Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of Austempering Temperature on the Microstructure and Retained Austenite of Cast Bainitic Steel Used for Frogs in Railway Crossovers

Parzych S., Dziurka R., Goły M., Kulinowski B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 4

1463--1468

EN

This work deals with the effect of austempering temperature and time on the microstructure and content of retained austenite of a selected cast steel assigned as a material used for frogs in railway crossovers. Bainitic cast steel was austempered at 400°C, 450°C and 500°C for two selected times (0.5 h, 4.0 h) to study the evolution of the microstructure and retained austenite content. The microstructure was characterized by optical microscopy, X-ray diffraction analyses (XRD), and hardness tests. Phase transformations during and after austempering were determined by dilatometric methods.The increase in isothermal temperature causes an increase in time to start of bainitic transformation from 0.25 to 1.5 s. However, another increase in temperature to 500°C shifts the incubation time to as much as 11 s. The time after which the transformations have ended at individual temperatures is similar and equal to about 300 s (6 min.). The dilatation effects are directly related to the amount of bainite formation. Based on these we can conclude that the temperature effect in the case of cast steel is inversely proportional to the amount of bainite formed. The largest effect can be distinguished in the case of the sample austempered at 400°C and the smallest at 500°C. Summarizing the dilatometric results, we can conclude that an increase in austempering temperature causes an increase in austenite stability. In other words, the chemical composition lowers (shifts to lower temperatures) the range of bainite transformation. It is possible that at higher austempering temperatures we will receive only stable austenite without any transformation. This is indicated by the hatched area in Figure 4b. This means that the heat treatment of cast steel into bainite is limited on both sides by martensitic transformation and the range of stable austenite. The paper attempts to estimate the content of retained austenite with X-ray diffraction.

2

Wpływ temperatury austenizowania na mikrostrukturę i twardość stali typu Hardox 450

Dziurka R., Łętkowska B., Zbyrad-Kołodziej W.

Przegląd Spawalnictwa

|

2018

|

R. 90, nr 5

136--141

PL

W pracy przedstawiono symulację wpływu temperatury na zakres przemian fazowych w strefie wpływu ciepła w obszarze temperatur przegrzania. Wybrano pięć różnych temperatur austenityzowania, tj.: 900, 1000, 1100, 1200 oraz 1300 ̊C. Symulacje nagrzewania i chłodzenia wykonano na wysokorozdzielczym dylatometrze L78 R.I.T.A. Po austenityzowaniu, próbki chłodzono z dwoma wybranymi szybkościami 5 i 1 ̊C/s do temperatury pokojowej. Na próbkach po ochłodzeniu wykonano analizę mikrostruktury i twardości. W oparciu o przedstawione wyniki określono wpływ temperatury na hartowność w zakresie badanych szybkości chłodzenia i w konsekwencji zmian w mikrostrukturze oraz jednorodności uzyskanych map twardości.

EN

The paper presents the simulation of the temperature effect on phase transformation in the heat-affected zone in the area of superheat temperatures. Five different temperatures were selected, i.e. 900, 1000, 1100, 1200 and 1300 ̊C. Heating and cooling simulations were carried out on the L78 R.I.T.A high-resolution dilatometer. After austenitizing, the samples were cooled with two selected rates 5 and 1 ̊C/s. On the samples after cooling, microstructure analysis and hardness distribution analysis were performed. Based on the results, the influence of temperature on the increase of hardenability in the range of the tested cooling rates was determined and as a consequence changes in the microstructure and homogeneity of the obtained hardness maps.

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

The influence of austenitization temperature on phase transformations of supercooled austenite in low-alloy steels with high resistance to abrasion wear

Białobrzeska B., Dziurka R., Żak A., Bała P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 2

413--429

EN

The paper presents continuous cooling transformation (CCT) diagram of selected low-alloy steel with high resistance to abrasion. Samples were prepared from examined material in as delivered conditions, then were austenitized at 900, 1000, 1100 and 1200 °C for 20 min, and then cooled with the rates of V800–500 = 50, 10, 5, 1, 0.5, 0.1 °C/s. During the dilatometric research, the critical temperatures were defined as well as the critical points specified for different cooling rates were designated. In addition, metallographic documentation of received microstructures after dilatometric investigations was prepared and hardness measurement was performed. The increase in the austenitizing temperature caused changes in the temperature of MS and in the size of the martensite laths. What is more, the increase in the austenitizing temperature in the case of the analyzed steel caused a displacement of the bainitic and diffusion transformations to longer times. During the analysis using the TEM and SEM it was found that the size of the austenite grains is largely controlled by precipitates of the nitrides of AlN, TiN and carbides, mainly Cr7C3 and M23C6.

5

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.

6

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.

7

Influence of niobium on the structure and properties of the matrix of high-speed steel with nickel

Pacyna J., Dziurka R., Grudzień M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 6

335--340

EN

The following paper investigates two model alloys simulating the quenched matrix of high-speed steels with an addition of 1.5% Ni, which was enriched with 1% and 2% of Nb to increase abrasion resistance. Based on the alloys’ composition comprising of W, Mo, V and Cr, the simulations of the quenched matrix of the high-speed steels indicate sufficiently high hardenability. The purpose of increasing the nickel content in the composition of such alloys was to increase their crack resistance, whereas the addition of the strongly carbide-forming niobium in amounts of 1% and 2%, balanced by an additional carbon content, was aimed at increasing the abrasion resistance of these steels. The authors of the above mentioned chemical composition concept expect that these types of alloys will be used in the production of tools (rolls) designed for the rolling of metallurgical products which are difficult to produce (flat bars, channel bars and tee bars). The quenching temperature of both alloys was optimised on the base of the so called quenching series. The accurate CCT diagrams and the tempering series for revealing the secondary hardness effect were also performed for these alloys. All investigation stages were accurately documented by metallographic tests.

PL

W pracy postanowiono wznowić badania na osnowie zahartowanej stali szybkotnącej, jednakże jej skład uzupełniono dodatkiem około 1,5% Ni oraz dodatkami odpowiednio około 1% i 2% Nb. Dodatki niobu, jeżeli tylko zostaną zbilansowane odpowiednimi dodatkami węgla, powinny dzięki utworzeniu stabilnych węglików Nb4C3 zwiększyć odporność na ścieranie stopu, a dodatki niklu powinny zwiększyć jego odporność na pękanie. Takie postępowanie powinno umożliwić uzyskanie materiału narzędziowego odpornego na ścieranie oraz odpornego na pękanie o właściwościach zahartowanej osnowy stali szybkotnących. Autorzy składu chemicznego nowych stopów i ich koncepcji spodziewają się, że będą one stosowane do wytwarzania narzędzi (walców) przeznaczonych do walcowania produktów hutniczych, które są trudne do wytworzenia (płaskowników, ceowników oraz teowników).

8

Experimental and Thermodynamic Study of Selected in-Situ Composites from the Fe-Cr-Ni-Mo-C System

Wieczerzak K., Bala P., Dziurka R., Stepien M., Tokarski T., Cios G., Gorecki K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

1241--1247

EN

The aim of the study was to synthesize and characterize the selected in-situ composites from the Fe-Cr-Ni-Mo-C system, additionally strengthened by intermetallic compounds. The project of the alloys was supported by thermodynamic simulations using Calculation of Phase Diagram approach via Thermo-Calc. Selected alloys were synthesized in an arc furnace in a high purity argon atmosphere using a suction casting unit. The studies involved a range of experimental techniques to characterize the alloys in the as-cast state, including optical emission spectrometry, light microscopy, scanning electron microscopy, electron microprobe analysis, X-ray diffraction and microhardness tests. These experimental studies were compared with the Thermo-Calc data and high resolution dilatometry. The results of investigations presented in this paper showed that there is a possibility to introduce intermetallic compounds, such as χ and σ, through modification of the chemical composition of the alloy with respect to Nieq and Creq. It was found that the place of intermetallic compounds precipitation strongly depends on matrix nature. Results presented in this paper may be successfully used to build a systematic knowledge about the group of alloys with a high volume fraction of complex carbides, and high physicochemical properties, additionally strengthened by intermetallic compounds.

9

Mikrostruktura i właściwości staliwa stopowego G200CrNiMo4-3-3

Rożniata E., Dąbrowski R., Kokosza A., Dziurka R., Pacyna J.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2015

|

T. 55, nr 4

41--49

PL

Przedmiotem pracy jest analiza mikrostruktury i właściwości mechanicznych staliwa G200CrNiMo4-3-3. Badane staliwo stopowe, zawierające około 2% C, jest bardzo dogodnym materiałem stosowanym na hutnicze walce robocze do pracy na gorąco, ze względu na bardzo dobrą odporność na ścieranie (w kotlinie walcowniczej), a także bardzo dobrą odporność na zmęczenie mechaniczne i cieplne. Wykonane badania metalograficzne pozwoliły na scharakteryzowanie mikrostruktury staliwa po odlaniu oraz po obróbce cieplnej. Przedstawiono także wyniki badań właściwości mechanicznych staliwa G200CrNiMo4-3-3. Wykonano m.in. statyczną próbę rozciągania, w której określono właściwości wytrzymałościowe oraz plastyczne. W próbie udarności (metodą Charpy’ego na próbkach z karbem V) wyznaczono prace łamania KV. Dokonano również pomiarów twardości, stosując metodę Vickersa i Brinella.

EN

The subject of the study is the analysis of the microstructure and mechanical properties of cast G200CrNiMo4-3-3 steel. The investigated alloyed cast steel, containing approximately 2% C, is nearly an ideal material for the hot mill work rolls, and this is mainly due to its very high abrasion resistance (in roll-gap), combined with very good mechanical and thermal fatigue properties. The performed metallographic examinations allowed establishing the characteristics of the cast steel microstructure in as-cast state and after heat treatment. The results of mechanical tests carried out on the cast G200CrNiMo4-3-3 steel were also reported. Among other things, a static tensile test was performed to determine the strength coefficients and plastic properties. By means of the Charpy impact test made on V-notched specimens, the ductility of the investigated cast steel was tested and the impact energy KV was determined. Hardness measurements were taken by the Vickers and Brinell method.

10

Nowe staliwo ledeburytyczne na narzędzia do przetwórstwa materiałów

Pacyna J., Dziurka R.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

329--333

PL

W pracy zaprojektowano skład chemiczny nowego staliwa ledeburytycznego przeznaczonego na walce do walcowania na gorąco. Ma ono zastąpić dotychczasowe staliwo gatunku G200CrNiMo4-3-3 powszechnie stosowane na walce w dużych i średnich walcowniach. Dotychczasowy materiał charakteryzował się siatką ledeburytu przemienionego na granicach pierwotnych ziaren austenitu. Ledeburyt przemieniony w tym staliwie tworzy cementyt chromowy oraz perlit, a cementyt drugorzędowy często występuje w układzie Widmanstättena. Nowe staliwo ledeburytyczne zostało opracowane na bazie składu chemicznego stali nierdzewiejącej, umacnianej wydzieleniowo, o średnim składzie 0,07% C, 1,40% Cr, 5,50% Ni, 1,60% Mo, 0,40% Nb i 1,60% Cu, oznaczane według PN-EN 10088-1:1998 jako X5CrNiMoCuNb14-5. Skład ten uzupełniono dodatkiem 1,00% C i 4,25% V. Proporcja dodatku wanadu i węgla wynikała z ciężarów atomowych tych dwóch pierwiastków. Nowe tworzywo powinno charakteryzować się bardzo dobrą odpornością na ścieranie (węgliki V) i dużą wytrzymałością osnowy umocnionej wydzieleniowo. Nowe staliwo powinno również charakteryzować się większą odpornością na pękanie i mniejszą skłonnością do pękania wzdłuż siatki ledeburytu przemienionego.

EN

As part of this work a chemical composition designed of the new ledeburitic cast steel intended for hot rolling mill rolls was presented. It shall replace the existing cast grade G200CrNiMo4-3-3 commonly used for large and medium rolling mills. The existing material has a net of transformed ledeburite on the primary austenite grains boundaries. Transformed ledeburite consist of the iron and chromium carbides, perlite and secondary cementite often occur in the Widmanstätten system. The new ledeburitic cast steel was developed on the base of chemical composition of precipitation hardened stainless steel with an average composition of 0.07% C, 1.40% Cr, 5.50% Ni, 1.60% Mo, 0.40% Nb and 1.60% Cu identified according to PN EN 10088-1:1998 as X5CrNiMoCuNb14-5. This composition has been supplemented of 1.00% C, 4.25% V. The ratio of the coal additive is a result from the atomic weights of these two elements. The new material should have a very good wear resistance (vanadium carbides) and high strength through precipitation hardening matrix. The new cast steel should also have a greater resistance to cracking and less tendency to cracking along the net of transformed ledeburite.

11

Kinetyka przemian przechłodzonego austenitu stali 13MnSi6-5 typu TRIP chłodzonej z zakresu temperatur krytycznych

Kokosza A., Pacyna J., Dziurka R.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

324--328

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań kinetyki przemian fazowych przechłodzonego austenitu podczas ciągłego chłodzenia stali 13MnSi6-5 typu TRIP. W badaniach tych zastosowano niekonwencjonalną temperaturę wyżarzania w zakresie temperatur krytycznych, od której oziębiano badaną stal. Była ona tylko o 10°C wyższa od temperatury, przy której w badanej stali rozpoczyna się przemiana perlitu w austenit (Ac1s), ale niższa o ok. 60°C od powszechnie zalecanej dla stali typu TRIP temperatury wyżarzania w zakresie dwufazowym, w którym współistnieje austenit i ferryt (Ac1f÷Ac3). Na podstawie analizy dylatometrycznej i metalograficznej dla badanej stali opracowano wykres czas–temperatura–przemiana przy chłodzeniu ciągłym (CTPc), który ilustruje kinetykę przemian fazowych przechłodzonego austenitu w badanej stali. Stwierdzono, że stal 13MnSi6-5 po oziębianiu od 750°C (Ac1s + 10°C) cechuje się niewielką hartownością. Hartowność ta okazała się jednak większa niż po oziębianiu od zalecanej temperatury (810°C). Zaobserwowano również, że przemiana martenzytyczna podczas chłodzenia od tak niskiej temperatury przebiega w dwóch etapach. Obserwacje te mogą wskazywać na tworzenie się w trakcie wygrzewania w 750°C dwóch rodzajów austenitu, różniących się zawartością węgla. Pierwszy z nich (wysokowęglowy) tworzy się z perlitu, natomiast austenit niskowęglowy może powstawać w rezultacie przebiegającej równocześnie przemiany ferrytu w austenit. Zasugerowano, że zastosowanie przedstawionego w pracy sposobu wyżarzania badanej stali typu TRIP może przyczynić się do zwiększenia udziału austenitu szczątkowego w jej mikrostrukturze, a przez to do poprawy jej właściwości mechanicznych.

EN

Comprehensive studies of the phase transformations kinetics of overcooled austenite in the 3MnSi6-5 TRIP steel during continuous cooling were carried out in order to draw the continuous cooling Time–Temperature–Transformation (CCT) diagram. The unconventional annealing temperature within the intercritical temperatures range was applied in these studies. It was only 10°C higher than the temperature at which the pearlite to austenite transformation — in the investigated steel — starts (Ac1s), but lower by approximately 60°C than the commonly recommended for TRIP steels annealing temperature at which austenite and ferrite coexist (Ac1f÷Ac3). It was found that the 13MnSi6-5 steel after cooling from 750°C (Ac1s + 10°C) was characterised by a low hardenability. However, this hardenability was higher than the one after cooling from the recommended temperature (810°C). It was also observed that the martensitic transformation during cooling from such a low temperature proceeds in two stages. These observations may indicate that two types of austenite, with a different carbon content, are formed during annealing at 750°C. The first of them (high carbon) is formed from pearlite, while the low carbon austenite may be formed as a result of the transformation of ferrite to austenite occurring simultaneously. It seems that the application of the annealing type presented in the paper, can contribute to increasing the volume fraction of the retained austenite in the microstructure of the investigated steel and hence to improve its mechanical properties.

12

Analiza mikrostruktury stali podeutektoidalnej Co–Mo po ciągłym chłodzeniu z zakresu austenitu

Rożniata E., Dziurka R., Górecki K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

414--418

PL

W pracy przedstawiono analizę kinetyki przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali podeutektoidalnej 37CoMo4-3. Zastosowano badania metalograficzne oraz dylatometryczne, a także pomiary twardości. Badania metalograficzne wykonano na mikroskopie świetlnym Axiovert 200 MAT firmy Carl Zeiss. Zgłady trawiono 3% nitalem w celu ujawnienia poszczególnych składników mikrostrukturalnych badanej stali. Pomiary twardości wykonano aparatem Vickersa typu HPO 250, stosując siłę obciążająca 30 kG. Badania dylatometryczne wykonano za pomocą dylatometru L78 R.I.T.A. firmy LINSEIS. Rejestrowano cyfrowo zmiany wydłużenia próbek o wymiarach Ø3×10 mm w zależności od temperatury. Otrzymane krzywe chłodzenia różniczkowano, co pozwoliło precyzyjnie określić temperaturę początku i końca poszczególnych przemian. Próbki nagrzewano z szybkością 5°C/s do temperatury austenityzowania TA = 870°C, wygrzewano przez 20 min, a następnie chłodzono z różną szybkością (w zakresie od 300°C/s do 0,1°C/s).

EN

Present work corresponds to the research on the kinetics of phase transformation of undercooled austenite and analysis of the microstructure of 37CoMo4-3 hypoeutectoid steel, imitating by its chemical composition toughening steels. The kinetics of phase transformation of undercooled austenite of investigated alloy was presented on CCT diagram (continuous cooling transformation). The paper presents metallographic examinations, as well as hardness measurements. Metallographic observations were carried out using a Carl Zeiss Axiovert 200 MAT light microscope. Polished sections were etched with a 3% nital (3% HNO3 solution in C2H5OH). Dilatometric tests were performed using L78 R.I.T.A dilatometer of LINSEIS. Using dilatometer, the changes of elongation of the samples with dimensions Ø3×10 mm as a function of temperature were registered. Obtained heating curves were used for precise determination of the critical temperatures (critical points) for the examined steels. The differentiation of obtained cooling curves allowed to precisely define the temperature of the beginning and the end of particular phase transitions and thus to draw CCT diagrams.

13

The Phase Transformations in Hypoeutectoid Steels Mn-Cr-Ni

Rożniata E., Dziurka R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

497--502

EN

The results of a microstructure and hardness investigations of the hypoeutectoid steels Mn-Cr-Ni, imitating by its chemical composition toughening steels, are presented in the paper. The analysis of the kinetics of phase transformations of undercooled austenite of steels containing different amounts of alloying elements in their chemical composition, constitutes the aim of investigations. Metallographic examinations were carried out on a Axiovert 200 MAT light microscope. Sections were etched with a 3% HNO3 solution in C2H5OH. Dilatometric tests were performed using L78 R.I.T.A dilatometer. Using dilatometer the changes of elongation (Δl) of the samples with dimensions Ø 3×10 mm as a function of temperature (T) were registered. Obtained heating curves were used to precisely determine the critical temperatures (critical points) for the tested steels, while the differentiation of obtained cooling curves allowed to precisely define the temperatures of the beginning and the end of particular transition to draw CCT diagrams. Four CCT diagrams worked out for the tested hypoeutectoid steels (for quenching of steel) are - in the majority of steels - separated by the undercooled austenitic range and are of the letter „C” shape. However, for steels with Mn and Ni the separation of diffusive transformations from the bainitic transformation by the stable austenitic range is not observed. Hardenability of four investigated hypoeutectoid steels is similar, but still not high. To obtain martensite in the microstructure of these steels, it is necessary to apply the cooling rate higher than 25°C/s. The exception constitutes the Mn - Ni steel, in which only cooling with the rate higher than 50°C/s allows to achieve the martensitic microstructure and to avoid diffusive transformations (pearlitic and ferritic).

PL

W artykule zamieszczono wyniki badań mikrostruktury, twardości stali podeutektoidalnych Mn-Cr-Ni imitujących składem chemicznym stale do ulepszania cieplnego. Celem badań jest analiza kinetyki przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali różniących się zawartością pierwiastków stopowych w składzie chemicznym. Badania metalograficzne wykonano na mikroskopie świetlnym Axiovert 200 MAT. Zgłady wytrawiono 3% nitalem (3% roztwór HNO3 w C2H5OH. ). Badania dylatometryczne wykonano przy użyciu dylatometru L78 R.I.T.A. Za pomocą dylatometru rejestrowano zmiany wydłużenia (Δl) próbek o wymiarach Ø 3×10 mm w funkcji temperatury (T). Otrzymane krzywe nagrzewania posłużyły do precyzyjnego wyznaczenia temperatur krytycznych (punktów przełomowych) dla badanych stali. Z kolei, otrzymane krzywe chłodzenia różniczkowano, co pozwoliło precyzyjnie określić temperatury początków i końców poszczególnych przemian dla wykonania wykresów CTPc. Opracowane cztery wykresy CTPc dla badanych stali podeutektoidalnych (do ulepszania cieplnego) są w większości rozdzielone zakresem trwałości przechłodzonego i mają kształt litery „C”. Jednak dla stali z Mn i Ni nie obserwuje się rozdzielenia przemian dyfuzyjnych od przemiany bainitycznej zakresem stabilnego austenitu. Hartowność czterech badanych stali podeutektoidalnych jest zbliżona do siebie, ale nadal niewielka. Dla uzyskania samego martenzytu w mikrostrukturze badanych stali, niezbędne jest zastosowanie szybkości chłodzenia większej niż 25°C/s. Wyjątek stanowi stal Mn-Ni, gdzie jej hartowność jest znikoma, ponieważ dopiero chłodzenie z szybkością większą niż 50°C/s pozwoli uzyskać mikrostrukturę martenzytyczną i uniknąć przemian dyfuzyjnych (perlitycznej i ferrytycznej).

14

Phase transformations in the precipitation hardened cast steel

Pacyna J., Dziurka R., Grudzień M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 73, nr 2

62--68

EN

Purpose: The microstructure of the new ledeburitic, tool cast steel of the precipitation hardened matrix was designed. The concept of this microstructure was based on the microstructure of the steel-bonded carbides [1,2], in which a skeleton is built of sintered carbides. This skeleton is produced by the powder metallurgy methods and then filled with melted steel of the selected chemical composition. Design/methodology/approach: The new cast steel of the structure analogous to the steel-bonded carbides was conventionally melted in a furnace, however with omitting pressing and sintering operations of the powder metallurgy. The carbides skeleton in the new cast steel is formed by carbides of the MC type forming jointly ledeburite and its matrix constitutes steel hardened by precipitates of intermetallic compounds. This new material will be destined for tools of a moderate hardness (approximately 40 HRC), high abrasion resistance and high strength. Findings: Utilising hard carbides forming by elements of VB group of the Mendeleev’s table it is possible to design the tool material similar to the steel-bonded carbide of the selected matrix composition and primary carbides of MC type. Research limitations/implications: The chemical composition the matrix of designed material decides on its hardness and strength, the MC type carbides decide on the abrasion resistance and if they occur in the eutectic form they decide on a rather low fracture toughness. Therefore efforts should be undertaken to have non-ledeburitic materials. Practical implications: As a result of these investigations a new precipitation hardened cast steel have been worked out and a possibility of its industry applied was shown. Originality/value: The results of investigations of phase transformations in the new cast steel at its heating and cooling from the austenite range, are presented in the hereby paper.

15

The analysis of phase transformation of undercooled austenite and selected mechanical properties of low-alloy steel with boron addition

Łętkowska B., Dziurka R., Bała P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 2

308--316

EN

The paper presents continuous cooling transformation (CCT) diagram of selected low-alloy boron steel with high resistance to abrasion. Tests were performed on samples with dimensions of Ø 3 mm × 10 mm. Samples were prepared from examined material in as – delivery conditions, then were austenitized at 930 °C for 20 min, and then cooled with the rates of V800-500 = 0.17, 0.33, 1, 5, 10, 25 and 47 °C/s. During the dilatometric research, the critical temperatures were defined as well as the critical points specified for different cooling rates were designated. In addition, metallographic documentation of received microstructures after dilatometric investigations was prepared and hardness measurement was performed. Moreover, examinations of the basic parameters of strength, impact test and abrasion resistance test were performed and a tendency to brittle fracture was analyzed. The studies show big differences of the analyzed parameters depending on the applied heat treatment, which should provide guidance to users to specific applications of this type of steel.

16

Kinetyka przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali podeutektoidalnej 37MnCo6-4

Rożniata E., Dziurka R.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 1

25--30

PL

W pracy podjęto się analizy kinetyki przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali podeutektoidalnej 37MnCo6-4. Dokonano także oceny wpływu temperatury austenityzowania TA na twardość próbek badanej stali oziębianych w wodzie. Wyznaczono najkorzystniejszą temperaturę austenityzowania, a także dokonano pomiaru wielkości ziarna byłego austenitu. Są to badania podstawowe (wstępne) dotyczące ilościowej analizy mikrogradientów składu chemicznego w wieloskładnikowych stopach żelaza z węglem. Stopy te reprezentują m.in. wielkie grupy stali do ulepszania cieplnego. W pracy przeprowadzono badania metalograficzne oraz dylatometryczne i pomiary twardości. Badania metalograficzne wykonano na mikroskopie świetlnym Axiovert 200 MAT firmy Carl Zeiss. W celu ujawnienia poszczególnych składników strukturalnych badanej stali zgłady trawiono 3% nitalem lub wodnym roztworem kwasu pikrynowego, aby ujawnić miejsca z wyraźnymi granicami ziaren byłego austenitu. Pomiary twardości wykonano sposobem Vickersa za pomocą twardościomierza typu HPO 250. Badania dylatometryczne wykonano za pomocą dylatometru L78R.I.T.A. firmy LINSEIS. Na podstawie analizy jakościowej i ilościowej stwierdzono, że badana stal podeutektoidalna 37MnCo6-4 wykazuje powolny wzrost średniej średnicy równoważnej ziarna byłego austenitu od temperatury austenityzowania 860°C, co przejawia się zmniejszeniem twardości próbek zahartowanych. Z kolei powyżej temperatury 950°C obserwuje się nagły wzrost ziarna austenitu, który w stalach konstrukcyjnych (do ulepszania cieplnego) nazywa się anormalnym rozrostem ziarna. Zastosowanie temperatury austenityzowania 840°C nie zmienia na wykresie CTPc charakteru krzywych dla przemian dyfuzyjnych (perlitycznej i ferrytycznej), a także przemiany pośredniej (bainitycznej).

EN

The paper corresponds to the research on the kinetics of phase transformation of undercooled austenite and analysis of the microstructure of hypoeutctoid steel. According to the PN-EN 10027 standard, this steel should have the 37MnCo6-4 symbol. The kinetics of phase transformation of undercooled austenite of the investigated alloy was presented on a CCT diagram (continuous cooling transformation) – Figure 7. The paper presents metallographic research (Fig. 5, 6, 9), calculation of the average diameter of the austenite grain (Tab. 2), as well as hardness measurements (Fig. 4). The austenitising temperature was assumed, in a standard way, which means higher by 30÷50°C than the Ac3 temperature for hypoeutectoid steels. The steel samples were subjected to full annealing. A sample of the tested alloy was heated to a temperature of 850°C, held for 2 hours, and then cooled at a rate of 3°C/min to 500°C and further cooled at a rate of 30°C/min to room temperature. The microstructure of the investigated material was examined by means of a light microscope, Axiovert 200 MAT. The hardness measurements were performed with a Vickers HPO250, which imposes a force equal to 10 kG and 30 kG. The dilatometric measurements were performed with a L78R.I.T.A. dilatometer. The CCT diagrams were made on the basis of dilatograms recorded for samples cooled at various rates. It was concluded that the transition start curves are C-shaped. According to the Wever and Rose classification, this is a type III chart.

17

Microstructure and Mechanical Properties of Structural Steel after Dynamic Cold Working Deformation

Pacyna J., Dąbrowski R., Rożniata E., Kokosza A., Dziurka R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1699--1703

EN

The results of the selected mechanical properties i.e. ultimate tensile strength (UTS), yield stress (YS), elongation (EL), reduction of area (RA), hardness (HV) and impact strength (KCV) of the common, S235JR grade steel, are presented in the paper. A strong relationship between the above mentioned properties and cooling rates after hot rolling of rods, made of this steel, was found. Additionally, the possibility of further enhancing of mechanical properties (UTS and YS) by the controlled, dynamic cold working, was shown. The use of such deformation, through changes in the microstructure allows for the upper yield stress (YS) increase - app. 10% and ultimate tensile strength UTS - app. 5%. Simultaneously, very high indicators of plasticity (EL, RA) and impact strength (KCV) are retained, as they were immediately after the rolling. The possibility of improving the mechanical properties of rods made of this steel grade has a great technological and commercial importance for its manufacturers, as well as for their final users.

PL

W pracy zamieszczono wyniki badań wybranych własności mechanicznych (Rm, ReH, A, Z, HV, KV) popularnej stali niestopowej w gatunku S235JR, wskazując na silny wpływ szybkości chłodzenia prętów z tej stali po walcowaniu na gorąco. Dodatkowo, pokazano możliwość dalszego zwiększenia własności wytrzymałościowych (Rm, ReH) przez zastosowanie kontrolowanego, dynamicznego odkształcenia plastycznego na zimno. Zastosowanie takiego odkształcenia, poprzez zmiany w mikrostrukturze, umożliwia uzyskanie wzrostu górnej granicy plastycznosci ReH o ok. 10%, wytrzymałości na rozciąganie Rm o ok. 5% przy zachowanych, tak jak w stanie bezpośrednio po walcowaniu, bardzo wysokich wskaźnikach plastyczności (A, Z) i odporności na pękanie (KV). Mozliwość poprawy własności mechanicznych prętów wytwarzanych z tej popularnej stali ma duże znaczenie technologiczne i handlowe dla jej wytwórców, jak również duże znaczenie dla ich końcowych użytkowników.

18

Improper Interpretation of Dilatometric Data for Cooling Transformation in Steels

Pawłowski B., Bała P., Dziurka R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1159--1161

EN

Dilatometry is the most commonly method of producing CCT diagrams and analyzing phase transformations during cooling (as well as transformations during heating) and it permits the real-time monitoring of the extent of reaction in terms of dimensional changes due to phase transformation. All modern dilatometers are fitted with computerised systems which collect dimensional change signals versus temperature to plot a dilatometric curve and also to calculate and plot the derivative of the relative dimensional change with respect to temperature. Unfortunately, elaborated by dilatometers manufacturers software, in many cases could lead to wrong interpretation of phase transformations during cooling.

PL

Dylatometria jest najczęściej stosowana technika badawczą przy tworzeniu wykresów CTPc i analizie przemian fazowych podczas chłodzenia oraz nagrzewania. Umożliwia również śledzenie na bieżąco postępu przemiany dzięki rejestracji zmian wymiarów próbki w trakcie przemiany. Wszystkie współczesne dylatometry są wyposażone w systemy komputerowe sterowania i akwizycji danych pomiarowych umożliwiające obserwację dylatogramu w trakcie chłodzenia czy nagrzewania jak również obliczenie i narysowanie po zakończeniu eksperymentu wykresu różniczki (pierwszej pochodnej) w funkcji temperatury. Niestety, fabryczne oprogramowanie w wielu przypadkach może prowadzić do błędnej interpretacji zjawisk podczas przemian fazowych w trakcie chłodzenia.

19

Effect of microstructural banding in hot-work tool steel on thermal expansion anisotropy

Pawłowski B., Bała P., Dziurka R., Krawczyk J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2013

|

Vol. 56, nr 1

14--19

EN

Purpose: The objective of the present work was to study the effect of the microstructural banding on the thermal anisotropy of hot-work tool steel used for die for aluminium alloy die-casting. In particular, the major purpose of this research was to find possible correlation between geometrically oriented thermal expansion coefficient values and the presence of number of parallel cracks on the working surface of die. Design/methodology/approach: The studies were performed on the specimens which were cut from the failed prematurely die along the three axes of the coordinate system (X-axe was parallel to the cracks direction). Macroscopic, metallographic, SEM and dilatometric examination were made. Findings: Surface cracks of die are parallel to the microstructural banding orientation. Differences in the values of thermal expansion coefficient determined along the three axes of the coordinate system probably promote cracks propagation direction. Research limitations/implications: Studies were performed on the single prematurely failed die for economic reason. This work findings should be compared to the similar examinations results obtained for the another failed dies. Practical implications: The incorrect microstructural banding orientation of the die core and related differences in the values of thermal expansion coefficient promote crack propagation. Originality/value: This show the relationship between microstructural banding and the thermal anisotropy of hot-work tool steel used for die for aluminium alloy die-casting.

20

The effect of carbon content on selected mechanical properties of model Mn-Cr-Mo alloy steels during tempering

Dziurka R., Pacyna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 3

157--161

EN

The aim of this study is to explain inﬂuence of the kinetics of phase transformations during tempering on the fracture toughness of model steel with various carbon content. Optimum mechanical properties are achieved by proper design and careful implementation heat treatment technology. Above all it is necessary to avoid the temperature range 250÷400°C, in which the temper brittleness occurs. To determine the largest drop of impact strength related to the irreversible and reversible temper brittleness, the tempering was performed at temperature range of 100 to 600°C in steps of 50°C. For the WI steel the ﬁrst drop in toughness occurred after tempering at 300°C, which is associated with irreversible temper brittleness effect. Another drop in impact strength occurred for the tempering temperature of 500°C and is associated with the reversible temper brittleness effect. For the WII steel the ﬁrst drop in toughness occurred after tempering at 250°C, which is associated with irreversible temper brittleness effect. The effect of reversible brittleness is associated with a drop in toughness, which was marked during tempering at 550°C. For the WIII, the ﬁrst slight drop in impact strength was observed at 250°C while the minimum occurred after tempering at 300°C. This drop in impact strength is most likely associated with the irreversible temper brittleness. The second minimum in impact strength associated with reversible brittleness was similar as in the case of the WI steel at 500°C.

PL

Celem badań było określenie skłonności trzech nowych modelowych stali stopowych do wystąpienia efektu kruchości odpuszczania I rodzaju. Badania wykonano na trzech stalach modelowych chromowo-manganowo-molibdenowych o zróżnicowanej zawartości węgla. Ponadto w pracy zbadano wpływ przemian fazowych przy odpuszczaniu na własności mechaniczne tych stopów. Uzyskanie optymalnych właściwości mechanicznych stali jest możliwe dzięki prawidłowemu zaprojektowaniu technologii i starannemu wykonaniu ich obróbki cieplnej. Przede wszystkim należy unikać zakresu temperatury, w którym może występować kruchość odpuszczania I rodzaju (250÷400°C). W celu określenia największego nasilenia kruchości odpuszczania I rodzaju wykonano odpuszczanie w temperaturze od 100 do 600°C co 50°C. Próbki odpuszczano przez 2 godziny. Pierwszy zmniejszenie udamości dla wytopu WI stwierdzono po odpuszczaniu w temperaturze 300°C, co należy wiązać z kruchością odpuszczania I rodzaju. W obrębie tej kruchości najmniejszą udamość stal ta miała po odpuszczaniu w 350°C. Kolejny spadek udarności zaznaczył się dopiero dla temperatury odpuszczania 500°C i jest związany z efektem kruchości odpuszczania II rodzaju. Zmniejszenie udarności jest mniejsze niż w przypadku wystąpienia efektu kruchości I rodzaju. Dla wytopu WII pierwsze duże zmniejszenie udarności zaobserwowano po odpuszczaniu w temperaturze 250°C, co należy wiązać z kruchością odpuszczania I rodzaju. Efekt kruchości II rodzaju wystąpił po odpuszczaniu w 550°C. Dla wytopu WIII pierwszy niewielki spadek udarności stwierdzono po odpuszczaniu w temperaturze 250°C, natomiast najmniejszą udarność zmierzono po odpuszczaniu w temperaturze 300°C, co jest związane z kruchością odpuszczania I rodzaju. Drugie minimum udarności związane z wystąpieniem kiuchości odpuszczania II rodzaju zaznaczyło się, podobnie jak w przypadku wytopu WI, po odpuszczaniu w 500°C.