The structure and properties of iron alloys with various chemical compositions after diffusional boronizing

• Autorzy: Pertek-Owsianna A.

Warianty tytułu

PL

Struktura i właściwości stopów żelaza o różnym składzie chemicznym po borowaniu dyfuzyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the paper was to test how the content of carbon and alloying elements in steels influence the structure and properties of boronized layers. The following grades of steels were used during the tests: C45, C99U, 41Cr4, 42CrMo4, 45SG, 50HS, 60G, and 102Cr6. In the process of boronizing, the two-phase layer of borides of FeB and Fe2B were obtained on the tested steels with a hardness from 1900 HV0.1 for boride FeB to 1600 HV0.1 for Fe2B, irrespective of the chemical composition of the core/substrate. As the content of carbon and alloying elements in steels increase, the structure of borides becomes more compact, and the needles are thicker. The richer in alloying elements the core and the more carbon in steel, the thinner is the boride layer. After boronizing, the layer of FeB and Fe2B with a thickness of approx. 110 μm for C45 steel to approx. 90 μm for 102Cr6 steel was obtained. The test results indicate that the brittleness of borides increases in steels with the addition of Cr, and it decreases in steels containing Si and Mn. The highest wear resistance was obtained in steel 102Cr6.

PL

Zbadano wpływ zawartości węgla i dodatków stopowych w stali na strukturę i właściwości warstw borowanych. Do badań zastosowano stale: C45, C99U, 41Cr4, 42CrMo4, 45SG, 50HS, 60G i 102Cr6. W procesie borowania na badanych stalach uzyskano dwufazową warstwę borków żelaza FeB i Fe2B o twardości ok. 1900 HV0.1 dla borku FeB i 1600 HV0.1 dla Fe2B, niezależnie od składu chemicznego podłoża. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali oraz dodatków stopowych struktura borków jest bardziej zwarta, igły są grubsze. Im bogatsze jest podłoże w dodatki stopowe i im więcej węgla w stali, tym warstwa jest cieńsza. Po borowaniu otrzymano warstwę borków żelaza FeB-Fe2B o grubości od ok. 110 μm dla stali C45 do ok. 90 μm dla stali 102Cr6. Z przeprowadzonych badań wynika, że kruchość warstw borków rośnie dla stali z dodatkiem Cr, a maleje dla stali zawierających Si oraz Mn. Najwyższą odporność na zużycie uzyskano w stali 102Cr6.

Słowa kluczowe

EN

boronizing; microstructure; hardness; fracture brittleness; frictional wear resistance

PL

borowanie; mikrostruktura; twardość; kruchość; zużycie przez tarcie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 5
• Strony: 65--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Pertek-Owsianna A.

• State University of Applied Science in Konin, Faculty of Engineering, Kard. S. Wyszyński Street 35, 62-510 Konin, Poland

Bibliografia

• 1. Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2000.
• 2. Pertek-Owsianna A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymywanych w procesie borowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.
• 3. Pertek-Owsianna A.: Wpływ naprężeń własnych po borowaniu na właściwości stali konstrukcyjnej 41Cr4, Komisja Inżynierii Powierzchni PAN Oddział w Poznaniu – w druku.
• 4. Wierzchoń T., Bieliński P., Sikorski K.: Formation and properties of multicomponent and composite borided layers on steel. Surface&Coatings Technology 73 (1995) 269–273.
• 5. Pertek-Owsianna A.: Diffusion and laser boriding of machine parts and tools. Surface Engineering Poland 4 (2010) 28–34.
• 6. Üçisik A.H, Bindal C.: Fracture toughness of boride formed on low-alloy steels. Surface & Coatings Technology, 94–95 (1997), 561–565.
• 7. Sen S., Ozbek I., Sen U., Bindal C.: Mechanical behavior of borides formed on borided cold work tool steel. Surface & Coatings Technology, 135 (2001), 173–177.
• 8. Bindal C., Üçisik A.: Characteriziation of borides formed on impurity-controlled chromium-based low alloy steels. Surface & Coatings Technology 122 (1999), 208–213.
• 9. Sen U., S. Sen S., Koksal S., Yilmaz F., Fracture toughness of borides formed on boronized ductile iron”. Materials and Design 26 (2005), 175–179.
• 10. Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W.: Microstructure of laser boronized nodular iron. Surface & Coatings Technology 205 (2010), 2542–2545.
• 11. Fei Xie, Xiao-juan Wang, Jian-wei Pan: Accelerate pack boriding with reused boriding media by simultaneously employing Al and alternating current field. Vacuum 141 (2017), 166–169.
• 12. Piasecki A., Kulka M., Kotkowiak M.: Wear resistance improvement of 100CrMnSi6-4 bearing steel by laser boriding using CaF2 self-lubricating addition. Tribology International 97 (2016), 173–191.
• 13. Carrera-Espinozaa R., Figueroa-López U., Martínez-Trinidad J., Campos-Silva I., Hernández-Sánchez E., Motallebzadehd A.: Tribological behavior of borided AISI 1018 steel under linear reciprocating sliding conditions. Wear 362–363 (2016), 1–7.
• 14. Makuch N., Kulka M.: Fracture toughness of hard ceramic phases produced on Nimonic 80A-alloy by gas boriding. Ceramics International 42 (2016), 3275–3289.
• 15. Makuch N., Kulka M., Keddam M., Taktak S., Ataibis V., Dziarski P.: Growth kinetics and some mechanical properties of two-phase layers produced on commercially pure titanium during plasma paste bonding. Thin Solid Films 626 (2017), 25–37.
• 16. Chicot D., A. Pertuz A., Routed F., Staia M.H., Lesage J.: New developments for fracture toughness determination by Vickersa indentation. Materials Science and Technology 20 (2004), 877–884.
• 17. Kusik I.: Wpływ dodatków stopowych w stali konstrukcyjnej na strukturę i właściwości gradientowych warstw borowanych. Praca dyplomowa magisterska pod kierunkiem Pertek-Owsianna A., Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska, Poznań 2006.
• 18. Pertek-Owsianna A., Wiśniewski K.: Właściwości aplikacyjne borowanej stali konstrukcyjnej. Inżynieria Powierzchni 3 (2007), 75–78.
• 19. Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A.: Influence of boronizing on microstructure and selected properties of constructional steel. Journal of Research and Application in Agricultural Engineering 58(2013), 147–150.
• 20. Burakowski T.: Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchni. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom 2004.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).