Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Low-cycle fatigue strength of borocarburized 15NiCr13 steel

Dziarski P., Makuch N., Kulka M., Mikołajczak D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

69--73

EN

The high fatigue resistance of carburized layers is well known. Simultaneously, there is not much data referring to the fatigue strength of borided layers. Some papers showed the advantageous influence of borocarburizing process on fatigue performance. The resistance of borocarburized layers to the lowcycle fatigue was higher than the one characteristic of typical borided layer formed on medium-carbon steel. In this study, the two-step process: carburizing followed by boriding was used in order to form the borocarburized layer. The investigated material as well as the boriding parameters were adequately selected in order to improve the low-cycle fatigue strength. The borocarburized 15NiCr13 steel was examined. This material was selected because of its advantageous carbon concentration-depth profile beneath iron borides obtained after boriding. The gas boriding in N2–H2–BCl3 atmosphere consisted of two stages: saturation with boron and diffusion annealing, alternately repeated. This treatment was carried out in order to obtain a limited amount of the brittle FeB phase in the boride zone. The low-cycle fatigue strength of through-hardened borocarburized steel was comparable to that obtained in case of throughhardened carburized specimen, which was previously investigated under the same conditions. The advantageous carbon concentration-depth profile as well as limited amount of FeB phase had a positive influence on the low-cycle fatigue strength. Therefore, the fatigue performance of borocarburized layer could approach a limit obtained for carburized layer.

PL

Duża odporność zmęczeniowa warstw nawęglanych jest powszechnie znana. Jednocześnie nie ma zbyt wielu danych dotyczących wytrzymałości zmęczeniowej warstw borowanych. Niektóre prace wskazywały na korzystny wpływ boronawęglania na odporność zmęczeniową. Dla warstw boronawęglanych uzyskiwano większą odporność niż dla typowych warstw borowanych otrzymywanych na stali średniowęglowej. W pracy zastosowano do wytworzenia warstwy boronawęglanej dwustopniowy proces nawęglania i borowania. Badany materiał i parametry procesu borowania zostały odpowiednio dobrane w celu polepszenia niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej. Do badań użyto boronawęglaną stal 15NiCr13, na której można było otrzymać korzystny profil stężenia węgla pod borkami żelaza po borowaniu. Borowanie gazowe w atmosferze N2–H2–BCl3 składało się z dwóch etapów: nasycania borem i wyżarzania dyfuzyjnego. Celem takiej obróbki było otrzymanie warstwy borków o ograniczonym udziale kruchej fazy FeB. Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa boronawęglanej i utwardzonej cieplnie stali 15NiCr13 była porównywalna do osiągniętej dla nawęglanej i utwardzonej cieplnie próbki, którą badano w tych samych warunkach. Korzystny profil stężenia węgla oraz ograniczony udział fazy FeB w strefie borków miały pozytywny wpływ na niskocyklową wytrzymałość zmęczeniową. Właściwości zmęczeniowe boronawęglanej stali mogły się w ten sposób zbliżyć do wartości otrzymywanych dla stali nawęglanych.

2

Two-stage gas boriding of carburized steel in N2-H2-BCl3 atmosphere

Kulka M., Pertek A., Makuch N.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

521-524

EN

Two-stage process of gas boronizing in N2-H2-BCl3 atmosphere was proposed to formation of gradient borocarburized layers. This process consisted in two stages: saturation by boron and diffusion annealing. During first step BCl3 was added to N2-H2 atmosphere. The higher BCl3 to hydrogen ratio than that previously reported was used. Second step consisted in diffusion annealing while an addition of BCl3 was switched off. This cycle was repeated a few times. This process was applied in order to acceleration of saturation by boron and its diffusion and to minimize of FeB phase presence. The microstructure and microhardness of produced layer have been compared to those obtained after earlier used continuous gas boriding in H2-BCl3 atmosphere. After two-stage boriding of carburized steel the microstructure at the surface consists of FeB and Fe2B borides. The darker FeB phase is distinctly visible. After through hardening a thin modified boride zone was visible at the surface. Next, the microstructure consisted of: FeB, Fe2B borides and hardened carburized substrate (martensite and alloyed cementite). The use of borocarburizing process provides the decrease in microhardness gradient between the surface and the substrate in comparison with typical borided layers formed on medium-carbon steels. Austenitizing in N2-H2 atmosphere can cause the tendency towards a loss of FeB phase at the surface. The first objective of two-stage boronizing proces in N2-H2-BCl3 atmosphere consisting in acceleration of boron diffusion has been efficiently realized. During the shorter boronizing process, carried out at lower temperature, about 1.5 times larger iron borides zone has been formed on carburized 17CrNi6-6 steel. Second objective, the elimination of FeB phase, has failed. However, the participation of FeB phase in iron borides zone was small. The longer time of diffusion annealing can help to realize this objective.

PL

Zaproponowano dwustopniowy proces borowania gazowego w atmosferze N2-H2-BCl3 do wytwarzania gradientowych warstw boronawęglanych. Proces składał się z dwóch etapów: nasycania borem oraz dyfuzyjnego wyżarzania. W pierwszym etapie dodawano BCl3 do atmosfery N2-H2. Stosowano większą niż zwykle zawartość BCl3 w porównaniu z wodorem. Drugi etap polegał na dyfuzyjnym wyżarzaniu w atmosferze N2-H2. Cykl powtarzano kilka razy. Proces stosowano w celu przyspieszenia nasycania borem i jego dyfuzji oraz zminimalizowania udziału fazy FeB w strefie borków. Mikrostrukturę i mikrotwardość wytworzonej warstwy porównano z uzyskiwanymi w procesie ciągłego borowania gazowego w atmosferze H2-BCl3. Po dwustopniowym borowaniu nawęglonej stali w mikrostrukturze przy powierzchni występują borki FeB i Fe2B. Ciemniejsza faza FeB jest wyraźnie widoczna. Po utwardzaniu cieplnym przy powierzchni występuje zmodyfikowana strefa borków, pod którą zaobserwowano borki FeB, Fe2B oraz utwardzoną cieplnie warstwę nawęgloną (martenzyt i cementyt stopowy). Zastosowanie procesu boronawęglania zapewnia łagodniejszy spadek mikrotwardości między powierzchnią a podłożem w porównaniu z typową warstwą borowaną wytworzoną na stali średniowęglowej. Austenityzowanie w atmosferze N2-H2 może powodować zanik fazy FeB na powierzchni. Pierwszy cel dwustopniowego procesu borowania w atmosferze N2-H2-BCl3 polegający na przyspieszeniu dyfuzji boru został osiągnięty. Po krótszym procesie borowania, prowadzonym w nieco niższej temperaturze wytworzono warstwę o grubości 1,5 razy większej. Drugi cel w postaci eliminacji fazy FeB z mikrostruktury nie powiódł się, choć udział tej fazy w strefie borków był mały. Do realizacji tego celu potrzebne będzie wydłużenie czasu wyżarzania dyfuzyjnego.

3

Cohesion and fracture toughness of gradient boride layers formed by borocarburizing

Makuch N., Kulka M., Pertek A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

558-561

EN

Different methods were used to formation of boride layers. The typical borided layers were formed by diffusion boriding and through hardening. Besides, the gradient boride layer was formed by two-step diffusion borocarburizing and through hardening. In gradient boride layer the transition carburized zone between iron borides zone and the substrate was observed. This layer was characterized by changeable microstructure and diminished microhardness gradient of the iron borides to the substrate. The Rockwell C indentation test was used to cohesion rating of borided and borocarburized layers without and with heat treatment. The significant differences between borocarburized and borided layers concerning cohesion were not observed. However, the heat treatment after diffusion processes plays an important role. After through hardening all the examined layers are characterized by higher cohesion in comparison with the same layers without heat treatment. The positive influence of gradient boride layer on the fracture toughness was found. The highest fracture toughness was observed in case of diffusion borocarburized layer within all the range of loading used. There are two reasons for increased fracture toughness of gradient boride layer formed by borocarburizing: first, the diminished microhardness gradient between iron borides zone and substrate; second, the differences in the microstructure, especially, the changeable crystals orientation of iron borides.

PL

Zastosowano różne metody wytwarzania warstw borkowych. Typową warstwę borowaną wytworzono za pomocą dyfuzyjnego borowania i utwardzania cieplnego. Gradientową warstwę borków wytworzono za pomocą dwustopniowego dyfuzyjnego procesu boronawęglania i utwardzania cieplnego. W warstwie tej między borkami żelaza a rdzeniem występuje strefa nawęglona. Warstwa taka charakteryzuje się zmienną mikrostrukturą i łagodniejszym spadkiem twardości od powierzchni do rdzenia. Test twardości Rockwella w skali C został wykorzystany do oceny kohezji badanych warstw bez obróbki cieplnej i po utwardzaniu cieplnym. Nie stwierdzono istotnych różnic odnośnie do kohezji warstw borowanych i boronawęglanych. Jednak badania wykazały duże znaczenie obróbki cieplnej. Po utwardzaniu cieplnym badane warstwy charakteryzowały się lepszą kohezją niż te same warstwy bez obróbki cieplnej. Stwierdzono pozytywny wpływ gradientowej warstwy borkowej na odporność na pękanie. Największą odporność na pękanie obserwowano w przypadku warstwy boronawęglanej w całym zakresie stosowanych obciążeń. Przyczynami większej odporności na pękanie gradientowej warstwy borkowej są: po pierwsze - profil twardości o łagodniejszym spadku, po drugie - różnice w mikrostrukturze borków żelaza, a zwłaszcza ich zmienna orientacja krystalograficzna.

4

Laserowe borowanie nawęglonej stali

Kulka M., Pertek A., Makuch N.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1059-1063

PL

Zaproponowano laserowe borowanie do wytwarzania gradientowych warstw borowanych zamiast borowania dyfuzyjnego. Mikrostrukturę i właściwości takich warstw porównano z otrzymywanymi po dyfuzyjnym borowaniu i boronawęglaniu. Jedna z metod obróbki polega tylko na dyfuzyjnym nawęglaniu i laserowym borowaniu. W mikrostrukturze występują trzy strefy: laserowo borowana, nawęglona zahartowana i nawęglona bez obróbki cieplnej. Zaobserwowano gwałtowny spadek twardości pod strefą laserowo borowaną. Takie warstwy charakteryzuje też zmienna wartość wskaźnika intensywności zużycia masowego. Zastosowanie objętościowego utwardzania po nawęglaniu i laserowym borowaniu pozwala wyeliminować wahania mikrotwardości i powoduje otrzymanie stałej wartości wskaźnika intensywności zużycia, porównywalnej z uzyskiwaną po dyfuzyjnym boronawęglaniu i utwardzaniu objętościowym. Mikrostruktura składa się z dwóch stref: laserowo borowanej i nawęglonej zahartowanej. Laserowym borowaniem można zastąpić borowanie dyfuzyjne podczas wytwarzania gradientowych warstw borkowych.

EN

Laser boriding, instead of diffusion boriding, was proposed to formation of gradient borocarburized layers. The microstructure and properties of these layers were compared to those obtained after typical diffusion boriding and borocarburizing. First method of treatment relies on diffusion carburizing and laser boriding only. In microstructure are present three zones: laser borided zone, hardened carburized zone and carburized layer without heat treatment. However, the violent decrease in the microhardness was observed below the laser borided zone. Additionally, these layers are characterized by a changeable value of mass wear intensity factor. The use of through hardening after carburizing and laser boriding allows to eliminate the fluctuations of microhardness. It causes that mass wear intensity factor obtains a constant value and is comparable to that obtained in case of diffusion borocarburizing and through hardening. Two zones characterize the microstructure: laser borided zone and hardened carburized zone. The diffusion boriding can be replaced by the laser boriding during the formation of gradient boride layers.

5

Gradient boride layers formed by diffusion processes and by laser modification of diffusion layers

Kulka M., Pertek A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 2

147-152

EN

Two methods of production of gradient boride layers have been summarized in this paper. The examined gradient boride layers were formed by tandem processes: precarburizing and boriding (borocarburizing) or precarbonitriding and boriding (borocarbonitriding) and by laser surface modification of the borided or borocarburized layers. The microstructure and properties of these layers have been compared with typical borided layers (through-hardened after boronizing) and with other diffusion layers. The mechanism and requirements of the gradient boride layers formation have also been described. The gradient boride layers are characterized by a changeable microstructure, by a lower hardness gradient of the iron boride zone to the substrate, by a higher abrasive wear resistance and by a higher resistance to low-cycle fatigue during radial compression. The proposed gradient boride layers can be applied in the case of machine elements working under difficult operating conditions. The traditionally high abrasive wear resistance of the boride layer is still higher and the fatigue strength increases considerably in comparison with typical borided layers.

PL

W pracy podsumowano dwie metody wytwarzania gradientowych warstw borków żelaza. Warstwy gradientowe wytwarzano za pomocą procesów posobnych: nawęglania i borowania (boronawęglanie) lub azotonawęglania i borowania (boroazotonawęglanie) oraz za pomocą laserowej modyfikacji powierzchni przeprowadzanej po borowaniu lub boronawęglaniu. Mikrostrukturę i właściwości użytkowe tych warstw porównano z typową warstwą borowaną, hartowaną objętościowo po borowaniu oraz z innymi warstwami dyfuzyjnymi. Opisano mechanizm i warunki wytwarzania takich gradientowych warstw borkow żelaza. Gradientowe warstwy borkowe charakteryzują się zmienną mikrostrukturą, łagodniejszym spadkiem twardości w kierunku rdzenia, większą odpornością na ścieranie i większą wytrzymałością zmęczeniową przy promieniowym ściskaniu. Proponowane gradientowe warstwy borkowe mogą znaleźć zastosowanie w przypadku elementów pracujących w trudnych warunkach. Tradycyjnie wysoka odporność na ścieranie warstw borowanych rośnie, a niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa jest znacznie wyższa.

6

Badania właściwości wytrzymałościowych borowanej, nawęglanej i boronawęglanej stali konstrukcyjnej 40H

Pertek-Owsianna A., Wasilewicz P., Kulka M., Marcinkowski R.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2005

|

Vol. 25, nr 1

109-117

PL

W artykule przedstawiono wpływ borowania, nawęglania oraz boronaweglania na właściwości wytrzymałościowe stali konstrukcyjnej 40H. Zbadano statyczną wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie oraz maiocyklowe zmęczenie w wyniku promieniowego ściskania pierścienia. Uzyskano wykresy: rozciągania (naprężenia w funkcji wydłużenia względnego), ściskania monotoniczne-go (silą w funkcji ugięcia) oraz małocyklowego zmęczenia (wartość siły i ugięcia w funkcji liczby cykli). Wykazano, że najlepsze właściwości wytrzymałościowe mają próbki nawęglane, a gorsze borowane i boronaweglane. Podczas rozciągania większą wytrzymałość niż inne próbki wykazują próbki borowane dzięki bardziej plastycznemu rdzeniowi stali.

EN

The paper presents the influence of the bonded, carburized and borocarburized layer on the strenght properties. The static tensile, static compression and low-cycle fatigue during radial compression have been examineed. The diagrams of tensile, monotonie compression and low-cycle fatigue have been obtained. It was demonstrated that the carburized layer shows highest properties during low-cycle fatigue in comparison with bonded and borocarburized layers. The tensile strenght of the borided specimens was determined to be higher than that obtained in case of others specimen in the effect of more plastic matrix presence.

7

Struktura i właściwości stali 15HN po bornawęglaniu.

Kulka M., Pertek A.

Inżynieria Materiałowa

|

2002

|

R. XXIII, nr 5

259-262

PL

Wytworzono warstwę boronawęglaną na niskowęglowej stali chromowo-niklowej 15HN. Boronawęglaniem przyjęto nazywać proces borowania nawęglanego wcześniej podłoża. Zbadano mikrostrukturę, profil zmian stężenia węgla i wybrane właściwości warstwy borowanej wytworzonej na nawęglonej stali 15HN. Wyznaczono profil zmian mikrotwardości i odporność na zużycie przez tarcie kompleksowej warstwy dyfuzyjnej, składającej się z warstwy borków żelaza (FeB + Fe2B) oraz nawęglonego podłoża. Określono grubość (75m) i mikrotwardość (1400-1900 HV) warstwy borków żelaza, a także stężenie węgla (1.1 % C) i mikrotwardość (950 HV) pod borkami. Boronawęglanie powoduje zmniejszenie gradientu twardości między borkami żelaza, a podłożem w porównaniu do warstw borowanych. Ze wzrostem odległości od powierzchni spada zawartość węgla i stopniowo obniża się mikrotwardość. Wykazano korzystny wpływ boronawęglania na odporność na zużycie przez tarcie w porównaniu z warstwami borowanymi czy nawęglanymi.

EN

Combined surface hardening with boron and carbon was used for low-carbon chromium and nickel-based 15HN steel. The microstructure, carbon profile and chosen properties of borided layer produced on the carburized steel have been examined. These complex (B + C) layers are termed borocarburized layers. The microhardness profiles and wear resistance of these layers have been studied. In the microstructure of the borocarburized layer two zones have been observed: iron borides (FeB + Fe2B) and a carburized layer. The depth (75m) and microhardness (1400-1900 HV) of iron borides zone has been found. The carbon content (1.1 wt. pct) and microhardness (950 HV) beneath iron borides zone have been determined. The microhardness gradient in borocarburized layer has been reduced in comparison to the borided layer only. An increase of distance from the surface is accompanied by decrease of carbon content and microhardness in the carburized zone. A positive influence of borocarburazing on layers wear resistance compared to borided or carburized only was determined.