The structure and mechanical properties of sintered Astaloy-based steels produced under different conditions

• Autorzy: Sułowski M. , Faryj K.

Warianty tytułu

PL

Struktura i własności mechaniczne spiekanych stali wykonanych na bazie proszków stopowych Astaloy CrL i Astaloy CrM wytwarzanych w różnych warunkach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper an attempt has been made to work out a 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. Additions of alloying elements such as copper and nickel have traditionally been used in sintered steels for many years. Because of expensive and cancerogenic nickel and heavy-recycled copper it has been decided to replace these elements with molybdenum, manganese and chromium, in order to increase the mechanical properties of sintering manganese steels. Mn-Cr-Mo PM steels (Fe-3%Mn-1.5%Cr-0.2%Mo-0.8%C and Fe-3%Mn-3%Cr-0.5%Mo-0.8%C) were investigated. Their chemical compositions were based on the pre-alloyed Hoganas Astaloy CrL and Astaloy CrM powders, containing 1.5% and 3% Cr, and 0.2% and 0.5%Mo, respectively. Manganese in the form of low-carbon ferromanganese and elemental carbon in the form of ultra fine graphite were added to the steel powders. Following mixing in a double cone laboratory mixer (60 rpm/30 minutes), the mixtures were pressed in a rigid die to achieve the green density of 6.8-7.0 gcm-3. The compacts were sintered at 1120°C and 1250°C for 60 minutes in either hydrogen or nitrogen atmosphere. To improve the local dew point (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°Cmin-1. After sintering, all specimens were tempered at 200°C 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.

PL

W pracy podjęto próbę opracowania nowego składu chemicznego stali spiekanej przeznaczonej do obróbki typu sinter-hardening, z jednoczesnym wskazaniem najkorzystniejszej, pod względem własności wytrzymałościowych i mikrostruktury, technologii jej wytwarzania. Do niedawna głównymi składnikami stopowymi w tej grupie stali były nikiel i miedź. Jednak ze względu na rosnącą cenę i rakotwórcze działanie niklu oraz trudna do przetworzenia miedź, zdecydowano się na zastąpienie tych pierwiastków tańszymi oraz korzystnie wpływającymi na własności wytrzymałościowe, molibdenem, chromem oraz manganem. Badaniom poddano stale o dwóch składach chemicznych: Fe-3%Mn-1,5%Cr-0,25%Mo-0,8%C oraz Fe-3%Mn-3%Cr-0,5%Mo-0,8%C. Mieszanki zostały sporzadzone na bazie rozpylanych stalowych proszków stopowych Astaloy CrL (1,5% Cr i 0,2% Mo) oraz Astaloy CrM (3%Cr i 0,5%Mo), wyprodukowanych przez szwedzka firme Hoganas. Mangan w ilosci 3% mas. został wprowadzony do mieszanki w postaci proszku niskoweglowego żelazomanganu (1,3%C i 77%Mn), a węgiel w postaci proszku grafitu C-UF. Ze sporządzonych mieszanek proszków metoda prasowania jednostronnego w stalowej matrycy przygotowano wypraski (o średniej gęstości mieszczącej się w zakresie od 6,8 g/cm3 do 7,0 g/cm3), które następnie poddano spiekaniu w atmosferze azotu i wodoru w temperaturze 1120°C oraz 1250°C przez okres 60 minut. Po spiekaniu próbki chłodzono z prędkością około 65°Cmin-1, a następnie poddano odpuszczaniu w powietrzu przy temperaturze 200°C przez czas jednej godziny. Wyniki badań własności wytrzymałosciowych oraz obserwacje zgładów metalograficznych, potwierdzają osiągnięcie zamierzonego celu pracy. Optymalny skład mieszanki oraz prawidłowo dobrany proces wytwarzania stali Mn-Cr-Mo pozwala otrzymac lepsze własności w porównaniu do komercyjnie wytwarzanych spiekanych stali niklowych oraz manganowych.

Słowa kluczowe

EN

powder metallurgy (PM); Mn PM stells; sinter-hardening; mechanical properties; Astaloy CrL and Astaloy CrM; manganese-chromium-molybdenum PM steels

PL

metalurgia proszków; stale manganowe; własności mechaniczne; proszki stopowe Astaloy CrL; proszki stopowe Astaloy CrM; obróbka sinter-hardening

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 1
• Strony: 121--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sułowski M.

autor

Faryj K.

• FACULTY OF METALS ENGINEERING AND INDUSTRIAL COMPUTER SCIENCE DEPARTMENT OF PHYSICAL AND POWDER METALLURGY, AGH-UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 30-059 KRAKÓW, 30. MICKIEWICZA AV., POLAND

Bibliografia

• [1] A. Cias, M. Sulowski, M. Stoytchev, Proc. of 7th European Conference on Advanced Materials and Processes - EUROMAT 2001, Rimini, Italy, June 2001.
• [2] S. C. Mitchell, A. S. Wronski, A. Cias, M. Stoytchev, Proc. of PM2TEC on the “Advances in powder metallurgy and particulate materiale”, organized by MPIF, Vancouver, 2, (1999), Part 7 - PM steels, p. 129-144.
• [3] S. C. Mitchell, A. S. Wronski, A. Cias, Inżynieria Materiałowa, 5, Rok XXII, Wrzesień - Październik, 633 (2001).
• [4] A. S. Wronski 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] M. Sułowski, A. Cias, Inżynieria Materiałowa, 4, Lipiec – Sierpień 1998, 1179 (1998).
• [6] R. Keresti, M. Selecka, A. Salak, Proc. of International Conference DFPM’99, organized by IMR-SAS Kosice, Piestany, II, (1999), p. 108-111.
• [7] S. C. Mitchell, B. S. Becker, A. S. Wronski, Proc. of 2000 Powder Metallurgy World Congress, organized by EMPA, Kyoto, II, (2000), p. 923, 2001.
• [8] A. Cias, M. Stoytchev, A. S. Wronski, Proc. of International Conference on Powder Metallurgy and Particulate Materials, organized by MPIF, New Orleans,(2001), p. 10-131 to 10-140.
• [9] A. Cias, S. C. Mitchell, A. Watts, A. S. Wronski, Powder Metallurgy, 42, 3, 227 (1999).
• [10] P. K. Jones, K. Buckley - Golde r, H. David, R. L awcock, D. Sarafinchan, R. Shivanath, L. Ya o, Proc. of 1998World Congress on Powder Metallurgy, organized by EPMA, Granada, 3, (1998), p. 155.
• [11] R. Shivanath, P. K. Jones, R. Lawcock, Proc. of PM TEC’96 on the „Advances in powder metallurgy and particulate materials”, organized by MPIF, New York, (1996), p. 13-427 to 13-437.
• [12] EC Cancirogen Directives 90/394/EEC and 91/322/EEC.
• [13] A. Cias, S. C. Mitchell, A. S. Wronski, Proc. of 1998 World Congress on Powder Metallurgy, organized by EPMA, Granada, 3, (1998), p. 179.
• [14] M. Youseffi, S. C. Mitchell, A. S. Wronski, A. Cias, Powder Metallurgy, 43, 4, 353 (2000).
• [15] A. Romanski, A. Cias, Inżynieria Materiałowa, 4, Lipiec – Sierpień 1998, 1175 (1998).
• [16] A. Salak, M. Selecka, R. Bures, TU Wien Workshop „Sintering Atmospheres for Ferrous Components”, organized by Hoganas, Hoganas Chair, 1999.
• [17] A. Cias, M. Sułowski, S. C. Mitchell, A. S.. Wronski, Proc. of PM2001, organized by EPMA, Nice, 4, (2001), p. 246-251.
• [18] A. Cias, S. C. Mitchell, K. Pilch, H. Cias, M. Sułowski, A. S. Wronski, Powder Metallurgy, 46, 2, 165 (2003).
• [19] Methods of Determining Hardenability of Steels, SAE Standard J406, Warrendale, PA, USA, 1993.
• [20] A. Salak, Ferrous Powder Metallurgy, Cambridge International Science Publishing, Cambridge 1995.
• [21] „Przewodnik metalom”, firma Struers, praca zbiorowa, 1992.
• [22] A. Cias, Development and Properties of Fe-Mn-(Mo)-(Cr)-C Sintered Structural Steels, Wyd. AGH-UST Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Cracow, (2004).