Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The effect of cavitation erosion on austenitic-ferritic steel

Krawczyk J., Jasionowski R., Ura D., Goły M., Frocisz Ł.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie

|

2018

|

nr 56 (128)

30--35

EN

Cavitation is a one of many wear mechanisms which are related to the flow of liquid. It is one of the most destructive wear methods for stainless materials. The local changes in the pressure of the liquid stream related to the flow across the metal component cause straightening of the surface area, as well as its erosion and the formation of pits on the surface layer. The erosion value of cavitation is related to the material’s microstructure, the geometry of the element, the phase composition of the material and the surface roughness. In this paper the investigation of the cavitation process for duplex stainless steel has been performed. Samples examined in the first stages of the experiments were not significantly changed, but after a long time the hardness increase was very visible. The result of the cavitation was also cracking along the interphase boundaries, which resulted in the chipping of the material. One of the most important results was a description of the change in the wear mechanisms and its intensity during the cavitation exposure time. At first plastic micro deformation of the material’s surface occurred, then the plastic deformation increased significantly and after some time this resulted in erosion of the material and interfacial boundary decohesion; these two effects increased simultaneously. The last of the mechanisms was mechanical destabilization of the austenite, but the clear result of the mechanical destabilization of the austenite was only observed in the last sample. Martensitic transformation of the material changed the material’s mechanical properties, but for the stainless steels this resulted in electrochemical corrosion of the material, especially through the formation of an electrochemical potential between austenite and martensite.

2

Thermal range of cementite occurrence in hypereutectoid alloys with controlled C, Cr and Mn content

Frocisz Ł., Krawczyk J., Kozieł T., Górecki K., Tokarski T., Kopuściański M., Matusiewicz P.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 1

29--33

EN

The hypereutectoid alloys are the commonly used for the tool manufacturing. The high carbon content prevent the high hardenability and presence of the secondary cementite precipitation in microstructure. High hardness of such materials provide the good wear resistance required for tool materials. New hypereutectoid alloys designed for the investigations of secondary cementite precipitations influence on wear resistance have been investigated. Materials were prepared by the use of the ArcMelter furnace. After the plastic deformation materials were annealed at 700°C by 12 h to homogenize the microstructure. After the annealing the calorymetry and dilatometry research were performed. The following research allow authors to state that the increase of the carbon content resulted in the change of ACCM temperature. To obtain the most similar properties of the matrix investigated materials were alloyed by the addition of Cr and Mn. It was confirmed by the same temperature range of the eutectoid transformation for each material. Additionally the influence of Mn and Cr on cementite dissolution process was observed.

PL

Stale nadeutektoidalne charakteryzują się dużą zawartością węgla przekraczającą wartość dla punktu eutektoidalnego. Skutkuje to obecnością w ich mikrostrukturze cementytu drugorzędowego wydzielonego z austenitu podczas chłodzenia. Cementyt ten w znaczący sposób zmienia właściwości mechaniczne materiału, przy czym same właściwości cementytu silnie zależą od składu chemicznego. Dodatki Mn i Cr w znaczący sposób zwiększają jego twardość i stabilność termiczną. Węglik ten, a zwłaszcza jego morfologia, wpływa również na mechanizm zużycia elementów ze stali nadeutektoidalnych. W pracy zaprezentowano analizę występowania cementytu stopowego podczas nagrzewania w nowo zaprojektowanych stalach nadeutektoidalnych z kontrolowaną, ściśle założoną różnicą w zawartości C, Mn i Cr.

3

The Role of Microstructure in High Temperature Tribology of Iron Alloys

Krawczyk J., Rożniata E., Zimowski S., Kot M., Dąbrowski R., Dziurka R., Frocisz Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 2

915--920

EN

The present paper describe the issue of tool materials wear in a high temperature conditions. The investigations were performed at the cast steel tool material at the tribological contact to the structural steel. The investigations aim was to determine the role of microstructure in a tribological properties between the structural steel and tool material. The results of such investigation could be referenced to the industry conditions and could answer about the problems of tool materials wear. The observations of the wear mechanisms were referred to the microstructure of the mill rolls. The laboratory tests ware aimed at evaluating the thermal treatment modification effect on the cast steels properties. A significant role of the morphology of ledeburitic cementite and secondary cementite on the tribological properties was exhibited. The investigations assumed the presence of an austenitic matrix with primary and secondary cementite. Influence of varying morphology carbides was described. in the cast steel microstructure. The investigation results make possible to point to a direction of carbide morphology change with the purpose of obtaining the assumed properties of hot operation tools.

4

Tribological properties of high carbon steels in an as-cast state and after plastic deformation

Frocisz Ł., Krawczyk J., Madej M.

Tribologia

|

2017

|

nr 6

19--26

EN

The aim of the study was to conduct dry sliding tests on the designed hypereutectoid steels with the controlled contents increase of carbon, chromium, and manganese. Chromium and manganese were used to balance the changes related to the higher secondary carbides’ precipitation in the chemical composition of the matrix. Samples were investigated by the use of the block on disk friction method under the load of 100 N. The duration of each test was 2000 s with the wear track length approx. 500 m. The samples were investigated in the as-cast state and after hot plastic deformation. Two sets of four samples were prepared from the ingots and plastically deformed material. The heat treated (quenched and tempered) 100Cr6 steel was used as the counter-sample, with a new counter-sample used for each test. The obtained results show a decrease of the average friction coefficient for samples after plastic deformation. The phenomena that influenced this effect the most, observed in the alloy with the higher concentration of alloying elements, were grain boundary net defragmentation of secondary carbides and the elimination of Widmannstaten needles. The main wear mechanisms occurring during the tribological tests were sliding wear and material spalling.

PL

W pracy przedstawiono badania tribologiczne zaprojektowanych stopów nadeutektoidalnych z kontrolowanymi zmiennymi zawartościami węgla, chromu i manganu. Zwiększone zawartości chromu i manganu balansowały zubożenie osnowy w te pierwiastki związane z wydzielaniem większych ilości cementytu drugorzędowego. Stopy te badane były w układzie trącym klocek–pierścień przy obciążeniu 100 N. Czas trwania próby tribologicznej wynosił 2000 s, natomiast droga tarcia 500 m. Stopy te badane były w stanie po odlaniu, jak i po przeróbce plastycznej. Z odlewów i próbek odkształconych wykonano dwa zestawy po cztery próbki tribologiczne. Przeciwpróbkę stanowiła ulepszona cieplnie stal 100Cr6, dla każdej z prób użyto nowych przeciwpróbek. Badania pozwoliły na zaobserwowanie zmniejszenia wartości średniego współczynnika tarcia dla materiałów po przeróbce plastycznej. Największy wpływ na ten efekt miało przerwanie siatki cementytu drugorzędowego na granicach ziarn oraz usunięcie iglastych wydzieleń cementytu Widmannstatena obserwowanych w stopie o wyższym stężeniu pierwiastków stopowych. Głównym mechanizmem zużycia było zużycie ścierne z niewielkim udziałem wykruszania.

5

Microstructure and hardness of aged Ti–10V–2Fe–3Al near‑beta titanium alloy

Baran-Sadleja A., Krawczyk J., Motyka M., Frocisz Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 4

158--162

EN

Microstructural evolution in Ti–10V–2Fe–3Al after specified heat treatment conditions has been the basis of performed analysis. The schedule involves prior heating at the temperature of β phase occurring, with further aging at the wide range of temperature. Selection of the parameters for heat treatment was carried out on the basis of the calorimetric curve for the investigated alloy. Further research methods were focused on metallographic observations. Hardness measurements were also performed. Conducted researches allowed to determine the aging impact on near-β Ti–10V–2Fe–3Al titanium alloy properties. Studies revealed that exposure of examined titanium alloy to the relative high temperature (450÷550°C) should be avoided, due to the possibility of ω phase growth. In the other hand presence of hard ω phase is also a grain growth inhibitor, especially while the alloy is heated during long treatment times, ω phase occurrence is also confirmed by the increase in the hardness of samples treated in the temperature range of its occurrence. In order to obtain a two-phase microstructure in analysed titanium alloy, the heat treatment (aging) should be performed at high temperature during long time. Additionally the effects of stress induced martensitic transformation were observed after heat treatment.

PL

Stopy tytanu pseudo-β charakteryzują się bardzo dobrą plastycznością oraz małą podatnością na pęknięcia, dlatego przetwarza się je w procesach przeróbki plastycznej. Wykonuje się z nich między innymi odkuwki elementów konstrukcji lotniczych [3]. Analiza danych literaturowych wskazuje na możliwość kształtowania mikrostruktury stopu pseudo-β Ti–10V–2Fe–3Al w procesach obróbki cieplnej. Wyżarzanie stopu w temperaturze z zakresu dwufazowego α + β umożliwia uzyskanie w mikrostrukturze globularnych wydzieleń fazy α, natomiast nagrzewanie do temperatury wyższej — powyżej temperatury początku przemiany fazowej α + β → β — skutkuje tworzeniem tych wydzieleń w postaci igieł. Objętość względna wydzieleń fazy α zależy od warunków obróbki cieplnej [4]. W pracy podjęto próbę określenia wpływu warunków obróbki cieplnej (starzenia) na mikrostrukturę oraz twardość stopu tytanu Ti–10V–2Fe–3Al. Obserwacje mikrostruktury stopu prowadzono metodami mikroskopii świetlnej i elektronowej skaningowej.

6

The importance of primary carbides for the tribological properties of ferrous alloys

Krawczyk J., Frocisz Ł., Kokosza A., Rożniata E., Dziurka R., Madej M.

Tribologia

|

2016

|

nr 6

69--81

EN

Among the materials used for the mill rolls, one of the main groups are materials with eutectoid primary carbides in their microstructure. The volume fraction and morphology of these carbides influent in a significant way on the tribological properties of tool materials. In the paper, the role of the primary carbides morphology on the fatigue wear of mill rolls after exploitation was presented. The role of the primary carbides morphology in the sliding wear of tool materials was also investigated. The evaluation of the sliding wear mechanism and its degree was performed by the investigation of the mill rolls surface roughness after exploitation. Whereas, the role of ledeburite cementite morphology in wear mechanism changes ware investigated by the laboratory tests. Tests were performed with the use of different loads, time, and temperature during the trials. The microcutting of counter sample material by the primary carbides from the tested samples was observed.

PL

Wśród materiałów stosowanych na walce hutnicze są takie, które w swojej mikrostrukturze zawierają również węgliki powstające w wyniku przemiany eutektycznej. Ponieważ powstają one z cieczy, nazywane są węglikami pierwszorzędowymi. Ilość oraz kształt tych węglików może istotnie wpływać na własności tribologiczne takich narzędzi. W pracy przedstawiono rolę morfologii węglików pierwotnych w zużyciu zmęczeniowym na przykładach walców hutniczych po eksploatacji. Przedstawiono również rolę węglików pierwotnych w zużyciu ściernym. Ocenę zużycia ściernego wykonano na podstawie wpływu czasu eksploatacji na chropowatość powierzchni walców pracujących w walcowni zimnej płaskowników. Natomiast rolę morfologii cementytu ledeburytycznego w zużyciu ściernym badano w warunkach testów laboratoryjnych przy stosowaniu zmiennych obciążeń pary trącej oraz temperatury pracy. Wykazano mechanizm mikroskrawania przez odsłonięte węgliki pierwszorzędowe (jako „mikroostrza”) materiału przeciwpróbki.

7

Microstructure and phase composition characterization of a Ti–Al intermetallic alloy

Frocisz Ł., Krawczyk J., Dziurka R., Górecki K., Cios G., Gondek Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 6

322--327

EN

Intermetallic Ti–Al alloys are characterized by the unique set of properties which makes these alloys a prospective material for the energy, automotive and aviation industries. The mechanical properties of a intermetallic alloys are strictly related to the microstructure. The refinement of the microstructure can be obtained by the manufacturing process, alloying additions and heat treatment. Microstructure characterization and knowledge about phase transformation mechanisms and their temperature ranges allows to change properties of the bulk material. The aim of this study was the microstructure and phase composition characterization of intermetallic Ti48Al2Cr2Nb alloy. The microstructure was examined using the light and scanning electron microscopy. Identification of phases and their temperature stability were determined by X-ray diffraction, differential dilatometry and calorimetry investigation. The oxidation process was determined by high temperature X-ray diffraction and the thermogravimetric method. The alloy after annealing has a duplex microstructure with precipitations of α2 phase in the γ matrix. Dilatometry and calorimetry allowed us to define the stability of each phase. At first the enriched in chromium α2 phase dissolved, after that the regions depleted in chromium were transformed, and above 775°C the microstructure was only the γ phase. Gamma phase was transformed above 1100°C, the end of transformation γ → α was evaluated as 1250°C. The oxidation investigations allowed us to show that the oxidation process started at 700°C by the oxide layer formation, which was stable till 900°C. Above this temperature the oxide layer started to grow.

PL

Stopy tytanu na osnowie faz międzymetalicznych ze względu na swoje unikatowe właściwości mogą znaleźć szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. Metody wytwarzania w znaczący sposób wpływają na mikrostrukturę tych stopów, podobnie jak zabiegi obróbki cieplnej czy zmiany składu chemicznego [1÷13]. Celem pracy była charakterystyka mikrostruktury, składu fazowego oraz przemian zachodzących w stopie Ti48Al2Cr2Nb podczas nagrzewania. Badano również utlenianie tego stopu. Wyniki badań mogą prowadzić do opracowania nowych zabiegów obróbki cieplnej i kształtowania struktury tego stopu.

8

Obecność fazy ciekłej w obszarze kontaktu narzędzia z odkuwką ze stopu tytanu jako źródło katastrofalnego mechanizmu zużycia

Frocisz Ł., Krawczyk J., Tokarski T., Cios G., Paćko M.

Tribologia

|

2015

|

nr 4

57--65

PL

Celem niniejszej pracy było określenie mechanizmu zużywania się materiału matrycy, jak i odkuwki tytanowej podczas procesu kucia matrycowego. Materiałem do badań była stal narzędziowa 55NiCrMoV7 z warstwą napawaną o pod-wyższonej zawartości Cr i Mo oraz odkuwka ze stopu Ti6Al4V. W wyniku kucia w temperaturze 940ºC na powierzchni obu materiałów pojawiły się wyraźne wy-żłobienia. Analiza metalograficzna pozwoliła stwierdzić, iż na powierzchni materiałów występują porowate struktury tlenkowe. Analiza chemiczna z tych obsza-rów wykazała obecność w produktach zużycia występujących na materiale matrycy – zwiększonej zawartości tytanu i aluminium. Wzajemne mieszanie materiału odkuwki i matrycy skutkowało powstaniem na powierzchni materiału niskotopliwej eutektyki. Zwiększenie temperatury na powierzchni styku najprawdopodob-niej związane było z efektem egzotermicznym od odkształcenia, jak i tarciem występującym podczas procesu kucia. Zwiększony udział fazy α na powierzchni odkuwki skutkował powstawaniem w obszarach przypowierzchniowych siatki pęknięć. Pęknięcia te powodowały dodatkową intensyfikację procesu zużycia.

EN

The wear mechanisms of titanium alloy forging and tool steel used for die forging are presented. Materials for the investigations were 55NiCrMoV7 tool steel and Ti6Al4V titanium alloy. The die forging process was performed at 940ºC on backward hammer BECHE. On the surface of the die and forging, a groove net was observed after the process. Metallographic analysis indicated the presence of oxidation products on the surfaces of the tested materials. A net of micro-cracks and an increase in the α phase volume fraction was observed in the subsurface area of the titanium alloy. Chemical microanalysis from the die surface area and on the cross section revealed the presence of titanium and aluminium in the wear products. Mutual mixing of materials resulted in the formation of low-temperature eutectics on the surfaces. The exothermic effect of titanium alloy plastic deformation and the friction resulted in a temperature increase. The liquid phase cased gridding of materials surfaces. The higher volume fraction of the α phase and presence of cracks in the subsurface area of titanium alloy also probably intensify wear.

9

Effect of secondary carbides precipitated in Widmanstatten shape on tribological properties of cast materials

Frocisz Ł., Krawczyk J., Madej M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 7

324--329

EN

Hypereutectoid cast iron alloys such as G200CrNiMo4-3-3 have a very complex microstructure. The microstructure of these alloys is transformed ledeburite, perlite and secondary carbides precipitates. Proeutectoid carbides can precipitate in different morphologies and areas such as grain boundary precipitates, intergranular precipitates and Widmanstatten shape. Usually Widmanstatten microstructure is treated as a negative microstructural component, because of the possibility of stress concentration on the top of Widmanstatten carbides needles which adversely affect on material properties such as tensile strength and fracture toughness. Tribological measurements show a certain correlation between the amount of Widmanstatten carbides and friction coefficient of the material. Tests presented in this work were performed by the use of T05 block-on ring tribological tester. Various times and loads were used during tests. In addition a pin on disc tests in 750 °C were performed. Two variants of heat treatment, designed to changing the volume fraction and shape of secondary carbides precipitated in Widmanstatten shape, were used. It has been shown that the friction coefficient, increases with a volume fraction and average surface area of Widmanstatten carbides precipitations. Caused by the heat treatment changes in shape of Widmannstatten cementite precipitations results in a decrease in average friction coefficient.

PL

Nadeutektyczne odlewane stopy żelaza, takie jak staliwo G200CrNiMo4-3-3 mają bardzo złożoną mikrostrukturę, składającą się z ledeburytu przemienionego, perlitu i wydzieleń węglików drugorzędowych. Węgliki drugorzędowe mogą wydzielać się w różnych miejscach i morfologiach, takich jak: wydzielenia na granicach ziarn, w układzie Widmanstattena oraz w formie wydzieleń we wnętrzu ziarn. Mikrostruktura Widmanstattena uważana jest za składnik strukturalny wpływający niekorzystnie na własności materiału, takie jak wytrzymałość na rozciąganie czy odporność na pękanie. Zmiana tych własności związana jest z koncentracją naprężeń na wydzielonych w postaci igieł węglikach. Testy tribologiczne wykonane na staliwie G200CrNiMo4-3-3 wykazują bezpośrednią zależność pomiędzy ilością cementytu wydzielonego w układzie Widmanstattena a współczynnikiem tarcia. Badania przedstawione w niniejszej pracy zostały wykonane przy wykorzystaniu testera tribologicznego T05 wyposażonego w układ trący: klocek-pierścień (block on ring). Podczas badań zastosowano różne obciążenia węzła tarcia, jak i czasy, w których wykonywana była próba. Dodatkowo wykonano testy tribologiczne w temperaturze 750 °C, wykorzystując skojarzenie trące trzpień-tarcza (pin on disc). Zmiany udziału cementytu w układzie Widmanstattena jak i wielkości igieł osiągnięto po przez zastosowanie dwóch wariantów obróbki cieplnej. Otrzymane wyniki pozwoliły wykazać wzrost średniego współczynnika tarcia wraz ze wzrostem udziału procentowego, jak i wielkości wydzieleń cementytu w układzie Widmanstattena. Wzrost szerokości igieł cementytu w układzie Widmanstattena, wywołany obróbką cieplną, spowodował spadek wartości średniego współczynnika tarcia.

10

The influence of microstructure of 30MnB4 steel on hydrogen-assisted cracking

Krawczyk J., Bała P., Frocisz Ł., Tokarski T., Pawłowski B.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 41, no. 4

171--180

EN

This paper analyzes the problem of susceptibility to hydrogen-assisted cracking (fracture behavior) of zinc-coated screws made of 30MnB4 steel. Two samples (screws) were compared after proper and improper heat treatment affecting hydrogen solubility during the further galvanic process and resulting in different fracture modes. Both samples were loaded to failure by torsion. The fracture surface and microstructure of the samples were examined using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).

PL

Praca dotyczy problemu pękania wspomaganego wodorem. Materiałem do badań były śruby ocynkowane wykonane ze stali 30MnB4. Porównywano dwie próbki po poprawnej obróbce cieplnej, obejmującej hartowanie i niskie odpuszczanie, oraz obróbce polegającej wyłącznie na hartowaniu. Sposób przeprowadzenia obróbki cieplnej skutkował zmianami w rozpuszczalności wodoru w strukturze analizowanej stali. Wodór dostarczony został do materiału podczas procesu elektrolitycznego pokrywania cynkiem. Po procesie cynkowania obie próbki były skręcane do zerwania. Powstałe przełomy i zgłady metalograficzne badanych materiałów obserwowano przy wykorzystaniu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), dokonano również analizy ich składu chemicznego, wykorzystując metodę spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii fali (EDS).

11

Microstructural banding in titanium alloys

Krawczyk J., Dąbrowski R., Łukaszek-Sołek A., Frocisz Ł., Górecki K., Cios G., Śleboda T., Kopyściański M., Bała P.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 72, nr 1

5--13

EN

Purpose of this paper was to investigate the phenomenon of microstructural banding in three titanium alloys: Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al and Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr. Design/methodology/approach: The microstructure of the investigated materials in as-delivered condition was characterized. Compression tests were performed on Gleeble thermomechanical simulator to investigate banding phenomena occurring in the microstructure of each studied alloy. Moreover, banding phenomena was also investigated in the case of forging obtained from Ti-6Al-4V alloy. Heat treatment conditions allowing to reduce banding in the microstructure of the investigated alloys were also determined. Findings: Thermomechanical processing leading to dynamic recrystallization in the investigated alloys restricts the formation of bands in their microstructure. Homogenizing treatment can also reduce banding in such alloys. Research limitations/implications: Future research should concern the investigations of grain size in the recrystallized alloys and in the alloys subjected to homogenizing heat treatment. Practical implications: The results of this research should allow obtaining homogenous microstructure in titanium alloys studied in this paper. Originality/value: The range of the temperature and strain rate for dynamic recrystallization restricting banding in the microstructure in the investigated alloys was determined. In the case of Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr alloy the range of the temperature and time of annealing leading to homogenization of the material was identified.