Wpływ dodatków stopowych na profil stężenia węgla w wybranych gatunkach stali niskostopowych nawęglanych próżniowo

• Autorzy: Dybowski K. , Kula P. , Kowalczyk P. , Jakubowski K. , Januszewicz B.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.18

Warianty tytułu

EN

The influence of alloy elements on the carbon concentration profile in selected low-alloy steels subjected to vacuum carburizing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dodatki stopowe obecne w stalach poddawanych nawęglaniu mają wpływ na kinetykę tego procesu. Doniesienia literaturowe bazują na wynikach badań zrealizowanych w procesach konwencjonalnego nawęglania gazowego, w których potencjał węglowy atmosfery zwykle nie przekracza 1%. W nawęglaniu niskociśnieniowym (próżniowym) potencjał węglowy atmosfery jest znacznie większy (przekracza graniczną rozpuszczalność węgla w austenicie). Aby w pełni wykorzystać ten potencjał stosuje się podział procesu na fazy nasycania, w których dozuje się atmosferę nawęglającą do komory pieca i fazy wyżarzania bez dozowania atmosfery obróbczej (tzw. fazy dyfuzji). W trakcie nasycania następuje przesycanie warstwy wierzchniej stali węglem i wydzielanie węglików, natomiast w fazie dyfuzji ich rozpuszczanie. W jednej i drugiej fazie procesu zachodzi równocześnie dyfuzyjny transport węgla od powierzchni do rdzenia stali. Przebieg procesu nawęglania próżniowego ma bardziej złożony charakter niż tradycyjnego nawęglania gazowego. Udział w przebiegu poszczególnych faz tego procesu mają również dodatki stopowe obecne w nawęglanej stali. Z tego wynika zasadność przeprowadzonych w tej pracy badań. W artykule przedstawiono wpływ dodatków stopowych w stalach niskostopowych przeznaczonych do nawęglania na konstytuowanie się profilu stężenia węgla podczas nawęglania niskociśnieniowego oraz tworzenie i rozpuszczanie węglików. Przedstawiono również wpływ dodatków na ilość wprowadzanego do stali węgla podczas procesu, jak również aktywność węgla w austenicie i współczynnik dyfuzji.

EN

The additives occur at case-hardening steels influence on kinetics of the carburizing process. Reports in the lecture based on the results of research carried out in a conventional gas carburizing, where the carbon potential of carburizing atmosphere is usually less than 1%. At the low pressure carburizing (vacuum carburizing) the carbon potential of carburizing atmosphere is much higher (exceeding the solubility of carbon in austenite phase). To fully exploit the potential is used two step process contained saturation and annealing stage. In the saturation phase the carburizing atmosphere is dispensed into the furnace chamber and the annealing stage without the addition of the treating atmosphere is called diffusion phase. During saturation occurs solutioning the surface of the steel with carbon and recreation of carbides, while the diffusion phase dissolution of carbides. In both phases of the process takes place at the same time diffusive transport of carbon from the surface to the core of steel. As can be seen vacuum carburizing process is more complex than traditional gas carburizing. Participation in the course of the various phases of this process has the additives occur in the carburizing steel. It follows that the merits carried out in this article studies. The article presents the influence of alloy elements in low alloy steels designed for carburizing, for the constitution of carbon concentration profile during low pressure carburizing, the formation and dissolution of carbides. The paper also shows the effect of additives on the amount of carbon introduced during the process, the carbon activity in austenite, and the diffusion coefficient.

Słowa kluczowe

PL

nawęglanie próżniowe; stal do nawęglania; gradient stężenia węgla; dodatki stopowe; kinetyka procesu; nawęglanie niskociśnieniowe

EN

vacuum carburizing; case-carburizing steels; carbon concentration profile; alloy elements; kinetics; low pressure carburizing

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 439--443
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dybowski K.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Kula P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Kowalczyk P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Jakubowski K.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Januszewicz B.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Nobili L., Cavallotti P., Pesetti M.: Gas-carburizing kinetics of a low-alloy steel. Metallurgical and Materials Transactions A 41 (2010) 460÷469.
• [2] Kula P., Pietrasik R., Dybowski K.: Vacuum carburizing — process optimization. Journal of Materials Processing Technology 164-165 (2005) 876÷881.
• [3] Kula P., Dybowski K., Wolowiec E., Pietrasik R.: „Boost-diffusion” vacuum carburising — process optimization. Vacuum 99 (2014) 175÷179.
• [4] Buchholz D., Khan R. U., Bajohr S., Reimert R.: Computational fluid dynamics modelling of acetylene pyrolysis for vacuum carburizing of steel. Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 1130÷1137.
• [5] Buchholz D., Khan R. U., Graf F., Bajohr S., Reimert R.: Simulation of pyrolysis and surface reactions of acetylene at low pressure carburizing conditions of steel. Haerterei-Technische Mitteilungen 63 (2) (2008) 75÷83.
• [6] Khan R. U., Bajohr S., Graf F., Reimert R.: Modelling of acetylene pyrolysis under vacuum carburizing conditions of steel in a tubular flow reactor. Molecules 12 (3) (2007) 290÷296.
• [7] Gorockiewicz R.: The kinetics of low-pressure carburizing of alloy steels. Vacuum 86 (2011) 448÷451.
• [8] Liu L. D., Chen F. S.: Super-carburization of low alloy steel in a vacuum furnace. Surface and Coatings Technology 183 (2004) 233÷238.
• [9] Kula P., Korecki M., Pietrasik R., Stańczyk-Wołowiec E., Dybowski K., Kołodziejczyk Ł., Atraszkiewicz R., Krasowski M.: FineCarb® — the flexible system for low pressure carburizing. New options and performance, The Japan Society for Heat Treatment (2009) 133÷136.
• [10] Ikehata H., Tanaka K., Takamiya H., Mizuno H.: Effect of chemical compositions of case hardening steels for distribution of carbon and cementite during vacuum carburizing. Tetsu-to-Hagané 97 (2011) 123÷129.
• [11] Lee-Der Liu, Fan-Shiong Chen: The influences of alloy elements on the carburized layer in steels using vacuum carburization in an acetylene atmosphere. Materials Chemistry and Physics 82 (2003) 288÷294.
• [12] Khan R. U., Bajohr S., Buchholz D., Reimert R., Minh H. D., Norinaga K., Janardhanan V. M., Tischer S., Deutschmann O.: Pyrolysis of propane under vacuum carburizing conditions: An experimental and modeling study. J. Anal. Appl. Pyrolysis 81 (2008) 148÷156.
• [13] Wołowiec E., Kula P., Kołodziejczyk Ł., Dybowski K.: Mathematical modelling the vacuum carburizing process. Thermal Processing for Gear Solutions 3-4 (2014) 34÷40.
• [14] Kula P., Olejnik J., Kowalewski J.: Smart control system optymizes vacuum carburizing process. Industrial Heating 10 (2003) 99÷102.
• [15] Bepari M. M. A., Shorowordi K. M.: Effects of molybdenum and nickel additions on the structure and properties of carburized and hardened low carbon steels. Materials Processing Technology 155-156 (2004) 1972÷1979.
• [16] Rowan O. K., Sisson R. D.: Effect of alloy composition on carburizing performance of steel. Journal of Phase Equilibria and Diffusion 30 (2009) 235÷241.
• [17] Hwang J.-I., Melville A. T., Jhee T.-G., Kim Y.-K.: Equilibration of plain carbon and alloy steels with endothermic carburizing atmospheres: Part I. Activity of carbon in plain carbon steels. Materials and Materials International 15 (2009) 159÷173.
• [18] Ikehata H., Tanaka K., Takamiya H., Mizuno H.: Modelling of growth and dissolution of grain boundary cementite in vacuum carburizing process. Solid State Phenomena 172-174 (2011) 1177÷1182.
• [19] Hashimoto K., Tanaka T., Nishimori H., Hiraoka K.: Grain growth property of Ti-modified carburizing steels. SAE paper 2005-01-0985 (2005).
• [20] Tanaka T., Fujimatsu T., Hashimoto K., Hiraoka K.: Austenite grain stability of titanium-modified carburizing steel. Solid State Phenomena 118 (2006) 3÷8.
• [21] Ureshino Y., Nakano O., Fukuda J., Fujiwara T.: Development of new alloy steel for high temperature low pressure carburizing. SAE paper 2000- 01-2000 (2002).
• [22] European Patent No.: EP1558780 (2007), United States Patent No.: US 7513958 (2009), Kula P., Olejnik J., Heilman P.
• [23] Tibbetts G. G.: Diffusivity of carbon in iron and steels at high temperatures. J. Appl. Phys. 51 (9) (1980) 4813÷4816.
• [24] AWT-Fachausschuss 5, Arbeitskreis 4 (Hrsg.): Die Prozessregelung beim Gasaufkohlen und Einsatzhärten, Expert Verlag, Renningen-Malmsheim (1997).