Cohesion and fracture toughness of gradient boride layers formed by borocarburizing

• Autorzy: Makuch N. , Kulka M. , Pertek A.

Warianty tytułu

PL

Kohezja i odporność na pękanie gradientowych warstw borkowych wytwarzanych za pomocą boronawęglania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Different methods were used to formation of boride layers. The typical borided layers were formed by diffusion boriding and through hardening. Besides, the gradient boride layer was formed by two-step diffusion borocarburizing and through hardening. In gradient boride layer the transition carburized zone between iron borides zone and the substrate was observed. This layer was characterized by changeable microstructure and diminished microhardness gradient of the iron borides to the substrate. The Rockwell C indentation test was used to cohesion rating of borided and borocarburized layers without and with heat treatment. The significant differences between borocarburized and borided layers concerning cohesion were not observed. However, the heat treatment after diffusion processes plays an important role. After through hardening all the examined layers are characterized by higher cohesion in comparison with the same layers without heat treatment. The positive influence of gradient boride layer on the fracture toughness was found. The highest fracture toughness was observed in case of diffusion borocarburized layer within all the range of loading used. There are two reasons for increased fracture toughness of gradient boride layer formed by borocarburizing: first, the diminished microhardness gradient between iron borides zone and substrate; second, the differences in the microstructure, especially, the changeable crystals orientation of iron borides.

PL

Zastosowano różne metody wytwarzania warstw borkowych. Typową warstwę borowaną wytworzono za pomocą dyfuzyjnego borowania i utwardzania cieplnego. Gradientową warstwę borków wytworzono za pomocą dwustopniowego dyfuzyjnego procesu boronawęglania i utwardzania cieplnego. W warstwie tej między borkami żelaza a rdzeniem występuje strefa nawęglona. Warstwa taka charakteryzuje się zmienną mikrostrukturą i łagodniejszym spadkiem twardości od powierzchni do rdzenia. Test twardości Rockwella w skali C został wykorzystany do oceny kohezji badanych warstw bez obróbki cieplnej i po utwardzaniu cieplnym. Nie stwierdzono istotnych różnic odnośnie do kohezji warstw borowanych i boronawęglanych. Jednak badania wykazały duże znaczenie obróbki cieplnej. Po utwardzaniu cieplnym badane warstwy charakteryzowały się lepszą kohezją niż te same warstwy bez obróbki cieplnej. Stwierdzono pozytywny wpływ gradientowej warstwy borkowej na odporność na pękanie. Największą odporność na pękanie obserwowano w przypadku warstwy boronawęglanej w całym zakresie stosowanych obciążeń. Przyczynami większej odporności na pękanie gradientowej warstwy borkowej są: po pierwsze - profil twardości o łagodniejszym spadku, po drugie - różnice w mikrostrukturze borków żelaza, a zwłaszcza ich zmienna orientacja krystalograficzna.

Słowa kluczowe

EN

boriding; borocarburizing; microstructure; microhardness; cohesion; fracture toughness

PL

borowanie; boronawęglanie; mikrostruktura; mikrotwardość; kohezja; odporność na pękanie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 558--561
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Makuch N.

autor

Kulka M.

autor

Pertek A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Wierzchoń T.: The role of glow discharge in the formation of a boride layer on steel in the plasma boriding process. Advances in low-temperature plasma chemistry, technology, applications. Vol. 2. Technomic Publishing Co. INC. Lancaster-Basel, USA (1988).
• [2] Pertek A.: Gas boriding condition for the iron borides layers formation. Materials Science Forum, Trans Tech Publications, Switzerland, 163-165 (1994) 323÷328.
• [3] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce (2000).
• [4] Üçisik A. H., Bindal C.: Fracture toughness of boride formed on low-alloy steels. Surface & Coatings Technology 94-95 (1997) 561÷565.
• [5] Sen U., Sen S., Koksal S., Yilmaz F.: Fracture toughness of borides formed on boronized ductile iron. Materials and Design 26 (2005) 175÷179.
• [6] Wierzchoń T., Bieliński P., Sikorski K.: Formation and properties of multicomponent and composite borided layers on steel. Surf. Coat. Technol. 73 (1995) 121÷124.
• [7] Pertek A., Kulka M.: Microstructure and properties of composite (B+C) diffusion layers on low-carbon steel. Journal of Materials Science 38 (2003) 269÷273.
• [8] Kulka M., Pertek A., Klimek L.: The influence of carbon content in the borided Fe-alloys on the microstructure of iron borides. Materials Characterization 56/3 (2006) 232÷240.
• [9] Kulka M., Pertek A.: Gradient formation of boride layers by borocarburizing. Applied Surface Science 254 (2008) 5281÷5290.
• [10] Gopalakrishnan P., Shankar P., Subba Rao R. V., Sundar M., Ramakrishnan S. S.: Laser surface modification of low carbon borided steels. Scripta Mater. 44 (2001) 707÷712.
• [11] Kulka M., Pertek A.: Microstructure and properties of borided 41Cr4 steel after laser surface modification with re-melting. Applied Surface Science 214 (2003) 278÷288.
• [12] Kulka M., Pertek A.: Laser surface modification of carburized and borocarburized 15CrNi6 steel. Materials Characterization 58/5 (2007) 461÷470.
• [13] Verein Deutscher Ingenieure Normen, VDI 3198 (1991) VDI Verlag.
• [14] Vidakis N., Antoniadis A., Bilalis N.: The VDI 3198 indentation test evaluation of a reliable qualitative control for layered compounds. Journal of Materials Processing Technology 143-144 (2003) 481÷485
• [15] Cutler R. A.: Ceramics and glasses. ASM International (1991) 787÷803.