Mikrostruktura i właściwości mechaniczne stali manganowo-chromowo-molibdenowych o zawartości 0,8%C

• Autorzy: Chudzik-Poliszak Edyta , Sułowski Maciej

Identyfikatory

DOI

10.15199/67.2019.3.2

Warianty tytułu

EN

Microstructure and mechanical properties of Mn-Cr-Mo-0.8%C PM steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wpływ parametrów spiekania na mikrostrukturę oraz własności mechaniczne spiekanych stali manganowo-chromowo- molibdenowych zawierających 0,8% węgla. Do badań wykorzystano komercyjne stopowe proszki żelaza Höganäs Astaloy CrL i Astaloy CrM. Założoną zawartość węgla uzyskano poprzez dodatek proszku grafitu typu „ultra fine” (C-UF, Höganäs). Nośnikiem manganu był proszek żelazomanganu Elkem o zawartości 89%Mn i 1,18%C, wyprodukowany przez firmę Eramet Comilog Manganese o wielkości cząstek poniżej 40μm. Proszki wyjściowe były mieszane w mieszalniku Turbula przez 30 min. Z przygotowanych mieszanek proszków, metodą prasowania jednostronnego, w sztywnej matrycy wykonane zostały wypraski, które poddano spiekaniu w temperaturze 1250°C przez 60 min. Przewidziano dwa warianty spiekania. Pierwszy z nich realizowano w atmosferze o składzie 5%H2-95%N2. Drugi wariant polegał na spiekaniu sprasowanych kształtek bez udziału żadnej atmosfery ochronnej. Za ochronę kształtek przed utlenieniem, jak również za redukcję tlenków znajdujących się w wypraskach odpowiedzialny był mangan, pochodzący z żelazomanganu znajdującego się razem ze sprasowanymi kształtkami w stalowej łódce. W tym przypadku wykorzystane zostało zjawisko opisane przez Salaka, polegające na tzw. efekcie „self-getteringu”. Dla obu wariantów spiekania, szybkość nagrzewania i chłodzenia wynosiła odpowiednio 75°C i 60°C/min. Po spiekaniu część próbek została odpuszczona w powietrzu w temperaturze 200°C przez 60 min. W celu określenia wpływu parametrów wytwarzania na strukturę i własności mechaniczne, kształtki zostały poddane badaniom mechanicznym oraz metalograficznym. Wszystkie stale charakteryzowały się strukturą bainityczną i/lub bainityczno/martenzytyczną. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że najwyższymi własnościami mechanicznymi charakteryzowały się stale o składzie Fe-3%Mn-3%Cr-0,5%Mo-0,8%C, wykonane na bazie proszku stopowego Astaloy CrM, spiekane w atmosferze o składzie 5%H2-95%N2 i odpuszczone. Ich wytrzymałość na rozciąganie, umowna granica plastyczności R0,2, wydłużenie oraz wytrzymałość na zginanie wynosiły odpowiednio: 708MPa, 399 MPa, 2,76% oraz 1927 MPa.

EN

Two Höganäs pre-alloyed iron powders Astaloy CrL and Astaloy CrM, 3%Mn (as ferromanganese) and 0.8%C in the form of C-UF graphite were the starting powders. The powders were mixed in a Turbula T2C mixer for 30 minutes, pressed in a steel die to “dog bone” samples and sintered at 1250°C for 60 minutes in the mixture of 5%H2-95%N2 and within a semi-closed boat containing 56 g of FeMn lumps. Heating and cooling rates (in both cases) were 75°C and 60°C/min, respectively. After sintering, some of the samples were tempered in air at 200°C for 60 minutes The specimens were tested in tension and bending and metalographically examined. All the steels were characterised by bainitic and/or bainitic/martensitic structures. The best mechanical properties were obtained for Astaloy CrM-based steel: Fe-3%Mn-3%Cr-0,5%Mo-0,8%C sintered in the atmosphere of 5%H2-95%N2 and tempered: R0,2 yield offset 399 MPa, UTS 708 MPa, A 2,76 % and TRS 1927 MPa.

Słowa kluczowe

PL

stale spiekane; dodatki stopowe; obróbka cieplna; właściwości mechaniczne; mikrostruktura

EN

sintered steels; alloying elements; heating treatment; mechanical properties; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 64, nr 3
• Strony: 10--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chudzik-Poliszak Edyta

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sułowski Maciej

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Blicharski Marek. 2001. Wstęp do inżynierii materiałowej. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• [2] Bowe Donald, Kerry Berger, James Marsden, Duwakar Garg. 1995. “Optimization of nitrogen/hydrogen sintering atmosphere composition for carbon steel". The International Journal of Powder Metallurgy 31 (1): 2-935.
• [3] Chudzik Edyta, Maciej Sułowski, Marta Ciesielka. 2013. "Własności mechaniczne i mikrostruktura spiekanych stali Mn-Cr-Mo o podwyższonej zawartości węgla". Rudy i Metale Nieżelazne 58 (6): 326- 332.
• [4] Ciaś Andrzej, Hanna Frydrych, Tadeusz Pieczonka. 1992. Zarys metalurgii proszków. Warszawa: Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne.
• [5] Ciaś Andrzej, Maciej Sułowski, Stephen C. Mitchell, Andrzej Wronski. 2001. Sinter hardening of Fe-Mn- C steels. W Materiały Konferencyjne European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy, Nice, France, 4: 246- 251.
• [6] Ciaś Andrzej, Stephen C. Mitchell, Krzysztof Pilch, Halina Ciaś, Maciej Sułowski, Andrzej Wronski. 2003. “Tensile properties of Fe-3Mn-0·6/ 0·7C steels sintered in semiclosed containers in dry hydrogen, nitrogen and mixtures thereof". Powder Metallurgy 46 (2): 165- 170.
• [7] Dobrzański Adam Leszek. 1996. Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• [8] https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/powder -metallurgy-market (dostęp 18.01.2019).
• [9] “Höganäs iron and steel powders for sintered components". 1998. Wydawnictwo Höganäs AB.
• [10] Igras Łukasz, Maciej Sułowski. 2006. "Wpływ temperatury spiekania i składu chemicznego atmosfery na strukturę i własności mechaniczne spiekanych stali konstrukcyjnych na bazie proszku Astaloy CrL i CrM". Rudy i Metale Nieżelazne 51(11): 686-694.
• [11] Klamka Piotr, Maciej Sułowski. 2006. "Wpływ zawartości węgla na strukturę i własności mechaniczne spiekanych stali konstrukcyjnych na bazie proszku Astaloy CrL i CrM". Rudy i Metale Nieżelazne 51 (12): 754- 766.
• [12] Malkiewicz Tadeusz. 1978. Metaloznawstwo stopów. Łódź: Wydawnictwo II, PWN.
• [13] Missol Witold. 1978. Spiekane części maszyn. Katowice: Wydawnictwo Śląsk.
• [14] Mitchell Stephen, Andrzej Wronski, Andrzej Ciaś, Marin Stoytchev. 1999. Microstructure and mechanical properties of Mn-Cr-Mo-C steels sintered at>1140C. W Materiały konferencyjne Advances in Powder Metallurgy and particulate materials, Princeton, NJ, MPIF, 3: 129- 134.
• [15] MPIF Standard 35, MPIF, New Jersey, Princeton, 2016.
• [16] Pilch Krzysztof. 2002. Wpływ składu atmosfery spiekania na własności spiekanych stali manganowych. Kraków: AGH. [pr. magisterska].
• [17] Przybyłowicz Karol. 1994. Metaloznawstwo. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo- Techniczne.
• [18] Sułowski Maciej, Andrzej Ciaś. 1998. “Effect of processing variables on mechanical properties of sintered manganese steels Fe-3%Mn-0.8%C". Inżynieria Materiałowa 4 (105): 1179- 1182.
• [19] Sułowski Maciej. 1999. "Analiza wpływu procesu wytwarzania oraz rodzaju zastosowanych proszków elementarnych na strukturę spieków żelazo-mangan-węgiel". Rudy i Metale Nieżelazne 44 (1): 509- 515.
• [20] Sułowski Maciej. 2003. Struktura i własności mechaniczne konstrukcyjnych spieków żelazo-mangan-węgiel. Kraków: AGH. [pr. doktorska].
• [21] Tenerowicz-Zaba Monika, Maciej Sulowski. 2018. "A comparison of mechanical properties and microstructures of PM steels with chemical compositions Fe-(1-3)%Mn-0.8%C". Science of Sintering 50 (4): 457- 466.
• [22] Wroński Andrzej, Andrzej Ciaś, Paul Barczy, Marin Stoytchev. 1998. Tough, fatigue and wear resistance sintered gear wheels. Final Report on EU Copernicus Contract no ERB CIPA-CT94-0108, European Commission.
• [23] Wyrozumski Jacek. 2000. Wpływ warunków wytwarzania na strukturę i własności spiekanych stali Fe-3%Mn-0,7%C. Kraków: AGH. [pr. magisterska].
• [24] Zapf George, Günter Hoffman, Kristian Dalal. 1975. "Effect of additional alloying elements on the properties of sintered manganese steels". Powder Metallurgy 18 (35): 214- 236.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).