Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical Properties and Microstructure of PM Mn-Cr-Mo Steels With Low Carbon Concentration

Lichańska E., Sułkowski A., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

109--114

EN

The effect of chemical composition of the sintering atmosphere on the microstructure and mechanical properties of PM structural low-carbon steels is presented. The base powders were Astaloy CrL, Astaloy CrM, low carbon ferromanganese and graphite C-UF. From the base powders two mixtures with compositions of Fe-3%Mn-(1.5/3%)Cr-(0.2/0.5)%Mo-0.2%C were prepared. Following pressing in a steel rigid die, compacts were sintered at 1250°C for 60 min in a semi-closed container. 5%H2-95%N2 mixture and air were the sintering atmospheres. For sintering in air, lumps of ferromanganese were placed with the compacts in the container. After sintering, half of the samples were tempered at 200°C for 60 minutes in air. Mechanical tests (tensile, bend, toughness, hardness) and microstructural investigations were performed. The microstructures of the steels were inhomogeneous, mainly ferritic-bainic. Tempering of steel based on Astaloy CrM sintered in an atmosphere of 5% H2-95% N2 slightly reduced tensile strength and toughness: from 748 to 734 MPa and from 7.15 to 6.83 J/cm2, respectively. Chemical composition had a greater effect; steels based on Astaloy CrL and Astaloy CrM had tensile strengths 526-665 and 672-748 MPa, hardness 280-325 and 388-421 HV, respectively. The best properties were obtained after sintering in air of Fe-3%Mn-3%Cr-0.5%Mo-0.2%C without heat treatment: tensile strength 672 MPa, toughness 6.93 J/cm2, hardness 421.1 HV, 0.2 % offset yield strength 395 MPa.

2

Fracture Statistics Using Three-Parameter and Two-Parameter Weibull Distributions for Fe-0.4C-1.5Cr-1.5Ni-0.8Mn-0.2Mo Structural Sintered Steel

Fiał C., Ciaś A., Czarski A., Sułowski M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1547--1554

EN

A statistical analysis is presented of tensile and bending strengths of a porous sintered structural steel which exhibits non-linear, quasi-brittle, behaviour. It is the result of existing natural flaws (pores and oxide inclusions) and of the formation of fresh flaws when stress is applied. The analysis is by two- and three-parameter Weibull statistics. Weibull modulus, a measure of reliability, was estimated by the maximum likelihood method for specimen populations < 30. Probability distributions were compared on the basis of goodness to fit using the Anderson-Darling tests. The use of the two-parameter Weibull distribution for strength data of quasi-brittle sintered steels is questioned, because there is sufficient evidence that the 3-parameter distribution fits the data better.

3

Sinteraustempering Of Two Mo-(Cu)-(Cr)-(Ni)-(Mn)-C Steels In A Semi-Closed Container In Flowing Nitrogen

Fiał C., Dudrova E., Kabatova M., Kupkova M., Selecka M., Sułowski M., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

783--788

EN

Three types of heat treatment, sinteraustempering in 500°C, 400°C and 350°C; sinterhardening and sintering with cooling at the rate 10K/min) as the final operation, on steels sintered semi-closed container were investigated. Results of mechanical properties, microstructure investigations and fracture and EDX analyses are reported. The study involved two PM steels: DH-1 (Fe-2%Cu-1.5%Mo-0.5%C) and 34HNM (Fe-0.2%Mo-0.8%Mn-1.5%Cr-1.5Ni-0.4%C). Prealloyed Höganäs DH (Direct Hardening) iron powder and graphite powder (grade C-UF) were used to produce DH-1 steel. Prealloyed Astaloy CrL iron powder, low carbon ferromanganese, elemental nickel and graphite grade C-UF powder were the starting powders of 34HNM steel. Pressing was in rigid dies at 660MPa according to PN-EN ISO 2740 standard. After compaction, green compacts were sintered in a specially designed semi-closed container at 1120°C for 60 minutes in a nitrogen atmosphere. The chemical composition of the sintering atmosphere was modified by adding ferromanganese and/or activator into the container. All specimens were tested for tensile strength (UTS), elongation (A), yield offset strength (R0,2), TRS, apparent surface and cross section hardness (HV 30). The best combination of strength and plasticity for both steels was achieved after sinteraustempering at 500°C. The results show that, using the specially designed semi-closed container, sinteraustempering in N2 atmosphere offers the same or even better mechanical properties in comparison with sinteraustempering in vacuum. It means that sinteraustempering in N2 atmosphere is a very interesting process in terms of cost in comparison with vacuum sinteraustempering.

PL

W pracy przedstawiono wpływ trzech typów obróbki cieplnej (sinteraustempering w temperaturze 500°C, 400°C oraz 350°C, sinterhardening oraz chłodzenie po spiekaniu z prędkością 10K/min) zastosowanej dla stali wytworzonych techniką metalurgii proszków. Badania obejmowały dwie stale: DH-1 (Fe-2%Cu-1.5%Mo-0.5%C) oraz 34HNM (Fe-0.2%Mo-0.8%Mn-1.5% Cr-1.5Ni-0.4%C). Do produkcji pierwszej stali posłużył stopowy proszek żelaza Höganäs DH (Direct Hardening). W skład mieszanki drugiej stali weszły m.in. proszek żelazomanganu, stopowy proszek Astaloy CrL oraz elementarny proszek niklu. Do obu mieszanek proszku węgiel dodano w postaci proszku grafitu C-UF. Wypraski zostały przygotowane zgodnie z normą PN-EN ISO 2740, zostały one sprasowane pod ciśnieniem 660 MPa. Spiekanie (temp. 1120°C, t = 60min) oraz późniejsze operacje obróbki cieplnej odbywały się w laboratoryjnym piecu rurowym w pół-hermetycznym pojemniku z dodatkiem żelazomanganu w atmosferze azotu. Spieki poddano badaniom własności mechanicznych, badaniom mikrostruktury i faktograficznym oraz analizie EDX. W skład badań własności mechanicznych weszły: próba wytrzymałości na rozciąganie, próba odporności na trójpunktowe zginanie oraz badania twardości. Dodatkowo wyliczono wartości wydłużenia oraz umownej granicy plastyczności. Najlepszą kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych dla obu stali wykazano po obróbce sinteraustempering w temperaturze 500°C. Wyniki wskazują, że zastosowanie pół-hermetycznego pojemnika przy operacji sinteraustempering, z wykorzystaniem atmosfery N2, pozwala na uzyskanie takich samych, bądź lepszych własności mechanicznych w porównaniu do operacji sinterhardening w próżni. Pozwala to na stwierdzenie, iż sinteraustempering w atmosferze azotu okazuje się być konkurencyjnym procesem w stosunku do procesu sinterhardening w piecu próżniowym.

4

Dimensional Changes, Microstructure, Microhardness Distributions And Corrosion Properties Of Iron And Iron-Manganese Sintered Materials

Kupková M., Hrubovčáková M., Zeleňák A., Sułowski M., Ciaś A., Oriňáková R., Morovská Turoňová P., Žáková K., Kupka M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

639--642

EN

Iron samples and Fe-Mn alloys with Mn content of 25 wt.% and 30 wt.% were prepared by blending, compressing and sintering with the aim to study their dimensional changes, microstructure, microhardness distribution and primarily the electrochemical corrosion behaviour in a simulated body environment. The light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and micro-hardness measurements revealed a microheterogeneous multiphase structure of sintered Fe-Mn samples. The potentiodynamic tests have demonstrated that the corrosion rates of such Fe-Mn alloys immersed in Hank’s solution were higher than those for a pure iron, and also higher than the rates reported for homogeneous Fe-Mn alloys.

PL

Próbki żelazne oraz stopy Fe-Mn, zawierające 25 i 30% mas. Mn, przeznaczone na biomateriały, zostały przygotowane na drodze mielenia, prasowania oraz spiekania w celu zbadania ich zmian wymiarowych, mikrostruktury, rozkładu mikrotwardości oraz odporności korozyjnej w skumulowanych w warunkach laboratoryjnych, panujących w ciele człowieka. Badania z wykorzystaniem mikroskopii optycznej i skaningowej, wraz z EDX oraz pomiary mikrotwardości ujawniły mikroniejednorodność wielofazowej struktury spiekanych stopów Fe-Mn. Testy potentiometryczne wykazały, że współczynniki korozji spieków Fe-Mn były wyższe niż spieków wykonanych z czystego żelaza oraz z jednorodnych stopów Fe-Mn.

5

Wear Resistant Chromium Coatings Modified with Diamond Nanoparticles

Gidikova N., Ciaś A., Petkov V., Madej M., Sułowski M., Valov R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1513--1516

EN

Electrochemical chromium coatings on steel, modified with diamond nanoparticles (NDDS), were produced by detonation synthesis. Their particle size was from 10 to 50 nm. Galvanization conditions, current density, etc., concentration of NDDS, were studied in relation to the characteristics of the chromium coatings. The optimal conditions were determined to attain the maximal values of the physical and mechanical properties of the coating. Surface topography after wear testing was examined. Compared to unmodified chromium coating, microhardness of the surface increased to 1100 kg/mm2 , wear resistance, expressed as % of mass loss, increased from 3 to 10 times.

PL

Powłoki chromowe, wytworzone elektrochemicznie na stali, modyfikowane nanocząstkami diamentu, zostały wyprodukowane w procesie syntezy detonacyjnej. Ich wielkość czastek mieściła się w zakresie od 10 do 50 nm. W artykule przedstawiono wpływ warunków galwanizacji, gęstości katodowej prądu, koncentracji nanocząstek diamentu na grubość powłoki chromowej. Podczas badań wytypowano optymalne warunki wytwarzania, pozwalające na uzyskanie warstwy chromowej o najlepszych własnościach fizycznych oraz mechanicznych. Przeprowadzono również badania odporności na ścieranie uzyskanych warstw. Na podstawie badań stwierdzono, że w porównaniu do powłok chromowych nie modyfikowanych nanocząstkami diamentu, mikrotwardość na powierzchni wzrosła do 1100 kg/mm2 , a odporność na zużycie ścierne, wyrażona jako % ubytek masy, wzrosła od 3 do 10 razy.

6

The Microstructure and Properties of Low-Carbon PM Mn-Cr-Mo Steels Sintered under Different Conditions

Sułowski M., Ciaś A., Pieczonka T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 2

575--580

EN

The paper presents the effect of sintering conditions on the microstructure and mechanical properties of low-carbon Mn-Cr-Mo PM steels. It was proved there is no effect of tempering temperature on the properties of Astaloy CrL-base steels, sintered at 1250°C in 5%H2-95%N2 mixture as compared with the properties of those sintered at 1120°C. The properties of Astaloy CrM-based steels, sintered at 1250°C in air were comparable or higher to Astaloy CrL-based steels. The addition of lump of ferromanganese was not sufficient for metal oxides reduction. The structure investigation confirmed the earlier observations that Mn-Cr-Mo PM steels have predominantly martensitic or martensitic/bainitic microstructure.

PL

W artykule przedstawiono wpływ parametrów spiekania na mikrostrukturę i własności mechaniczne spiekanych, niskowęglowych stali manganowo-chromowo-molibdenowych. W pracy wykazano, że własności mechaniczne stali wykonanej na bazie proszku stopowego Astaloy CrL (l,5%Cr, 0,2%Mo, reszta Fe) spiekanej w temperaturze 1250°C w atmosferze 5%H2-95%N2 nie zależą od temperatury odpuszczania, czego nie stwierdzono podczas badań własności wytrzymałościowych tych stali wy- twarzanych w niższej temperaturze spiekania (1120°C). Ponadto, prowadzone badania wykazały, że stale wytworzone na bazie proszku stopowego Astaloy CrM (3%Cr, 0,5%Mo. reszta Fe) po spiekaniu w temperaturze 1250°C w atmosferze powietrza charakteryzowały się porównywalnymi lub wyższymi własnościami mechanicznymi niż stale wykonane na bazie proszku stopowego Astaloy CrL, wytwarzane w tych samych warunkach. Podczas spiekania w powietrzu zastosowano odłamkowe cząstki żelazomanganu o łącznej masie 52 g, które umieszczano w bezpośrednim sąsiedztwie próbek (całkowita masa próbek 490 g) w stalowej łódce, w celu redukcji tlenków. Jak wykazały badania, dodatek żelazomanganu był niewystarczający, aby zapewnić kompletną redukcję tlenków.

7

Wpływ mikroatmosfery spiekania na mikrostrukturę i własności stali 1,5%Cr-1,5%Ni-0,55%Mn-0,25%Mo-0,25%Si-0,36C% wytworzonej techniką metalurgii proszków

Fiał C., Ciołczyk K., Ciaś A., Sułowski M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 8

422-427

PL

W artykule przedstawiono wpływ mikroatmosfery na gęstość, mikrostrukturę oraz własności mechaniczne spiekanej stali konstrukcyjnej o składzie chemicznym 1,5%Cr-1,5%Ni-0,55%Mn-0,2%Mo-0,25%Si-0,36%C. Do badań wykorzystano stopowy, komercyjny proszek żelaza Astaloy CrL, wyprodukowany przez szwedzką firmę Hoganas, proszek żelazomanganu niskowęglowego, proszek grafitu, elementarny proszek niklu oraz proszek żelazokrzemu dostarczony przez zakłady OFZ Istebne S.A. na Słowacji. Z mieszanki proszków o założonym składzie chemicznym, metodą prasowania dwustronnego, sprasowano wypraski zgodne z PN-EN ISO 2740, które następnie poddano spiekaniu w półhermetycznym pojemniku z za-mknięciem labiryntowym, w temperaturze 1120 [stopni]C w czasie 60 min, stosując jako atmosferę pieca azot oraz mieszankę 95%N2-5%H2. Skład chemiczny mikroatmosfery spiekania był modyfikowany poprzez wprowadzanie do pojemnika różnych stałych węglowodorów oraz/lub bryłki żelazomanganu. Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że najlepszą kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych badanych spieków — wytrzymałość na zginanie przekraczającą 1300 MPa, wartość wytrzymałości na rozciąganie wynoszącą ok. 670 MPa i plastyczność ok. 3 % — uzyskano po spiekaniu, gdy komora pieca wypełniona była w azotem, a spiekanie próbek odbywało się w obecności par manganu, pochodzących z żelazomanganu umieszczonego w pojemniku. Wprowadzenie do pojemnika — obok żelazomanganu — węglowodoru, spowodowało wyraźną poprawę stabilności wymiarów spiekanych próbek.

EN

The effects of chemical composition, sintering atmosphere and cooling rate on density, microstructure and mechanical properties of 1.5Cr-1.5Ni-0.55Mn-0.2Mo-0.25Si-0.36C Powder Metallurgy steel is presented. Pre-alloyed Hoganas Astaloy CrL and ferromanganese, graphite, elemental nickel and ferrosilicon powders from Istebne were used as the starting materials. From the powder mixtures, specimens were double action compacted according to PN-EN ISO 2740. They were then sintered in a semi-closed container with a labyrinth seal, at 1120 [degrees]C for 60 minutes, in an atmosphere of nitrogen and the mixture containing 95%N2-5%H2. The chemical composition of the sintering atmosphere was also modified by placing a hydrocarbon or/and ferromanganese nodules in the container. The best combination of mechanical properties: tensile strength 670 MPa, flexural strength over 1300 MPa and ductility of nearly 3 %, was achieved after sintering in the presence of manganese vapour, which came from the ferro-manganese. Presence of the hydrocarbon in the container increases markedly the dimensional stability of sintered samples.

8

The use of Weibull statistics to quantify property variability in Fe-3Mn-0.8C sinter-hardened structurally inhomogeneous steels

Ciaś A., Czarski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1045--1052

EN

Low carbon ferro-manganese and graphite powders were admixed to Hoganas sponge, NC100.24, and water atomised, ABC 100.30 and ASC 100.29, iron powders - to produce three variants of sintered Fe-3Mn-0.8C steel. These were pressed into tensile and bend specimens at 660 MPa, sintered in semi-closed containers for 1 hour in dry nitrogen or hydrogen at 1120 or 1250°C and cooled at 64°C/min. Both tensile strength and transverse rupture strength were examined using Weibull statistics. This paper presents the results of a study to develop and evaluate goodness of fit tests for the two- and three-parameter Weibull distributions. The study was initiated because of discrepancies in published critical values for two-parameter Weibull distribution goodness of fit tests and the lack of general three-parameter Weibull distribution goodness of fit tests for properties of PM steels.

PL

Aby uzyskać trzy warianty spiekanej stali Fe-3Mn-0.8C wytworzono mieszanki proszków: niskowęglowego żelazomanganu, grafitu oraz proszków żelaza firmy Hoganas: gąbczastego - NC100.24 i rozpylanych - ABC 100.30 oraz ASC 100.29. Z proszków tych zostały sprasowane, przy ciśnieniu 660MPa, kształtki próbek wytrzymałościowych przeznaczonych do wykonania prób rozciągania i zginania, spieczone następnie w półhermetycznych pojemnikach, w czasie 1 godziny, w suchym azocie lub wodorze, w temperaturze 1120 lub 1250°C, po czym chłodzone z szybkością 64°C/mia Zbadano wytrzymałość na rozciąganie i zginanie otrzymanych próbek przy zastosowaniu statystyki Weibulla. W artykule zaprezentowano wyniki badań mających na celu wykorzystanie i ocenę testów zgodności dla dwu- i trzyparametrowych rozkładów Weibulla. Badania podjęto z powodu rozbieżności publikowanych krytycznych wartości testów zgodności dla dwuparametrowego rozkładu Weibulla oraz ogólnego braku testów zgodności dla trzyparametrowego rozkładu Weibulla, w odniesieniu do własności stali wytworzonych techniką metalurgii proszków.

9

Atmosphere effect on sintering behaviour of astaloy CrM and astaloy CrL Höganäs powders with manganese and carbon additions

Pieczonka T., Sułowski M., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 4

1001-1009

EN

Dilatometric data for Astaloy CrM (3% Cr-0.5% Mo) and Astaloy CrL (1.5% Cr-0.2% Mo) powders with additions of 0.3% carbon and 3.0% manganese during sintering cycles up to 1120 and 1250 ° C in different atmospheres are reported. For comparison, also Astaloy CrM and Astaloy CrL powders were investigated. Starting with green densities of approx. 6.8 g/cm3, the final density of sintered compacts was influenced mainly by the sintering temperature, while the results showed the only minor effect of the sintering atmosphere on the final dimensional changes. However, the sintering atmosphere influences the sintering behaviour, microstructure and the final chemical composition of sintered compacts. In sintered and in the dilatometer cooled Mn-Cr-Mo-C steels predominantly bainitic structures were obtained.

PL

Praca przedstawia wyniki badań dylatometrycznych procesu spiekania mieszanek proszków zawierających, jako podstawowe, proszki Astaloy CrM (3% Cr-0.5% Mo) i Astaloy CrL (1.5% Cr-0.2% Mo) oraz dodatki 3% mas. Mn i 0.3% mas. C. Spiekanie izotermiczne realizowane było w dwóch temperaturach: 1120 ° C i 1250 ° C, a atmosferami spiekania były gazy: azot, mieszanina 95% obj. azotu + 5% obj. wodoru i argon. Gęstość spieków determinowana jest głównie temperatura spiekania, a wpływ atmosfery jest nieznaczny. Jednakże od rodzaju atmosfery spiekania uzależnione jest zachowanie się materiałów w trakcie cykli termicznych, jakim są poddane podczas spiekania. Atmosfera spiekania ma również wpływ na mikrostrukturę spieków oraz na zmiany składu chemicznego towarzyszące spiekaniu. Głównym składnikiem struktury spieków uzyskanej bezpośrednio po spiekaniu w warunkach chłodzenia dostępnych w dylatometrze był bainit.

10

Microstructure and mechanical properties of Cr-Mn structural PM steels

Sułowski M., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 2

293-303

EN

The effects of chemical composition, sintering atmosphere and cooling rate on density, microstructure and mechanical properties of Fe-3%Mn-(Cr)-(Mo)-0.3%C PM steels are described. Pre-alloyed Astaloy CrM and Astaloy CrL, ferromanganese and graphite powders were used as the starting materials. After pressing in rigid dies the compacts were sintered at 1120 and 1250°C for 60 minutes atmospheres with different H2/N2 ratios and cooled either at 1.4°Cmin-1 (with the furnace) or 65°Cmin-1 (convective cooling). The convective cooled specimens were subsequently tempered at 200°C for 60 and 240 minutes. All specimens were tested for tensile strength (UTS), elongation (A), offset yield strength (R0.2), TRS, impact toughness and apparent surface hardness (HV 30). After mechanical tests the microstructure of the Fe-Mn-Cr-Mo-C PM steels was studied by optical microscopy. It has been found that by sintering in inexpensive and safe nitrogen-rich atmospheres it is possible to achieve properties similar to those shown by specimens sintered in a hydrogen-rich atmosphere.

PL

W pracy przedstawiono wpływ składu chemicznego mieszanki proszków, a także rodzaju atmosfery oraz szybkości chłodzenia na gęstość, mikrostrukturę oraz własności mechaniczne spiekanych stali konstrukcyjnych Fe-3%Mn-(Cr)-(Mo)-0.3%C. Do badań wykorzystane zostały wstępnie stopowane, komercyjne proszki żelaza Astaloy CrL i Astaloy CrM, produkcji szwedzkiej firmy Höganäs oraz niskowęglowy proszek żelazomanganu i proszek grafitu. Prasowanie mieszanek proszków o żądanym składzie chemicznym realizowano w stalowych matrycach, wykonując wypraski prostopadłościenne o wymiarach 5×10×55 mm oraz wytrzymałościowe (zgodne z PN-EN ISO 2740). Spiekanie kształtek odbywało się w temperaturze 1120 i 1250°C w czasie 60 minut, w atmosferze o różnej zawartości wodoru i azotu. Chłodzenie spieków prowadzono z szybkością 1,4°C/min (z piecem) lub 65°C/min (konwekcyjnie w chłodnicy pieca). Spieki chłodzone z szybkością 65°C/min poddane zostały odpuszczaniu w temperaturze 200°C w czasie 60 i 240 minut. Spieczone kształtki poddano statycznej próbie rozciągania oraz próbie trójpunktowego zginania; przeprowadzone również zostały badania udarności oraz pomiary twardości. Badania mikrostruktury spiekanych stali prowadzono z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej. W toku prowadzonych badań wykazano, że spiekanie kształtek w taniej i bezpiecznej atmosferze azotu (lub w atmosferach bogatych w azot) pozwala uzyskać zadowalające własności mechaniczne spieków, porównywalne z własnościami tych stali, wytwarzanych poprzez spiekanie w atmosferze wodoru.

11

Badania procesu wytwarzania bezniklowych spiekanych stali konstrukcyjnych przeznaczonych do hartowania bezpośredniego techniką „sinter-hardening”

Ciaś A., Sułowski M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2009

|

Vol. 76, nr 4

283-289

PL

Badania nad procesem wytwarzania i własnościami nowoczesnych stali spiekanych są prowadzone w Katedrze Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków WIM i IP AGH od wielu lat. W ostatnim czasie, podążając za aktualnymi tendencjami światowymi, podjęto badania nad wytwarzaniem samohartujących się, spiekanych, bezniklowych stali konstrukcyjnych, o ograniczonej do minimum zawartości molibdenu. Przyjęto założenie, że proponowane stale muszą być możliwe do wytworzenia przy wykorzystaniu istniejących, tradycyjnych pieców przemysłowych i bezpiecznych atmosfer; powinny przy tym nadawać do produkcji średnio i mocno obciążonych, odpowiedzialnych części maszyn, włącznie z częściami dla motoryzacji. Prezentowana praca ma na celu podsumowanie dokonań Katedry w zakresie wytwarzania spiekanych stali konstrukcyjnych Fe-Cr-Mn-Mo-C. Przedstawiono rezultaty badań nad zastosowaniem spiekania standardowego (1120 °C) oraz wysokotemperaturowego (1250 °C), w atmosferze wodoru i azotu, jak również w atmosferze stanowiącej mieszaninę tych gazów.

EN

The investigations of processing and properties of modern sintered steels have been continued in Department of Physical Metallurgy and Powder Metallurgy, Faculty of Metal Engineering and Industrial Computer Science of AGH-UST, for many years. Recently, following the global trends, investigations of self-hardening, Ni-free, low Mo-content structural steels have been carried out. The idea was to produce medium-to-high loaded sintered steel structural parts, involving automotive parts, using the existing conventional furnaces and safe low-hydrogen atmospheres. This paper summarises the results of the investigations in the Department and describes a new process that utilises materials and methods that strive to reduce the cost of PM steel parts. It concerns the effect of processing conditions on the resultant properties of Fe-Mn-C and Fe-Mn-Cr-Mo-C steels, sintered both at 1120 °C and 1250 °C in nitrogen, hydrogen and mixtures thereof.

12

Comparison of Mechanical Properties and Microstructure of Cr-Mn-Mo Steels Based on Astaloy CrL and Astaloy CrM Pre-Alloyed Powders

Ciaś A., Sułowski M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

1093-1102

PL

Proszek niskowęglowego żelazomanganu oraz proszek grafitu zmieszano z rozpylanymi wodą proszkami stopowymi Astaloy CrL i Astaloy CrM w celu wykonania sześciu, różniących się składem chemicznym, mieszanek proszków, które następnie poddano prasowaniu pod ciśnieniem 660 MPa, w celu wykonania dwóch rodzajów wyprasek: prostopadłościennych, o wymiarach 5x10x55 mm oraz zgodnych z PN-EN ISO 2740. Sprasowane kształtki spiekano w atmosferze azotu i wodoru w temperaturze 1120C oraz 1250C przez okres 60 minut. Po spiekaniu nie uzyskano wzrostu gęstości oraz nie zaobserwowano pęcznienia spieków. Spieczone kształtki poddano następnie odpuszczaniu w temperaturze 200 C w powietrzu w czasie 60 minut. Największymi gęstościami po prasowaniu i spiekaniu, wynoszącymi około 7,1 g/cm3, charakteryzowały się kształtki wykonane na bazie proszku stopowego Astaloy CrL. Wartości te były o około 0,1 g/cm3 większe od gęstości wyprasek i spieków wykonanych na bazie proszku stopowego Astaloy CrM. Spiekane stale poddane zostały badaniom metalograficznym oraz przeprowadzone zostały pomiary twardości (metoda Vickersa), wytrzymałości na zginanie trójpunktowe oraz wytrzymałości na rozciąganie. Sprasowane kształtki poddano również badaniom dylatometrycznym kinetyki procesu spiekania. Uzyskano następujące własności mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie nie przekroczyła 968 MPa, wydłużenie – 4,56 %, a udarność dochodziła do 15,18 J/cm2. Maksymalna wartość wytrzymałości na zginanie wynosiła 2034 MPa. Zaobserwowano, że nieco lepszymi własnościami charakteryzowały się spieki wytwarzane w atmosferze azotu. Badania metalograficzne wykazały, że struktura badanych stali składała się głównie z bainitu i martenzytu; zaobserwowano również austenit szczatkowy oraz pory o regularnych kształtach. W wyniku prac stwierdzono, że uzyskane, zadowalające własności stali pozwalają na zastosowanie ich jako spiekane materiały konstrukcyjne.

13

Microstructure and mechanical properties of Fe-2.2Mn-1.5Cr-0.2Mo-0.3C steel sintered at 1120°C and 1250°C

Dudek P., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 3

809-816

EN

In an attempt to study the sinterability of a potential high-strength ferrous alloy Fe-2.2Mn-1.5Cr-0.2Mo-0.3C (AGH2.2-1.5), compacts, based on HSganas Astaloy Cr-L (Fe-1.5Cr- 0.2Mo) water atomised pre-alloyed iron powder, were prepared. Low-carbon ferro-manganese of weight % composition 77Mn-1.3C-0.2O-balance Fe and CU-F graphite were admixed. The samples were sintered at 1120 and 1250°C in a laboratory tubę furnaces in nitrogen or 95% nitrogen 5% hydrogen atmospheres with dew points better than -70°C and cooled at cooling ratę lOKmin-1. Generally resultant microstructures were homogeneous and consisted of bainite and martensite; they were characterised by the absence of oxide networks. Sintered densities were in the rangę of 6.8-7.0 g/cm3. Mechanical properties were measured in the as-sintered condition, giving good combination of strength and ductility. Mean fracture strengths of the specimens were 730 MPa in tension and 1170 MPa in bending. The fracture data were analysed using Weibull statistics. This method is often used when evaluating the mechanical properties of "flaw-sensitive", primarily sintered, materials. By using the Weibull probabilistic relations the resulting variability in the data can be ąuantified. Weibull moduli, m, were generally in the rangę 8-13 for tensile strength and 11-15 for transverse rupture strength.

PL

W celu zbadania procesu spiekania potencjalnie wysokowytrzymałego stopu żelaza wykonano wypraski, których podstawowym składnikiem był rozpylany, stopowy proszek żelaza Hoganas Astaloy Cr-L (Fe-l.5Cr-0.2Mo). Do proszku tego domieszano proszek niskowęglowego żelazomanganu o składzie 77Mn-l,3C-0,2O (% masowe) - reszta Fe oraz proszek grafitu gatunku C-UF. Wypraski spiekano w temperaturze 1120°C i 1250°C, w laboratoryjnym piecu rurowym, w atmosferze azotu oraz w atmosferze złożonej w 95% z azotu i w 5% z wodoru, o punkcie rosy poniżej -70°C, po czym próbki chłodzono z prędkością lOKmin-1. Badane materiały charakteryzowały się jednorodną mikrostrukturą, składającą się z bainitu i martenzytu oraz cechowały się brakiem siatki tlenków. Własności mechaniczne stopu badano bezpośrednio po spiekaniu. Stop ten ulegał przemianie w strukturę bainityczno-martenzytyczną o dobrej kombinacji wytrzymałości i ciągliwości. Próbki po spiekaniu charakteryzowały się gęstościami od 6,8 g/cm3 do 7,0 g/cm3. Posiadały one średnią wytrzymałości na rozciąganie 730 MPa oraz wytrzymałość na zginanie 1170 MPa. Wyniki badań wytrzymałościowych poddano analizie przy użyciu statystyki Weibulla. Metoda ta jest często stosowana, gdy ocenia się własności wytrzymałościowe materiałów czułych na obecność wad - głównie materiałów spiekanych. Użycie probabilistycznych zależności Weibulla umożliwiło ilościowy opis zmienności uzyskanych wyników badań. Moduły Weibulla, m, obliczone na podstawie wyników badań wytrzymałości próbek uzyskanych w statycznej próbie rozciągania, mieściły się w przedziale od 8 do 13 oraz od 11 do 15 - w przypadku wyników uzyskanych w oparciu o i badanie wytrzymałości na zginanie trójpunktowe.

14

Mechanical properties of Fe-3Mn-0.8C sintered steel based on sponge and atomised iron powders; Comparison and probabilistic failure prediction

Faryj K., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 3

817-826

EN

This paper presents a systematic approach to study the effect of manufacturing variables on the mechanical properties of sintered Fe-3Mn-0.8C steel. Tensile and 3 point bending tests have been performed on specimens madę of three different iron powders with variations of sintering conditions. Ferro-manganese and graphite powders were admixed to Hoganas sponge, NC100 24, and water atomised, ABC 100.30 and ASC 100.29, iron powders - to produce three variants of Fe-3Mn-0.8C mixtures. The powders were pressed into specimens at 660 MPa, sintered in semi-closed containers for 1 h in dry nitrogen or hydrogen at 1120 or 1250°C, and cooled at 64°C/min. Green and sintered densities were expectedly highest for ABC 100.30 powder at ~7.1 g/cm3. They were >0.2 g/cm3 higher than for the sponge powder based specimens. Similarly, Young's modulus in the former materiał attained ~130 GPa, being ~117 GPa in the latter. Yield strengths were higher for the atomised powder based alloys and for 1250°C and nitrogen sintering. Tensile and bend strengths were somewhat higher for specimens sintered in nitrogen and, generally by ~10%, higher for specimens pressed from sponge iron powder, resulting in ~730 MPa tensile strength for sintering in nitrogen at 1250°C. The strongest ABC 100.30 powder based specimens attained tensile strength ~650 MPa. The higher plasticity of the sponge powder based steel and hence strengths are associated with the increased surface area available to the Mn vapour for alloying. This ensures also cleaner, morę cohesive prior powder particie boundaries, the favoured microcracking paths. The study of fracture stress is based on a statistical strength theory suggested by Weibull. lt enables fracture probability to be calculated as a function of applied stress. The paper shows that Weibull distribution is morę applicable to the strength evaluation and failure statistics of PM steels than the morę commonly used normal distribution.

PL

W artykule zaprezentowano systematyczne badania wpływu warunków wytwarzania na własności mechaniczne spiekanych stali Fe-3%Mn-0,8%C. Badania wytrzymałości na rozciąganie i zginanie trójpunktowe przeprowadzono przy użyciu próbek spiekanych w różnych warunkach, wykonanych z trzech różnych proszków żelaza. W celu otrzymania próbek Fe-3%Mn-0,8%C, do redukowanego, gąbczastego proszku żelaza gatunku Hoganas NC 100.24, oraz do rozpylanych proszków żelaza gatunków Hoganas ABC 100.30 i ASC 100.29, wprowadzono mangan w ilości 3%, w postaci proszku żelazomanganu niskowęglowego, oraz grafit w ilości 0,8%. Z proszków sprasowano pod ciśnieniem 660 MPa próbki, które poddano następnie spiekaniu w półhermetycznym pojemniku, w czasie 1 h, w suchym azocie lub wodorze, w temperaturze 1120 lub 1250°C; próbki chłodzono z prędkością 64<,C/min. Zgodnie z oczekiwaniami, gęstość tak wyprasek, jak i spiekanych stali była najwyższa w przypadku próbek wytworzonych z proszku ABC 100.30 i wynosiła ~7.1 g/cm3. Była ona o ponad 0,2 g/cm3 wyższa, niż gęstość spieków wykonanych z proszku gąbczastego. Podobnie moduł Younga, który osiągał w przypadku pierwszej stali ~130 GPa, podczas gdy w przypadku drugiej ~117GPa. Wartości umownej granicy plastyczności były wyższe w przypadku spieków otrzymanych z rozpylanego proszku żelaza - oraz dla próbek spieczonych w azocie - i próbek spieczonych w temperaturze 1250°C. Wytrzymałość na rozciąganie i zginanie trójpunktowe próbek spieczonych w azocie była wyższa, średnio o ~10%, niż próbek otrzymanych z gąbczastego proszku żelaza, osiągając ~730 MPa w przypadku wytrzymałości na rozciąganie próbek spieczonych w azocie, w temperaturze 1250°C, podczas gdy najmocniejsze próbki wykonane z proszku ABC 100.30 osiągały ~650 MPa. Wyższa plastyczność stali wykonanej z proszku gąbczastego i wyższe jej wytrzymałości związana jest z powiększoną, dostępną dla par manganu, powierzchnią cząstek proszku, co ułatwia wnikanie do nich tego pierwiastka stopowego. Zapewnia to także czyste, bardziej spoiste pierwotne granice cząstek proszku, będące zazwyczaj uprzywilejowanymi ścieżkami mikropęknięć. Badania wytrzymałości oparto na teorii statystycznej zaproponowanej przez Weibulla. Umożliwia ona obliczenie prawdopodobieństwa powstania przełomu w funkcji występującego naprężenia. W artykule wykazano, że do szacowania wytrzymałości stali wytworzonych techniką metalurgii proszków - i do statystycznego opisu tej wytrzymałości -rozkład Weibulla jest bardziej odpowiedni niż, stosowany powszechnie, rozkład normalny.

15

Mechanical properties of Fe-(3-4)%Mn-0.8%C PM steels

Sułowski M., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 1

55-72

EN

The powder metallurgy route may allow sintered manganese steels to be made based on pure iron powder and ferromanganese powder with control over alloy microstructure. The factors that contribute to the mechanical properties of sintered Fe-(3-4)%Mn-0.8%C manganese steels, such as the basic powder grade, sintering temperature, sintering atmosphere dew point and cooling rate are summarised. The paper shows the influence of these parameters on the tensile strength, yield strength, transverse rupture strength, impact strength and hardness of the investigated steels. It is showed that tensile high strength level higher than those of many conventional steels can be obtained already in the as-sintered condition.

PL

W artykule przedstawiono wpływ parametrów wytwarzania na własności mechaniczne spiekanych konstrukcyjnych stali manganowych o zawartości manganu wynoszącej 3% mas. i 4%mas. oraz stałej zawartości 0,8%węgla. Powyższy skład spiekanej stali wybrano w oparciu o wyniki dotychczasowych badań prowadzonych zarówno w kraju jak i za granicą. Jako parametry wpływające w znaczny sposób na przebieg spiekania, a tym samym na własności spieków, wyodrębniono: rodzaj zastosowanych proszków żelaza i zelazomanganu, temperaturę spiekania, temperature punktu rosy atmosfery spiekania oraz szybkość chłodzenia matteriału po spiekaniu. Z przeprowadzonych prac i uzyskanych rezultatów badań wynika, że zmiany wymiarowe badanych spieków są funkcją nastepujacych parametrów wytwarzania: temperatury punktu rosy atmosfery spiekania, temperatury spiekania oraz szybkości chłodzenia po spiekaniu. Stwierdzono również, ze własności mechaniczne spiekanych stali manganowych w istotnym stopniu zależą od rodzaju zastosowanych proszków żelaza i żelazomanganu.

16

Wpływ rodzaju proszków i parametrów wytwarzania na własności mechaniczne stali manganowych przeznaczonych do wyrobu spiekanych kół zębatych.

Ciaś A., Sułowski M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2003

|

R. 48, nr 1

41-43

PL

Spiekane koła zębate o wysokich własnościach wytrzymałościowych, przeznaczone na elementy konstrukcyjne narzędzi sprzętu gospodarstwa domowego, muszą spełniać wysokie wymagania stawiane przez producentów tego typu urządzeń. W Zakładzie Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków AGH szczególny nacisk położono na badania mikrostruktury i własności tanich, spiekanych kół zębatych wykonanych ze stali manganowej. Opracowana technologia produkcji tych kół została wprowadzona w pilotowej skali w Bułgarii i w Polsce. Wybór materiału wyjściowego oparty był na czterech podstawowych wymaganiach aplikacyjnych: odporności na obciążenia dynamiczne, twardości, wytrzymałości oraz zachowywaniu przez spieczony materiał małych odchyłek wymiarowych. W wyniku przeprowadzonych badań jako materiał wyjściowy wytypowano stal manganową o zawartości 2 % masowych i 3 % masowych manganu.

EN

High strength sintered gears for tools and domestic appliances should meet high requirements of equipment producers. Particular emphasis was laid at the University of Mining and Metallurgy on examination of microstructure and properties of cheap sintered gears made from manganese steel. Technology for the production of these gears has been developed and implemented in a pilot-scale in Bulgaria and Poland. The input material was chosen based on four main application requirements: resistance to dynamic loads, hardness, strength and dimensional stability. As a result of this investigation, manganese steel containing 2 mass. % and 3 mass. % Mn was chosen as an input material.

17

Projekt żelbetowej skoczni narciarskiej o punkcie konstrukcyjnym K90

Ciaś A, Karolak D.

Przegląd Budowlany

|

2003

|

R. 74, nr 4

51-53

18

Wpływ obróbki cieplnej na własności stali szybkotnącej Fe-2,3C-6,8Mo-6,9W-4,OCr-6,2V-10,8Co wytworzonej techniką spiekania supersolidus.

Ciaś A., Konstanty J., Pieczonka T., Wroński A.S., Wright S.J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

1999

|

nr 5

251-258

PL

W pracy opisano proces spiekania stali szybkotnącej oznaczonej jako AGH60, w warunkach laboratoryjnych. Podano również jej własności mechaniczne oraz wyniki próby skrawania przeprowadzonej przy użyciu płytki wieloostrzowej wykonanej z tej stali. Jako surowca do przygotowania spieków użyto proszku stopowego rozpylanego wodą o składzie chemicznym zbliżonym do składu znanej stali ASP60 (oznaczanej obecnie także jako ASP2060), która produkowana jest metodą prasowania izostatycznego na gorąco. Tę ostatnią stal wykorzystano w pracy jako wzorzec. W trakcie badań wytwarzano płytki wieloostrzowe typu SPUN 120308 o gęstości zbliżonej do teoretycznej. Określono niezbędne warunki umożliwiające uzyskanie tak wysokiego stopnia zagęszczenia, gdy w trakcie spiekania nie jest wywierane na spiekany mateńał zewnętrzne ciśnienie. Spiekaną stal AGH60 goddano obróbce cieplnej, która obejmowała austenityzowanie w temperaturze 1180 °C w próżni, hartowanie poprzez oziębianie azotem w komorze tego samego pieca próżniowego i trzykrotne odpuszczanie w różnych temperaturach: 485, 500, 515, 530, 545, 560 i 575 °C. Temperatury każdego z trzech stopni odpuszczania realizowanych w jednym cyklu obróbki cieplnej były jednakowe. Po obróbce cieplnej mierzono twardość materiału, a prostopadłościenne mikropróbki wycięte z kształtek SPUN 120308 poddano badaniom wytrzymałości na zginanie. Ustalono w ten sposób wpływ warunków obróbki cieplnej na własności stali. Wytrzymałość na zginanie stali AGH60 (od 1600 do 2100 MPa) jest niższa w porównaniu z tą własnością stali ASP60 (3000 MPa). Pod względem twardości oba rozpatrywane mateńały nie różnią się tak wyraźnie. Maksymalną twardość wtórną wynoszącą 70 HRC uzyskano po odpuszczaniu spiekanej stali AGH60 w temperaturze 530 °C. Słowa kluczowe: stal szybkotnąca, stal ASP60, spiekanie stali szybkotnących, spiekanie supersolidus, obróbka cieplna stali szybkotnących, płytka SPUN 120308, umowna wytrzymałość na zginanie, próba skrawania do katastroficznego zużycia ostrza K,.

EN

Sintering under laboratory conditions of high-speed steel determined as AGH60 is descńbed. Mechanical properties of AGH60 steel and results of cutting test carried out by using multi-blade plate produced from this steel are also presented. As raw mateńals for preparation sinters alloyed water sprayed powder was used which chemical constitution is similar to ASP60 steel (at present determined as ASP2060) produced by isostatic hot pressing, ASP2060 steel was used as standard. During investigations multi-blade SPUN12306 plates with density similar to theoretical were produced. Necessary conditions for obtaining such high density without external pressure on sintered material were determined. Heat treatment of sintered AGH60 steel included vacuum austenitizing at the temperature of 1180 °C, hardening by nitrogen rapid cooling in the chamber of the same vacuum furnace and thereford tempering at different temperatures: 485, 500, S 15, 530, 545, 560, 576 °C. Temperatures of each three tempering stages realized in one heat treatment cycle were equal. After heat treatment mateńal hardness was measured and cubicoid microsampless cut out from SPUN 120306 shapes were put on bending strength tests. In this way the effect of heat treatment conditions on steel properties was determined. Bending strength of AGH60 steel (from 1600 to 2100 MPa) is lower than ASP60 steel (3000 MPa). Hardness of both considered mateńals is not so explicit different. Maximal secondary hardness of 70 HRC was obtained after tempeńng of sintered AGH60 steel at temperature of 530 °C. Keywords: highspeed steel, ASP60 steel, sinteńng of high speed steel, supersolidus sintering, heat treatment of high-speed steel, SPUN120308 plate, modulus of rupture, cutting test to catastrophic wear KT of blade.

19

Properties of Mo-alloyed sintered manganese steels.

Romański A., Ciaś A.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

1175-1178

EN

Sintered alloy steels are needed for mostly PM structural parts. Powder metallurgy techniques provide a means of fabricating high quality steel parts with tailored mechanical properties. It is now possible to produce sintered steel parts with properties equal to and even superior to those of parts made by more traditional routes. Challenges arise both with the material selection and component fabrication. This presentation outlines the processing for high performance structural application.

20

Influence of titanium powder characteristics and heating rate on the liquid phase sintering of Fe8%Ti powder compacts.

Ciaś A., Stoytchev M.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

1131-1136

EN

In view of interest in the use of titanium as an alloying element to the sintering of iron-based powder compacts, an examination has been made of the influence of the characteristics of the titanium powder and heating rate on sintering process. Transient liquid phase sintering was examined for Fe8%Ti powder mixtures. The effect of additions of narrow sized fractions of titanium powder and heating rate on the dimensional changes obtained on sintering Fe8%Ti compacts made with Hoganas NC 100.24 sponge iron and 7, 16, 56 and 200 micrometres titanium powders has been determined. The experimental plan included the effects of several processing variable, such as titanium paricle size, heating rate, sintering temperature and sintering time.Two types of experiments were used to study sintering. The effects has been examined in relation to the sintering mechanism by dilatometry, using a comuterised precision vacuum dilatometer Netzsch 402S with an extended range, constant load single pushrod. In addition to dilatometer experiments, batch sintering was conducted in a vacuum furnace. It was found that the use of fine titanium powder and controlled heating rate reduced the dimensional change.