Analiza przełomów spiekanych stali Fe-Mn-Cr-Mo-C w zależności od parametrów wytwarzania

• Autorzy: Tenerowicz M. , Sułowski M.

Warianty tytułu

EN

The fracture analysis of Fe-Mn-Cr-Mo-C PM steels depend upon their processing parameters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań fraktograficznych i metalograficznych spiekanych stali Fe-Mn Cr-Mo-C wykonanych metodą metalurgii proszków. Proszkami wyjściowymi były stopowe proszki żelaza Astaloy CrL (1,5%Cr, 0,2%Mo) i Astaloy CrM (3%Cr, 0,5%Mo), proszek żelazomanganu niskowęglowego (89%Mn, 1,18%C) i proszek grafitu C-UF. Z proszków wyjściowych, w mieszalniku Turbula przez 30 min, przygotowane zostały mieszanki proszków o następującym składzie chemicznym: Fe-3%Mn-1,5%Cr-0,2%Mo-0,7%C oraz Fe-3%Mn-3%Cr-0,5%Mo-0,7%C. Z przygotowanych mieszanek proszków, sprasowano kształtki prostopadłościenne o wymiarach 5 × 10 × 55 mm, oraz zgodne z PN EN ISO 2740, które następnie poddano spiekaniu w atmosferze będącej mieszaniną wodoru i azotu o składzie 5%H2-95%N2 lub w powietrzu. Spiekanie próbek odbywało się w półhermetycznej łódce w temperaturze 1120 oraz 1250 °C przez 60 min. Badania metalograficzne spiekanych stali przeprowadzono na zgładach wytrawionych 3 % nitalem. W wyniku badań metalograficznych stwierdzono obecność w stali, jako składników strukturalnych, austenitu, martenzytu oraz bainitu. Badania faktograficzne spiekanych stali zostały wykonane przy wykorzystaniu mikroskopu skaningowego JEOL JSM 700F wyposażonego w przystawkę EDS. Badania metalograficzne oraz analiza przełomów spiekanych stali zostały uzupełnione o analizę składu chemicznego spieków z wykorzystaniem analizatorów LECO CS-125 oraz LECO TS-336. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że aby otrzymać stal o takim składzie chemicznym, ale o lepszych własnościach, proces spiekania powinien być prowadzony w temperaturze wyższej niż 1250 °C, w celu zapobieżenia tworzeniu tlenków manganu. Jeśli mangan będzie łączył się z tlenem, wzrośnie twardość stali przy jednoczesnym obniżeniu własności plastycznych. Wiąże się to również z tym, że rozpuszczanie oraz rozmieszczenie cząstek żelazomanganu zależne jest od temperatury spiekania. Innym sposobem na zmniejszenie ilości przełomu kruchego w tej stali mogłoby być obniżenie zawartości manganu do poziomu 1 %. Z uwagi na wysoką prężność par manganu, pierwiastek ten ma wpływ na wielkość porów; w niższej temperaturze spiekania i przy niższej zawartości węgla w stali pojawiają się większe pory. Mikrostruktura spiekanych stali Fe-Mn-Cr-Mo-C zależna jest od zawartości węgla i temperatury spiekania. Przy niższej zawartości węgla w stali, jej przełom charakteryzuje się obecnością płytkich zagłębień. Obecność chromu w spiekanej stali również wpływa na charakter jej przełomu — obserwuje się wiele małych obszarów mających charakter przełomu kruchego.

EN

In this paper the results of fractographic and metallographic investigation of sintered Fe-Mn-Cr-Mo-C steels are presented. Pre-alloyed iron powders Astaloy CrL (1.5%Cr, 0.2%Mo) and Astaloy CrM (3%Cr, 0.5%Mo), ferromanganese powder (89%Mn, 1.18%C) and graphite powder C-UF has been used as the basic powders. From those powders using Turbula mixer for 30 min, powder mixtures consist of Fe-3%Mn-1.5%Cr-0.2%Mo-0.7%C and Fe-3%Mn-3%Cr 0.5%Mo-0.7%C were prepared. From powders mixture two types of specimens were pressed: rectangular 5 × 10 × 55 mm, rupture test bars and ISO 2740 tensile test bars. Following pressing in the rigid dies, samples were sintered at 1120 or 1250 °C for 60 minutes in the air and in hydrogen-nitrogen mixture with 5:95 ratio. The metallographic investigations of PM steels were carried out on 3 % nital etched samples using light optical (LOM) and SEM microscopies, respectively. The fractographic investigations of sintered steels have been carried out using JEOL JSM 700F microscope equipped in EDX. Fractographic and metallographic research have been supported by chemical analyses using LECO CS-125 and LECO TS-336 analysers. From the investigations can be pointed out that to obtain better steel quality by using these chemical composition, sintering should be excused in higher temperature than 1250 °C. In that case manganese would not be connected with oxygen. If manganese connect with oxygen, hardness of steel increase, but plasticity decrease. This is due to fact, that distribution of FeMn compound depends on sintering temperature. The other way to minimalize the quantity of brittle fracture in sintered steel is to reduce the manganese concentration to 1 %. Presence of manganese has influence on the size of pores. After distribution of ferromanganese in lower temperatures and lower amount of carbon, bigger pores appears. Microstructure of sintered Fe-Mn-Cr-Mo-C steel is controlled by quantity of carbon and sintering temperature. Where was lower amount of carbon the shallow dimples were observed. Up to 0.8 % of carbon, material has better properties. When chromium is added to sintered steel the material has lots of small cleavages. This element also neutralized the negative influence of nitrogen on material strength.

Słowa kluczowe

PL

faktografia; spiekane stale Fe-Mn-Cr-Mo-C; metalografia; przełom

EN

fractography; sintered Fe-Mn-Cr-Mo-C steels; metallography; fracture

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 59, nr 8
• Strony: 399--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tenerowicz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sułowski M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Dudrova E., Kabatova M.: Fractography of Fatigue. Powder Metallurgy Training Course, Germany 3-11 September 2005, EMPA.
• 2. Dudrova E.: Fractures & Fractography. Powder Metallurgy Training Courses 2008 — Design and Capabilities of P M Components and Materials, Acqui Terme, Italy 21-29 June 2008, EPMA.
• 3. Dudrova E., Kabatova M.: Fractography of fatigue. Powder Metallurgy Training Courses — Design and Capabilities of P M Components and Materials, Aachen, Germany 3-11 September 2005, EPMA.
• 4. Dudrova E., Kabatova M.: Fractography of sintered iron and steels: A review. Powder Metallurgy Training Course, Italy, Torino, January, 2005.
• 5. Kabatova M., Dudrova E., Wronski A. S.: Microcrack nucleation, growth, coalescence and propagation in the fatigue of a powder metallurgy steel”, Fatigue&Fracture of Engineering Materials & Structure, 2009, vol. 32, no. 3, March 2009, p. 214-222.
• 6. Ciesielka M., Cygan S., Sułowski M.: Własności mechaniczne i mikrostruktura spiekanych stali konstrukcyjnych obrabianych cieplnie. Rudy Metale 2012, t. 57, nr 2, s. 609-614.
• 7. Ciesielka M., Gac P., Sułowski M.: Własności mechaniczne i mikrostruktura spiekanych stali o zawartości 3 % M n, 3 % Cr i 0,5 % Mo obrabianych cieplnie. Rudy Metale 2012, t. 57, nr 10, s. 712-717.
• 8. Cias A., Mitchell S. C., Pilch K., Cias H., Sulowski M., Wronski A. S.: Tensile properties of Fe-3Mn-0.6/0.7C steels sintered in semi-closed containers in dry hydrogen, nitrogen and mixtures thereof. Powder Metallurgy, 2003, vol. 46, no. 2, pp. 165-170.
• 9. Sułowski M.: Struktura i własności konstrukcyjnych spieków żelazo-mangan-węgiel. Kraków, AGH, 2003 [pr. doktorska].
• 10. Tenerowicz M.: Analiza przełomów spiekanych stali Fe-Mn-Cr-Mo-C w zależności od parametrów wytwarzania. AGH, Kraków, 2013 [pr. inżynierska].