Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterization of Tribological Properties of Oxide Layers Obtained on Titanium in Different Friction Couples

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Kaptacz S., Czajerek P.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

5--11

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko.

2

Thermal, mechanical, and tribological properties of PTFE composite with 20% graphite content irradiated with an electron beam

Barylski A., Kaptacz S., Skoneczny W., Kupka M., Aniołek K.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

17--20

EN

The paper investigated the effect of irradiation with an electron beam of energy 10 MeV in doses of 26–156 kGy on polytetrafluoroethylene with a 20% graphite additive. The tests have shown that changes in thermal properties of the composite (heat of crystallization, melting point, and degree of crystallinity) directly affected mechanical properties and contributed to the significant improvement of tribological properties. Tribological tests were performed on a pin-on-disc (T-01) test stand and counter-specimens were made of 1H18N9T steel. The load applied in the friction pair was 1 and 2 MPa (20 and 40 N). A nearly fourfold reduction in linear wear compared to the initial state for a load of 1 MPa has been shown. On the other hand, a more than 20-fold decrease in wear was found during tribological tests when the load was increased to 2 MPa. The most advantageous results were obtained for specimens irradiated with a dose of 104 kGy, and irradiation with a higher dose led to the degradation of the polymer and caused its wear to increase again. The obtained results hold promise for a significant improvement of the operational life of friction couples that do not require lubrication used, for example, in air compressors and engines, and for the possible application of thus modified polymers in nuclear and space industries.

PL

W artykule zbadano wpływ napromieniowania strumieniem elektronów o energii 10 MeV i dawkach 26–156 kGy na politetrafluoroetylen z 20% dodatkiem grafitu. Badania wykazały, że zmiany właściwości termicznych kompozytu (ciepło krystalizacji, temperatura topnienia, stopień krystaliczności) miały bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne oraz znaczną poprawę właściwości tribologicznych. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku trzpień-tarcza (T-01) przeciwpróbki wykonano ze stali 1H18N9T. Nacisk w węźle tarcia wynosił 1 i 2 MPa (20 i 40 N). Wykazano blisko 4-krotne ograniczenie zużycia liniowego w porównaniu do stanu wyjściowego dla nacisku 1 MPa. Przy zwiększeniu nacisku do 2 MPa podczas badań tribologicznych stwierdzono natomiast ponad 20-krotne zmniejszenie zużycia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla próbek napromieniowanych dawką 104 kGy; napromieniowanie większą dawką prowadziło do degradacji polimeru i ponownego wzrostu zużycia. Otrzymane wyniki rokują na znaczną poprawę trwałości eksploatacyjnej węzłów tarcia niewymagających smarowania stosowanych np. w sprężarkach powietrza, silnikach, a także możliwość zastosowania tak zmodyfikowanych polimerów w przemyśle jądrowym oraz kosmicznym.

3

The influence of isothermal oxidation parameters on the tribological properties of titanium

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

5--9

EN

The paper presents the results of tests concerning the tribological properties of titanium Grade 2 subjected to thermal oxidation at a temperature of 600°C and 700°C for 72 hours. The morphology of the obtained oxide scale was determined using a scanning electron microscope. After oxidation at 600°C, the resultant oxides concentrated mostly on the roughness elevations formed during the grinding of samples. On raising the temperature to 700°C, finer and more agglomerated oxide particles were formed. Tribological tests have shown that titanium Grade 2 in a non-oxidised condition is characterised by very poor resistance to sliding wear. It has been found that the presence of an oxide layer on the surface of titanium significantly improves its poor tribological properties. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed obtaining as much as a triple reduction of volumetric wear. Analysis of the morphology of the wear trace surface has shown the presence of corrugation wear on a non-oxidised specimen in the form of two alternate regions with different morphologies. It has been demonstrated that oxide layers obtained during thermal oxidation eliminate the phenomenon of corrugation wear.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 poddanego procesowi utleniania termicznego w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanej zgorzeliny tlenkowej. Po utlenianiu w temperaturze 600°C powstałe tlenki koncentrowały się głównie na wzniesieniach nierówności powstałych w trakcie procesu szlifowania próbek. Podwyższenie temperatury do 700°C prowadziło do powstawania drobniejszych, skupionych cząstek tlenków. Badania tribologiczne wykazały, że tytan Grade 2 w stanie nieutlenionym charakteryzuje się bardzo słabą odpornością na zużycie ścierne. Stwierdzono, że obecność warstwy tlenkowej na powierzchni tytanu w sposób znaczący poprawia jego słabe właściwości tribologiczne. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 i 700°C pozwoliły uzyskać redukcję zużycia objętościowego nawet 3-krotnie. Badania morfologii powierzchni śladów wytarcia wykazały występowanie zużycia falistego na próbce nieutlenionej w postaci dwóch naprzemianległych obszarów o różnej morfologii. Wykazano, że warstwy tlenkowe uzyskane w procesie utleniania termicznego skutecznie eliminują zjawisko zużycia falistego.

4

The effect of load on the tribological properties of magnesium alloy WE54 after precipitation hardening

Barylski A., Aniołek K., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

11--15

EN

The paper presents the effect of precipitation hardening on the mechanical and tribological properties of magnesium alloy WE54. Mechanical tests have shown that the hardness and Young’s modulus of the alloy increased as the ageing time became longer. Improvement of the mechanical properties had a direct influence on the tribological properties. Tribological tests were performed on a ball-on-disk tribometer, applying variable loads of 2, 5, and 10 N. In the tests, a more than fourfold decrease in the specific wear rate, a threefold reduction in the linear wear, and a ca. 20% reduction of the friction coefficient were observed. The best results were obtained for ageing time of 24 h. The extension of the heat treatment time to 48h caused overageing of the alloy, which resulted in the deterioration of its mechanical and tribological properties.

PL

W artykule przedstawiono wpływ utwardzania wydzieleniowego na właściwości mechaniczne i tribologiczne stopu magnezu WE54. Badania mechaniczne wykazały, że wraz ze wzrostem czasu starzenia rosła twardość i moduł Younga stopu. Poprawa właściwości mechanicznych miała bezpośredni wpływ na właściwości tribologiczne. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku ball-on-disk, zastosowano zmienne obciążenie (2, 5 i 10 N). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono ponad 4-krotne obniżenie specific wear rate, 3-krotne ograniczenie zużycia liniowego i ok. 20% spadek współczynnika tarcia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla czasu starzenia 24 h. Wydłużenie czasu obróbki cieplnej do 48 h powodowało przestarzenie stopu, co skutkowało pogorszeniem właściwości mechanicznych i tribologicznych.

5

The influence of the soaking temperature of nitrided WCL tool steel (EN-X37CrMoV5-1) on the microhardness and tribological wear of the surface layer

Dworak M., Barylski A., Aniołek K., Stepanova E.

Tribologia

|

2016

|

nr 4

69--78

EN

The present paper refers to the evaluation of the influence of soaking temperature of nitrided hot work tool steel, X37CrMoV5-1 (WCL), intended for dies for extruding aluminium profiles, on the structure, microhardness, and tribological wear of the nitrided layer. The research involved nitrided steel specimens (X37CrMoV5-1) soaked for 8 hours in an industrial furnace at temperatures of 450°C, 480°C, 520°C, 560°C, and 600°C. For comparison purposes, a REFERENCES material was used, which was not soaked after nitriding. Initially, as the soaking temperature raised, the microhardness of the nitrided layer increased by ca. 10%; however, a further increase in the soaking temperature to more than 450°C caused a decrease in the microhardness of the nitrided layer. The results of tribological tests showed that soaking nitrided steel at a low temperature (450°C) and high temperature (600°C) caused a decrease in tribological wear. Out of the tested materials, the highest microhardness of the upper layer was observed in the samples soaked at 450°C, while the highest resistance to tribological wear was obtained for the samples soaked at 600°C. The conducted tests indicate the possibility of extending the lifetime of dies made from the investigated nitrided steel.

PL

Niniejsza praca dotyczy oceny wpływu temperatury wygrzewania azotowanej stali narzędziowej do pracy na gorąco X37CrMoV5-1 (WCL) przeznaczonej na matryce do wyciskania profili aluminiowych na strukturę, mikrotwardość oraz zużycie tribologiczne warstwy azotowanej. Badaniom poddano próbki azotowanej stali X37CrMoV5-1 wygrzewane przez 8 godzin w piecu przemysłowym w temperaturze: 450°C, 480°C, 520°C, 560°C oraz 600°C. W celach porównawczych zastosowano także materiał wzorcowy, który nie był wygrzewany po procesie azotowania. Ze wzrostem temperatury wygrzewania początkowo odnotowano wzrost mikrotwardości warstwy azotowanej o ok. 10%. Z kolei podwyższenie temperatury wygrzewania powyżej 450°C powodowało jej obniżenie. Wyniki testów tribologicznych wykazały, że wygrzewanie stali azotowanej w niskiej temperaturze (450°C) oraz w wysokiej (600°C) powoduje spadek zużycia tribologicznego. Spośród badanych materiałów największą mikrotwardość warstwy wierzchniej odnotowano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 450°C, natomiast najwyższą odporność na zużycie tribologiczne uzyskano dla próbek wygrzewanych w temperaturze 600°C. Przeprowadzone testy wskazują na możliwość wydłużenia czasu użytkowania matryc wykonanych z badanej stali azotowanej.

6

The influence of solution treatment on the structure and mechanical and tribological properties of magnesium alloy WE54

Barylski A., Aniołek K., Dworak M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

19--28

EN

The paper presents the influence of solution treatment on the mechanical and tribological properties of the WE54 magnesium alloy. The investigated alloy was solution treated at a temperature of 545oC for 8 hours and cooled in ice water (0oC), in room temperature water (20oC), and in hot water (95oC). Depending on the applied solution treatment parameters, a diversified decrease in hardness and Young's modulus was obtained. The lowest values of hardness H and modulus E were obtained when cooling in ice water. Abrasive wear of alloy WE54 was tested using a ball-on-disc tribometer (with a ZrO2 ball). The tests have shown more than a threefold reduction in the volumetric wear and a twofold reduction in the linear wear, as well as favourable changes of the friction coefficient (a 20% decrease) as compared to the material in the as received condition.

PL

W pracy przedstawiono wpływ przesycania na właściwości mechaniczne i tribologiczne stopu magnezu WE54. Badany stop przesycano w temperaturze 545oC, w czasie 8 h, z chłodzeniem w wodzie z lodem (0oC), w wodzie o temperaturze pokojowej (20oC) i w wodzie gorącej (95oC). W zależności od zastosowanych parametrów procesu przesycania uzyskano zróżnicowany spadek twardości oraz modułu Younga. Najmniejsze wartości twardości H i modułu E uzyskano przy zastosowaniu chłodzenia w wodzie z lodem. Badania zużycia ściernego stopu WE54 przeprowadzono na tribometrze o skojarzeniu kula (ZrO2) – tarcza. Wykazano ponad 3-krotne ograniczenie zużycia objętościowego i 2-krotne zmniejszenie zużycia liniowego, korzystne zmiany odnotowano także w przypadku współczynnika tarcia (spadek o 20%) w stosunku do materiału w stanie dostawy.

7

The effect of irradiation with an electron beam on mechanical, sclerometric, and tribological properties of PTFE with a graphite additive

Barylski A., Kaptacz S., Aniołek K., Kupka M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

29--36

EN

Polytetrafluoroethylene (PTFE) with a 15% graphite additive was subjected to irradiation using an electron beam of energy of 10 MeV in doses of 26, 52, 78, 104, and 156 kGy. The effect of electron beam irradiation on the mechanical, sclerometric, and tribological properties of the material was examined. It was found that the modification through irradiation entailed a gradual increase in the microhardness and Young's modulus as the absorbed dose of irradiation increased. A stereometric analysis of the scratch traces on the material allowed for the determination of the coefficients of the wear micromechanism, β, and resistance to wear, Wβ. After irradiation (especially with a dose of 104 kGy), a significant quantity of the material showed traces of ploughing; the value of the wear resistance coefficient Wβ for the PTFE subjected to cross-linking also increased considerably, which indicated a significant reduction of the tribological wear in relation to the initial material. Examination of abrasive wear of PTFE was performed for the polymer in its initial state and after modification through radiation on a pin-on-disc test stand, T-01. The tests have shown more than a five times reduction of the linear wear during the interaction with a titanium counter-specimen.

PL

Politetrafluoroetylen z 15% dodatkiem grafitu poddano napromieniowaniu strumieniem elektronów o energii wiązki 10 MeV, w dawkach 26, 52, 78, 104, 156 kGy. Zbadano wpływ napromieniowania na właściwości mechaniczne, sklerometryczne i tribologiczne tworzywa. Stwierdzono, że modyfikacja radiacyjna powoduje stopniowe podwyższenie mikrotwardości oraz modułu Younga w miarę wzrostu pochłoniętej dawki napromieniowania. Stereometryczna analiza śladów zarysowania materiału umożliwiła wyznaczenie wskaźnika mikromechanizmu zużycia β i odporności na zużycie Wβ. Po napromieniowaniu (zwłaszcza dawką 104 kGy) znacząca ilość materiału ulega bruzdowaniu; silnie rosła także wartość wskaźnika odporności na zużycie Wβ PTFE poddanego sieciowaniu, co wskazywało na znaczne ograniczenie zużycia tribologicznego w stosunku do materiału wyjściowego. Badania zużycia ściernego politetrafluoroetylenu wykonano dla polimeru w stanie wyjściowym oraz po zmodyfikowaniu radiacyjnym na stanowisku T-01 w skojarzeniu trzpień–tarcza. Testy wykazały ponadpięciokrotne zmniejszenie zużycia liniowego podczas współpracy z tytanową przeciw-próbką.

8

Mechanical and tribological properties of oxide layers obtained on Ti-6Al-7Nb alloy

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

9--17

EN

The research presented in the paper was focused on determining the effects of thermal oxidation parameters on the mechanical and tribological properties of oxide layers formed on Ti-6Al-7Nb titanium alloy for biomedical applications. Titanium alloy was oxidized at 600 and 700°C for 72h. The study found that, at lower temperatures, the oxidized alloy surface was covered by a nonuniform oxide layer. A 100°C increase in the treatment temperature yielded a uniform layer covering the whole surface of the alloy. Hardness measurements showed that thermal oxidation resulted in the formation of oxide layers characterized by a 3-fold higher hardness compared to untreated alloy. Tribological tests showed that thermal oxidation effectively improves the resistance of Ti-6Al-7Nb alloy to sliding wear. Tribological tests demonstrated that an increased oxidation temperature was associated with improved resistance to sliding wear.

PL

Przedstawione w pracy badania koncentrują się nad określeniem wpływu parametrów utleniania termicznego na właściwości mechaniczne i tribologiczne warstw tlenkowych otrzymanych na biomedycznym stopie tytanu Ti-6Al-7Nb. Proces utleniania termicznego przeprowadzono w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Stwierdzono, że w niższej temperaturze utleniania powierzchnia stopu była pokryta nierównomiernie warstwą tlenkową. Podwyższenie temperatury utleniania termicznego o 100°C pozwoliło uzyskać jednolitą warstwę, w całości pokrywającą powierzchnię stopu. Pomiary twardości wykazały, że proces utleniania termicznego umożliwił otrzymanie warstw tlenkowych charakteryzujących się 3-krotnie wyższą twardością w porównaniu z twardością stopu niepoddanego utlenianiu. Badania tribologiczne wykazały, że utlenianie termiczne stanowi skuteczną metodę poprawy odporności na zużycie ścierne stopu Ti-6Al-7Nb. W testach tribologicznych wykazano, że wraz ze wzrostem temperatury utleniania odporność na zużycie ścierne ulegała zwiększeniu.

9

Characteristic of Oxide Layers Obtained on Titanium in the Process of Thermal Oxidation

Aniołek K., Kupka M., Barylski A., Mieszczak Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

853--856

EN

Thermal oxidation in air may be one method to improve the properties of titanium and its alloys through its influence on the structure and properties of the material’s surface layer. This paper presents a description of oxide layers obtained on the surface of Grade 2 titanium as a result of oxidation at temperatures of 600 and 700°C. On the basis of kinetic curves, it was found that the intensity of oxide layer growth increased with oxidation temperature. Studies of the surface morphology of oxide layers showed that the size of the formed oxide particles was greater following oxidation at 600°C. The obtained layers were subjected to X-ray phase analysis and microhardness measurements. Irrespective of oxidation temperature, the scale consisted of TiO2 oxide in the crystallographic form of rutile and of Ti3O oxide. The hardness of oxide layers amounted to around 1265 HV and was more than 4 times higher compared to the material in i ts initial state.

10

Modyfikacja powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb w procesie utleniania izotermicznego

Mierzwa M., Aniołek K., Kupka M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2014

|

R. 59, nr 6

279--284

PL

Celem pracy było określenie zmian struktury stopu tytanu podczas izotermicznego utleniania. Badano stop Ti-6Al-7Nb w stanie wyjściowym i po utlenianiu w zakresie temperatury 500-800 °C, w czasie do 72 h. Opisano kinetykę utleniania stopu oraz skład fazowy i morfologię powierzchni tworzącej się zgorzeliny. W temperaturze utleniania 700 i 800 °C proces utleniania miał przebieg paraboliczny. Skład fazowy warstw tlenkowych był złożony i zmieniał się wraz z temperaturą utleniania, przy czym przeważająca fazą był rutyl. Ciągłą i równomierną warstwę zgorzeliny otrzymano w wyniku utleniania w temperaturze 700 i 800 °C.

EN

Titanium and its alloys are nowadays the most prospective engineering materials and biomedical materials. Despite its advantages,titanium alloys are characterized by low resistance to abrasive wear. One of the most effective methods of the surface engineering for improving the properties of the surface layer on titanium and its alloys is the isothermal oxidation.Changes in the structure and properties of the surface layer can influence in a wide range on processes occurring on the surface of titanium and its alloys. The aim of the study was defining the changes in the structure of titanium alloy during isothermal oxidation. The alloy Ti-6Al-7Nb (before and after oxidation in 500-800 °C for up to 72 hours) was examined.Then, the kinetics of oxidation, phase composition and morphology of the surface were described. At 700 and 800 °C the oxidation process had a parabolic course. The highest weight gain was observed at 800 °C. It was more than twice higher than that obtained at 700 °C in the same time interval. It has been proven that the intensity of the weight gain goes up with temperature and time of oxidation. The morphology of the obtained oxide layer structure was tested in a scanning electron microscope. The layer formed at 600 °C did not cover the whole surface of the sample. Along with the increase of annealing temperature the continuity of the oxide layer also increased. After oxidation at 800 °C the surface of the oxide layer was more developed. For identifying the phases occurring in the obtained oxide layers the phase composition was tested using X-ray diffractometer. The phase analysis revealed that after oxidation at 600 °C four phases were formed: TiO2 as anatase and rutile, NbO, and α-titanium. After oxidation at 700 °C there were detected two phases: TiO2 as rutile and α-titaniu while after oxidation at 800 °C revealed the presence of three phases: TiO2 as rutile, α-Al2O3 and α-Ti. The phase composition of oxide layers was complex and varied with the temperature of the oxidation, but the vast majority of it was dominated by the rutile. It turned out that the oxidation at 700 and 800 °C during 72 h was very effective treatment method because the layer — compact crystalline layer of TiO2 as rutile and a mixture of rutile and stable α-Al2O3 was obtained.

11

Influence of hot rolling and isothermal annealing on microstructure and mechanical properties of high carbon steel

Aniołek K., Herian J., Cieśla M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

72--74

EN

The paper presents the results of morphological shaping of pearlite and carbon-manganese steel (R 260) properties after a hot rolling process and isothermal annealing. The obtained structures of steel after isothermal annealing had pearlite colonies reduced in size, smaller interlamellar distances and smaller thickness of cementite lamellae in relation to the microstructure obtained in the hot rolling process. The lowering of the pearlitic transition-point resulted in an increase in hardness and tensile strength of the rail steel. The morphology of steel pearlite after hot rolling and thermal treatment was subjected to a quantitative evaluation by measuring the thickness of cementite lamellae and the distance between them on images from an electron scanning microscope. The findings confirm that these methods can be effectively used for shaping the pearlitic structure and properties of steel and thus, the abrasive wear resistance and operational durability of rail sections.

PL

W pracy przedstawiono wyniki kształtowania morfologii perlitu węglowomanganowej stali (R 260) w procesach walcowania na gorąco i wyżarzania izotermicznego. Otrzymane struktury po wyżarzaniu izotermicznym charakteryzowały się rozdrobnionymi koloniami perlitu, mniejszą odległością między płytkami cementytu oraz mniejszą grubością płytek w porównaniu z mikrostrukturą uzyskaną po walcowaniu na gorąco. Obniżenie temperatury przemiany perlitycznej powoduje zwiększenie twardości i wytrzymałości na rozciąganie stali szynowej. Ocenę ilościową morfologii perlitu materiału po walcowaniu na gorąco i obróbce cieplnej, polegającą na pomiarze grubości płytek oraz odległości między płytkami cementytu, wykonano na obrazach zarejestrowanych na skaningowym mikroskopie elektronowym. Otrzymane wyniki potwierdzają, że metody te mogą być skutecznie wykorzystywane do kształtowania morfologii perlitu i właściwości stali, a tym samym pozwalają uzyskać zwiększoną odporność na ścieranie i trwałość eksploatacyjną kształtowników szynowych.

12

Odporność na zużycie ścierne, kruche pękanie i zmęczenie stali wysokowęglowej otrzymanej w różnych procesach

Aniołek K., Herian J., Cieśla M., Skotnicki G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 1

11--14

PL

Kształtowniki szynowe ze stali perlitycznych stosowane w budowie rozjazdów i dróg kolejowych muszą posiadać odpowiednie charakterystyki mechaniczne i zmęczeniowe oraz wysoką odporność na zużycie ścierne. W pracy przedstawiono podstawy doboru parametrów dla procesu wyżarzania izotermicznego. Kształtowanie mikrostruktury stali R260 przeprowadzono w procesach walcowania na gorąco oraz podczas wyżarzania izotermicznego. Określono wpływ morfologii perlitu na odporność na kruche pękanie w płaskim stanie odkształcenia KIc,, na wysokocyklową trwałość zmęczeniową i odporność na zużycie ścierne. Wykazano, że w badanych procesach można regulować w szerokim zakresie właściwości stali zmieniając w materiale morfologię perlitu.

EN

Rail sections made of pearlitic steels used in the construction of turnouts and railroads must have appropriate mechanical and fatigue characteristics as well as high resistance to abrasive wear. The paper presents the basics of the selection of parameters for the isothermal annealing process. The microstructure of R260 steel was shaped in hot rolling processes and during isothermal annealing. The influence of pearlite morphology on brittle cracking resistance in a flat state of deformation KIC, high-cycle fatigue life and resistance to abrasive wear was determined. It was demonstrated that in the examined processes the properties of the steel may be controlled within a wide range by changing the morphology of pearlite in the material.

13

Modyfikacja powierzchni tytanu w procesie utleniania izotermicznego

Aniołek K., Kupka M., Dercz G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 8

509--512

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące modyfikacji powierzchni tytanu Grade 2 w procesie utleniania izotermicznego. W badaniach eksperymentalnych opisano kinetykę utleniania badanego materiału w zakresie temperatury 500÷800°C. Wykazano, że im wyższa temperatura, tym intensywniej zachodzą procesy tworzenia się zgorzeliny tlenkowej. Największy przyrost masy stwierdzono w przypadku próbek utlenianych w temperaturze 800°C. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanych warstw tlenkowych. Po utlenianiu w temperaturze 600°C cząstki wytworzonych tlenków były wyraźnie większe. Podwyższenie temperatury prowadziło do powstawania drobnych, zwartych cząstek w warstwie tlenkowej. W celu identyfikacji faz otrzymanych warstw tlenkowych wykonano badania składu fazowego z wykorzystaniem dyfraktometru rentgenowskiego. Stwierdzono, że w temperaturze 600 i 700°C dominującą fazą jest TiO2 w odmianie krystalograficznej rutylu oraz Ti3O. W temperaturze 800°C obserwowano tworzenie się samego rutylu.

EN

The paper presents results of research on surface modification of titanium Grade 2 by isothermal oxidation. Experimental studies described the oxidation kinetics of the test material in the temperature range 500÷800°C. It was shown that the higher the temperature, the more intensive processes occur in the oxide scale formation. The largest weight gain was observed for the samples oxidized at 800°C. The morphology of the layers of oxide was determined by scanning electron microscope. Oxidation at 600°C produced clearly larger oxide particles, while increasing the temperature leads to the formation of small, dense particles in the oxide layer. In order to identify the ingredients of the oxide layers the phase composition was performed using X-ray diffractometer. It was found that at 600 and 700°C the dominant phase is a rutile as variety of crystallographic of the TiO2 and Ti3O. At a temperature of 800°C solely the rutile formation was observed.

14

Obciążenie i zużycie rozjazdów kolejowych w warunkach eksploatacyjnych oraz materiały stosowane do ich budowy

Aniołek K., Herian J.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2013

|

R. 20, nr 2-3

85-89, 96

PL

Kształtowniki szynowe, klockowe i iglicowe (rys. 1) stosowane w budowie rozjazdów i dróg kolejowych muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne, odpowiednią odporność na zużycie ścierne i zmęczeniowe. Materiały o takich charakterystykach zapewniają dłuższy okres użytkowania oraz większe bezpieczeństwo transportu szynowego [1–3]. Zatem problem trwałości szyn i rozjazdów kolejowych w dalszym ciągu pozostaje otwarty na badania technologiczne, związki strukturalne i charakterystyki mechaniczne. Tematyka ta jest również ważna ze względu na przyjętą w kraju strategię rozwoju kolei dużych prędkości.

15

Charakterystyki mechaniczne i zmęczeniowe stali stosowanej na rozjazdy oraz drogi kolejowe. Cz. 2

Herian J., Aniołek K.

Infrastruktura Transportu

|

2013

|

nr 5

18--21

PL

Kształtowniki szynowe ze stali wysokowęglowych stosowane w budowie rozjazdów i dróg kolejowych muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne i zmęczeniowe oraz dobrą odporność na zużycie ścierne.

16

Charakterystyki mechaniczne i zmęczeniowe stali stosowanej na rozjazdy oraz drogi kolejowe. Cz. 1

Herian J., Aniołek K.

Infrastruktura Transportu

|

2013

|

nr 3

14--16

PL

Kształtowniki szynowe ze stali wysokowęglowych stosowane w budowie rozjazdów i dróg kolejowych muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne i zmęczeniowe oraz dobrą odporność na zużycie ścierne.

17

Związki pomiędzy mikrostrukturą i właściwościami stali wysokowęglowej a parametrami procesu walcowania i wyżarzania izotermicznego

Herian J., Aniołek K., Cieśla M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 8

539--544

PL

Wytwarzane metodą walcownia na gorąco kształtowniki szynowe, klockowe i iglicowe ze stali wysokowęglowych stosowane są w budowie rozjazdów i dróg kolejowych. Z uwagi na warunki eksploatacyjne, w jakich pracują, muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne, dobrą odporność na zużycie ścierne i zmęczeniowe. Okres trwałości użytkowania tych wyrobów można regulować przez kształtowanie morfologii perlitu i właściwości stali w procesie walcowania lub w połączonym procesie walcowania i wyżarzania izotermicznego. Właściwy dobór parametrów procesu pozwala otrzymać strukturę perlityczną stali o różnej morfologii. Obliczona odległość między płytkami cementytu po wyżarzaniu izotermicznym jest ponad dwukrotnie mniejsza niż po walcowaniu na gorąco. Uzyskane właściwości stali są korzystniejsze w przypadku mikrostruktury o drobniejszych koloniach perlitu i mniejszej odległości między płytkami cementytu.

EN

Hot-rolled rail, block and switch point sections made of high-carbon steel are used in the construction of turnouts and railroads. Due to the operating conditions in which they used, such sections must have good mechanical properties and be highly resistant to abrasive and fatigue wear. The service life of these products can be adjusted by shaping the morphology of pearlite and steel properties during rolling in a combined rolling and isothermal annealing process. A proper choice of process parameters made it possible to obtain a pearlitic steel structure with varied morphology. The calculated interlamellar distance in cementite after isothermal annealing was more than two times smaller than after hot rolling. The obtained properties of the steel are more advantageous in the case of a microstructure with finer pearlite colonies and a smaller interlamellar distance in cementite.

18

Kształtowanie mikrostruktury stali wysokowęglowej R260 oraz jej oddziaływanie na charakterystyki pękania

Cieśla M., Herian J., Aniołek K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 8

522--525

PL

Mikrostrukturę o różnej morfologii perlitu uzyskano w procesie walcowania na gorąco kształtownika klockowego KL60 oraz podczas wyżarzania izotermicznego. Materiał walcowany posiadał odległość między płytkami cementytu 0,29 mm, a po wyżarzaniu była ona czterokrotnie mniejsza. Wykazano, że właściwości materiału zależne są od morfologii perlitu. Im większa dyspersja perlitu, tym wyższe własności wytrzymałościowe i plastyczne. Obliczony współczynnik odporności na kruche pękanie materiału wyżarzanego dla badanych temperatur (+20 °C i –20 °C) był wyższy o około 20% w stosunku do odpowiednich wartości dla materiału walcowanego na gorąco. W próbie udarności praca łamania wyznaczona na próbkach Measnagera z materiału wyżarzanego dla temperatury badania od −60 °C do 100 °C była dwukrotnie większa niż dla materiału walcowanego.

XX

The microstructure with a varied pearlite morphology was obtained via hot rolling of a block section KL60 and through isothermal annealing. The rolled material had a pearlitic microstructure with cementite interlamellar distance of 0.29 mm. This distance in the annealed material was four times smaller. It was shown in the paper that the material properties depend on the morphology of pearlite. The greater the pearlite dispersion, the higher the strength and plastic properties. The calculated coefficient of brittle cracking resistance of the annealed material for the investigated temperatures of +20 °C and –20 °C was higher by approximately 20% in comparison with the corresponding values for the hot-rolled material. In an impact test, the fracturing work determined based on the Measnager’s specimens from the annealed material for the test temperature from −60 °C to 100 °C was two times higher than for the rolled material. These favourable properties were obtained owing to the size reduction of pearlite colonies and a reduced cementite interlamellar distance.

19

Zużycie ścierne materiałów stosowanych w transporcie szynowym

Aniołek K., Herian J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 8

523--525

PL

O trwałości elementów pary ciernej koła i szyny decydują cechy materiałowe, konstrukcyjne oraz warunki eksploatacyjne. W badaniach określono strukturę i właściwości mechaniczne stali R260 walcowanej na gorąco i stali P60 ulepszonej cieplnie. Dla pary ciernej złożonej z tych materiałów wykonano badania odporności na zużycie ścierne na stanowisku Amslera. Uzyskane wyniki potwierdziły, że wartość ubytku względnego masy badanych stali jest zależna od nacisku i współczynnika poślizgu. Przy stałym nacisku zużycie badanych stali jest zależne od wartości poślizgu oraz mikrostruktury stali.

EN

The durability of the wheel/rail friction couple components are determined by material and construction properties as well as operating conditions. Mechanical properties and the structure of hot-rolled R260 steel and thermally improved P60 steel were determined in tests. Tests of resistance to abrasive wear for this material pair were conducted on an Amsler test bench. The wear tests showed that the value of relative mass decrement of the examined steels depended on pressure and on the sliding coefficient. At constant pressure, the wear of the examined steels depended on the sliding value and microstructure steel.

20

Modelling of structure and properties of pearlitic steel and abrasive wear of the turnout frog in the cyclic loading conditions

Herian J., Aniołek K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 1

71--81

EN

Purpose: Analysis of pearlite morphology changes as a result of hot rolling process and isothermal annealing. Design/methodology/approach: Physical modelling of isothermal annealing for a transition point of 520-620°C was carried out using a Gleeble simulator. A scanning electron microscope was used for a quantitative evaluation of the microstructure. In numerical estimations there were marked distributions of the loads and then distributions of the contact stresses and the strains in places of contact wheel-switch components. Tests of resistance to abrasive wear were carried out at the Amsler stand. Findings: The obtained test results confirm that these methods can be effectively used in shaping the pearlitic structure and properties of the steel. Practical implications: In physical modelling of tests of resistance to abrasive wear for the steel grade R260 after hot rolling and isothermal annealing it has been proved that this feature is a function of the steel structure and properties in the given operation conditions. The resistance to abrasive wear of steel R260 with a pearlitic structure and different pearlite morphology decreases with the increase of load and slide. From conducted numerical calculations result that the biggest dynamic load is in the moment of a drive of a wheel set on a frog of the turnout. The value of the vertical force depends on speed and mass of the railway vehicle. Originality/value: An advantageous pearlitic morphology of steel (block sections) with interlamellar distance in the order of 0.12-0.13 μm, ensuring hardness of about 340-350 HB, is facilitated by a hot rolling process combined with isothermal annealing.