The magnetic properties of steel after the gas nitriding process

• Autorzy: Michalski J. , Fuks H. , Kaczmarek S. M. , Leniec G. , Kucharska B. , Wach P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2017.4.3

Warianty tytułu

PL

Właściwości magnetyczne stali po procesie azotowania gazowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the relationship between the chemical composition of the steel balls, their size and parameters of the nitriding process and magnetic properties defined in the study by EPR and SQUID. The balls made form non-alloyed AISI 1085 and alloyed AISI 420-C steels were investigated. At resonance spectra for both steels before the nitriding process, the resonance signal only existed for two magnetic induction values, 400 mT and 650 mT. This values are untypical because for magnetic centres in the form of iron ions, the expected EPR signal occurs usually in magnetic fields of approx. 340 mT, when the spectrometers operates in the so called microwave X band. This abnormality presumed that the resonance signals did not originate from isolated ions, but instead from magnetically more complex systems, e.g. Fe–Fe pairs or iron clusters, while the observed EPR line position is normally even lower and occurs for a magnetic induction below 200 mT. The fact, that the magnetic centres not had the nature of isolated Fe ions, additionally confirmed the abnormal increase in resonance signal intensity as a function of temperature, which is a behaviour inconsistent with the Curie-Weiss law. After nitriding the AISI 420-C steel in the Nx1021(580/600°C) process, the resonance line became distinctly wider and shifts towards greater magnetic induction values. After nitriding at a lower temperature (the Nx1025(490/520°C process), the resonance lines shifted towards greater magnetic induction values, but, at the same time, the line became more symmetric, closer to the shape of the Lorentz function derivative. The results obtained from measurements by the SQUID method, recording variations in magnetization as a function of temperature, confirm the untypical reinforcement of the magnetic conditions of the samples with the increase in temperature. For the samples tested, the magnetization was relatively weaker, when the tests were conducted in a stronger magnetic field.

PL

Podczas tworzenia się warstwy azotowanej na stali zmianom ulegają jej właściwości elektryczne (przewodność) oraz magnetyczne, wśród których najbardziej czułe na zmiany fazowe i strukturalne azotowanej stali są względna przenikalność magnetyczna i natężenie pola koercji magnetycznej. W pracy podjęto się zbadania relacji pomiędzy składem chemicznym, rozmiarem i parametrami procesu azotowania stalowych kulek a ich właściwościami magnetycznymi.

Słowa kluczowe

EN

gas nitriding; magnetism of nitrides; steel balls

PL

azotowanie gazowe; warstwa azotowana; właściwości magnetyczne; rezonans magnetyczny EPR; skład fazowy; mikrostruktura

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 38, nr 4
• Strony: 170--176
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Michalski J.

• Institute of Precision Mechanics
• Warsaw University of Life Sciences – SGGW

autor

Fuks H.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin

autor

Kaczmarek S. M.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin

autor

Leniec G.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin

autor

Kucharska B.

• Czestochowa University of Technology

autor

Wach P.

• Institute of Precision Mechanics

Bibliografia

• 1. Nagakubo M., Naoe M.: Synthesis and magnetic properties of iron nitride thin films by double ion beam sputtering. Materials Science and Engineering 99 (1–2) (1988) 23÷26.
• 2. Michalski J., Wach P., Tacikowski J., Dobrodziej J., Ratajski J.: Azotowanie gazowe – możliwości i przykłady wykorzystania w procesach technologicznych dla małych i średnich przedsiębiorstw. [Gas nitriding – possibilities and examples of using in engineering processes for small and medium-size enterprises]. Inżynieria Powierzchni 2 (2008) 9÷18.
• 3. Betiuk M., Michalski J., Tacikowski J., Łataś Z.: Pomiary grubości warstwy azotków żelaza. [Measurements of iron nitride layer thickness]. Inżynieria Powierzchni 2 (2014) 60÷65.
• 4. Cullity B. D.: Elements of X-ray diffraction. Addison–Wensley Publishing Company, Massachusets (1956).
• 5. Skrzypek S. J., Witkowska M., Kowalska M., Chruściel K.: Zastosowanie nieniszczących dyfrakcyjnych metod rentgenowskich do charakteryzowania stanu struktury materiałów. [The use of non-destructive X-ray diffraction methods for characterizing the material structure state]. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 79 (4) (2012) 238÷246.
• 6. Delhez R., Keiser Th. H., Mittermeijer E. J.: The role X-ray diffraction analysis In surface engineering: investigation of microstructure of nitrided iron and steel. Surface Engineering 3 (1987) 331÷342
• 7. Michalski J., Sułkowski I., Tacikowski J., Wach P.: Azotowanie wydzieleniowe wysoko obciążonych części maszyn ze stali stopowych. [Precipitation nitriding of high-loaded alloy steel machine parts]. Inżynieria Powierzchni 2 (2004) 22÷29.
• 8. Meka S. R., Bischoff E., Schacherl R. E.: Unusual nucleation and growth of γ′ iron nitride upon nitriding Fe–4.75 at. % Al alloy. Philosophical Magazine 92 (9) (2012) 1083÷1105.
• 9. Muralidhara R. S., Kesavulu C. R., Rao J. I., Anavekar R. V., Chakradhar R. P. S.: EPR and optical absorption studies of Fe3+ ions in sodium borophosphate glasses. Journal of Physics and Chemistry in Solids 71 (2010) 1651÷1655.
• 10. Kedam M., Dejeghal M. E., Barrallier L.: A simple diffusion model for the growth kinetics of γʹ iron nitride on the pure iron substrate. Surface Science 242 (2005) 369÷374.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).