements after hardening showed that the increase in the addition of SiO2 nanoparticles causes the decrease in the hardness of the samples. The realized investigations during the tensile test indicated increase in the addition of nanoparticles to the quenching mediums caused the increase of tensile strength and the creep limit and elongation. The samples, hardened by using of these quenching mediums, were characterized by the structure consisting of: martensite, residual austenite and cementite or martensite with pearlite (quenching mediums from 3% addition nanoparticles SiO2). It was found, that the changes of the amount of the addition nanoparticles in the quenching mediums can considerably affect on the speed of the heat transfer, what has an influence on obtained structure and the changes of mechanical and plastic proprieties.

Słowa kluczowe

PL

nanocząstki ciała stałego; stal hartowana; obróbka cieplna

EN

nanoparticles solid; hardened steel; heat treatment

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 413--416
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gęstwa W.

autor

Przyłęcka M.

autor

Wasilewicz P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Narayan Prabhu K., Fernades P.: Nanoquenchants for industrial heat treatment, Journal of Materials Engineering and Performance 17 (2008) 101÷103.
• [2] Wang X. Q., Mazumdar A. S.: Heat transfer characteristics of nanofluids: A review. Int. J. Thermal Sci. 46 (2007) 1÷19.
• [3] http://www.hielscher.com/ultrasonics/size_reduction_silica_01.htm.
• [4] Pohl M., Schubert H.: Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. Pro ceedings, PARTEC 2004, International Congress for Particle Technology; eds. S. E. Pratsinis, H. Schulz, Nuvemberg, Germany, 16-18 March 2004, (http://www.hielscher.com) Partec (2004)
• [5] Hielscher T.: Ultrasonic production of nano-size dispersions and emulsions. ENS’05 Paris, France, 14÷16 December (2005) (http://www.hielscher. com).
• [6] Felde I., Reti T., Chen X. L.: Efficient data encoding and filtering for quenching analysis. 3th International Conference On Quenching And Control Of Distortion ASM, Praga, 24÷26.03 (1999) 208÷215.