Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of grinding conditions of gears made of 20MnCr5 steel after single-piece flow heat treatment on the condition of the surface layer of the tooth working surface

Stachurski W., Janica J., Januszewicz B., Pawłowski W., Sawicki J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2023

|

Vol. 120, nr 2

60--69

EN

Purpose: The paper investigated the effect of selected processing conditions during gear grinding on the value and distribution of microhardness and residual stress formed in the technological surface layer of gears after thermochemical treatment (TCT) conducted by a continuous single-piece flow method. Design/methodology/approach: The gears were carburised with LPC at 920°C, then quenched in a 4D Quenching chamber at 7 bar and tempered at 190ºC for 3 hours. In the next step, the working surfaces of the gear teeth were ground by supplying grinding fluid (GF) to the grinding zone using the WET method and the MQL method with a minimum amount. Measurements were made on the distribution of microhardness and residual stress formed in the technological surface layer of gears after thermochemical treatment and after the grinding process. Findings: The results of the study showed the influence of workpiece speed vw and the method of delivery to the grinding zone GF on selected parameters describing the condition of the technological surface layer of the teeth of gears made of 20MnCr5 steel. The grinding process with a white aluminium oxide grinding wheel causes deterioration in the material's residual stress state. For each of the three analysed workpiece speeds vw, smaller changes in microhardness with respect to the microhardness of the material before grinding occur in the surface layer of samples ground with GF fed with the MQL method. Similarly, residual stress values are in the area of favourable compressive stresses. Research limitations/implications: Environmental considerations and the need to comply with increasingly stringent environmental protection and worker safety regulations are pushing researchers and entrepreneurs to completely eliminate or reduce the consumption of grinding fluids in the grinding process. Based on the research and analysis carried out in this study, it was concluded that applying minimum GF by the MQL method could be an alternative to the conventional WET method.Practical implications: In sustainable manufacturing, it is extremely important to produce high-quality items while reducing the cost of manufacturing and taking care of the environment and workers' health. This includes the manufacture of gears, a basic component used in gear transmissions in the automotive industry, for example. The research has established that it is possible to use the MQL method, which reduces the amount of GF used when grinding the working surfaces of gear teeth, as an alternative to the conventional WET method. Originality/value: The conducted research was the first to determine the most favourable conditions, in terms of the obtained residual stresses and microhardness, for grinding the working surface of gear teeth using the MQL method.

2

The influence of workpiece speed on microhardness and residual stresses in vacuum-carburised 20MnCr5 steel using the single-piece flow method

Sawicki J., Januszewicz B., Sikora M., Witkowski B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2022

|

Vol. 115, nr 2

66--75

EN

Purpose: To determine the impact of selected conditions of abrasive treatment on the value and distribution of microhardness and residual stresses in layers carburised by a continuous single-piece flow method. Design/methodology/approach: Reference pieces were low pressure carburised at 920°C and then heat-treated in a 4D Quench heat treatment chamber at a pressure of 7 bar and tempered at 190ºC for 3 hours. In the next stage, samples were ground at various vw piece speeds, introducing grinding fluid into the cutting zone using the WET spraying method or using the MQL method at a minimum flow rate. The distribution of microhardness and residual stresses generated in the technological outer layer of the pieces following heat and chemical treatment and the grinding process was measured. Findings: Results of the tests indicated that the vw piece speed and method used to supply cooling and lubricating fluid to the grinding zone had an impact on selected parameters of the technological outer layer of flat samples made of 20MnCr5 steel. The process of grinding using an electrocorundum grinding wheel results in a deterioration of residual stresses in the material. For each of the three analysed vw piece speeds, reduced changes in material microhardness prior to cutting occur in the outer layer of samples ground using GF supplied at a minimum flow rate using the MQL method. Research limitations/implications: Environmental considerations and having to conform to increasingly stringent regulations related to environmental protection and employee safety motivate researchers and businesses to entirely eliminate or reduce the use of grinding fluids in the grinding process and, therefore, to optimise grinding technology. Practical implications: Modern manufacturing industry requires the grinding process, which follows heat and chemical treatment, to be performed with the highest possible efficiency. However, retaining high parameters of the technological outer layer in comparison to the sample material following vacuum carburisation (before grinding) is extremely difficult. An optimised configuration of parameters of the grinding process and method of supplying grinding fluids enables meeting the current and future high expectations of the industry in this regard. Originality/value: The tests have enabled us to determine the impact of the applied vw workpiece speed and method of supplying grinding fluid on microhardness and residual stresses. Generally speaking, grinding with an electrocorundum grinding wheel results in a deterioration of residual stresses. For both methods of supplying GF (WET and MQL), the distribution of microhardness in the material of the samples ground with the highest workpiece speed (18.0 m/min) indicated no significant differences with regard to the distribution of microhardness in the material of the samples following heat and chemical treatment.

3

The influence of hardening medium in the vacuum carburizing process on the distortion of machine elements used in the automotive industry

Pawęta S., Pietrasik R.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2019

|

Vol. 94, nr 1-2

32--40

EN

Purpose: As part of this study, the influence of the hardening medium on distortions of FineCarb® carburized rollers used in the automotive industry as elements of fuel pumps has been examined. The analysis was carried out for the process of quenching in gas at different pressure of cooling gas and quenching in oil at variable delay time of oil mixers. Design/methodology/approach: The research was carried out on real elements used in the automotive industry as elements of fuel pumps. FineCarb® vacuum carburizing technology was used in order to obtain optimal parameters of the surface layers. During quenching a variable related to the parameters of the quenching medium was introduced. For quenching in gas it was the pressure at which nitrogen was introduced into the cooling chamber, while for quenching in oil it was the time of mixers delay. The sample batch was laid out in accordance with the PPAP (Production Part Approval Process) requirements for the automotive industry. Microhardness and radial runout measurements were carried out on the samples and subjected to statistical analysis. Findings: The analysis of each hardening processes has showed that depending on the cooling medium used, different distortion values are obtained. The distortion value is significantly influenced by the parameters of the hardening process - gas pressure/oil mixers delay. With the proposed quenching parameters, there is no relationship between the location of the sample in the furnace chamber and the distortion value. The smallest hardening distortions were obtained as a result of the hardening process in gas at a gas pressure of 3 bar. Hardening in gas was characterized by the smallest scatter values of obtained results of radial runout. Research limitations/implications: Basing on the studies and analyses carried out in this work, it can be concluded that the introduction of gas quenching technology instead of oil quenching technology is justified qualitatively and economically alike. Hardening in gas was also characterized by the smallest scatter values of obtained results of radial runout. This is an extremely important technological and economic aspect, due to the cost of grinding processing. Practical implications: The automotive and aviation industries are putting ever greater demands on the quality of manufactured components while reducing costs. It requires optimization of technological processes from co-operators. In the case of hardening plants, the most important aspect is obtaining repeatable, precisely planned parameters of the carburized layer, as well as minimizing the negative phenomena that cause dimensional changes after hardening of elements. The tests allowed to determine the most effective hardening conditions in terms of obtained distortions and costs of eliminating distortions. However, the selection of the optimal parameters depends on whether the core hardness requirements are also determined. Originality/value: The conducted tests allowed to determine the most effective hardening conditions in terms of obtained distortions, costs of levelling distortions and a complete technological process for the automotive industry.

4

Nawęglanie próżniowe stali 18HGM

Skoczylas Paweł

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 1

19--25

PL

Przedmiotem badań była ocena mikrostruktury warstw uzyskanych na stali 18HGM otrzymanych w technologii nawęglania próżniowego. W pracy porównano mikrostrukturę warstwy uzyskaną w procesie nawęglania aktywnego oraz aktywno-dyfuzyjnego w połączeniu z bezpośrednim hartowaniem. W ramach pracy wykonano badania metalograficzne, pomiary twardości, mikrotwardości oraz zawartości węgla w przekroju warstwy nawęglonej. Przeprowadzone badania wykazały, iż zastosowanie aktywnego nawęglania bez okresu wyżarzania dyfuzyjnego skutkuje wysokim stężeniem węgla w strefie przypowierzchniowej, czego efektem jest siatka cementytu i duża ilość austenitu szczątkowego obniżającego twardość. W procesie nawęglania aktywno-dyfuzyjnego zastosowanie operacji wyżarzania powoduje zwiększenie grubości warstwy dyfuzyjnej, uzyskanie optymalnego stężeniem węgla w strefie przypowierzchniowej, a co za tym idzie poprawny profil mikrotwardości.

EN

The subject matter of the research was the evaluation of the microstructure of layers obtained on 18HGM steel in vacuum carburizing technology. The paper compared the microstructure of the layer obtained in the process of active and active-diffusion carburizing in combination with direct quenching. As part of the work, metallographic tests, measurements of hardness, microhardness and carbon content in the cross-section of the carburized layer were made. The conducted tests have shown that the use of active carburizing without a diffusion annealing stage provides a high concentration of carbon in the surface zone, which results in the formation of a cementite net and a large amount of residual austenite that reduces hardness. In the process of active- diffusion carburizing, the application of annealing operation increases the thickness of the diffusion layer, causes obtaining the optimal carbon concentration in the surface zone, and thus a correct profile of microhardness.

5

The effect of grit-blasting on the formation of a carburized layer in the vacuum carburizing

Dychtoń Kamil, Rokicki Paweł, Czop Jacek

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 5

106--110

EN

Vacuum carburizing is a modern method of surface hardening where carburized layer is formed in a cyclically repeated stages of supplying gas carburizing and diffusion of absorbed carbon. Ability to maintain a high carbon concentration gradient on the surface should cause faster layer growth. The purpose of the present work is to answer the question, how the grit-blasting influences the carbon content on the surface and from that the growth of carburized layer. The vacuum carburizing with one saturating stage was performed on samples which surface was grit-blasted with different pressure values. The surface roughness was measured before and after vacuum carburizing with a profilometer. Carburized layer growth was investigated by distribution of carbon concentration and microhardness in a function of distance from the surface. Cross-section of carburized layer was characterized using a light microscopy. Obtained data revealed that grit-blasting influence carbon concentration on the surface, its value increases as the grit-blasting pressure increase. Differences in effective case depth were exposed, depend on grit-blasting pressure value.

PL

Piaskowanie jest procesem technologicznym stosowanym w celu oczyszczenia powierzchni elementów mechanicznych ze związków organicznych i nieorganicznych. Ma więc bezpośredni wpływ na strukturę geometryczną powierzchni przedmiotu obrabianego i jego właściwości funkcjonalne po procesach obróbki cieplno-chemicznej. Celem pracy była charakterystyka wpływu warunków procesu piaskowania na kształtowanie się warstwy nawęglonej wytworzonej w procesie nawęglania próżniowego. Wykonano proces nawęglania z bezpośrednim hartowaniem do temperatury pokojowej. Zakres prezentowanych badań obejmował analizę wpływu procesu piaskowania ze zmienną wartością ciśnienia na chropowatość powierzchni przed i po nawęglaniu oraz ocenę profilu stężenia węgla i twardości w funkcji odległości od powierzchni podłoża stali na przekroju warstwy nawęglonej.

6

Study on homogeneity and repeatability of single-piece flow carburizing system

Madej A., Brewka A., Wołowiec-Korecka E.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 84, nr 2

68--75

EN

Purpose: The purpose of this paper was to determine the homogeneity and replicability of carburized layers obtained by a continuous single-piece flow method. Design/methodology/approach: A series of 100 gears was carburized under low pressure atmosphere using the single-piece flow method. The microstructures of the obtained carbon layers were investigated. Hardness penetration pattern and carbon concentration profiles were tested. Findings: The findings have shown the validity/correctness of the microstructures of the carburized layers obtained by the single-piece flow method. It has been proved that the carbon layer in every gear is uniform, what confirms that each element is affected by the same process conditions and the gears in the whole series can be precisely reproduced. Research limitations/implications: The short-pulse low-pressure carburizing technology needs further investigation to understand its all mechanisms fully. Practical implications: The single-piece flow method provides the uniform and reproducible carburized layers with the precision magnitude exceeding the abilities of currently used thermo-chemical furnaces. When applying the method it is possible to obtain a uniform carburized case in every single gear from the whole series of elements subjected to the process. Optimized configuration of process parameters and carbon-carrying mixture allows to meet the high expectations of a modern and future industry, what is most crucial in exploiting carburized steel gears. Originality/value: The applicability of the LPC single-piece flow method to a demanding mass production has been verified. The statistical validity of research results of the whole manufactured series of gears is being performed for the first time.

7

Quality-cost analysis of modern carburising technology implementation in the production cycle of cog elements for the aviation industry

Pawęta S., Pietrasik R.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 87, nr 2

75--84

EN

Purpose: The aim of the study was to analyse the possibility of introducing vacuum carburising technology with pre-nitriding in the aviation industry. Design/methodology/approach: The samples have been tested with new technology and the planet gear requirements for aviation applications were determined. The effect of pre-nitriding technology used before vacuum carburising was also investigated for antidiffusional surface protection. A cost analysis of replacing the conventional technology with a new low-pressure carburising technology has also been introduced. Findings: Structural characteristics of the obtained layers were determined in terms of carbon concentration distribution, effective and total thicknesses, hardness of the surface and core, structure, grain size, residual austenite content and lack of decarburization and internal oxidation. The degree of degradation of various forms of anti-diffusion protections in the form of pastes and coppering and their effect on the surface layer have also been investigated. The comparative economic analysis of the use of conventional and vacuum technologies, namely the carburization in a function of the required thickness of the hardened layer and temperatures of processes, has also been made. Research limitations/implications: Basing on the studies and analyses carried out in this work, it can be concluded that the introduction of pre-nitriding carburising technology instead of conventional carburising technology in endothermic atmosphere is justified qualitatively and economically alike. Practical implications: The analysis of the test results confirms that it is possible to meet the requirements of the aviation industry through high temperature pre-nitriding vacuum carburising. The results of anti-diffusion protection tests confirm that it is possible to use anti-fouling pastes instead of electrolytic copper. Cost analysis confirms the economic benefits of implementing a new technology. The implication of the above is the willingness of the proposed technology to allow testing in the aviation industry. Originality/value: The research confirming the fulfilment of quality requirements set for hardened layers in aviation applications which also have an economic advantage.

8

System of single-piece flow case hardening for high volume production

Wołowiec-Korecka E., Korecki M., Stachurski W., Zgórniak P., Sawicki J., Brewka A., Sut M., Bazel M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2016

|

Vol. 79, nr 1

37--44

EN

Purpose: Purpose of this paper is development of single-piece flow system to precision thermal treatment of parts of mechanical gear using a short-pulse low-pressure carburising technology (developed for a new large-chamber furnace). Design/methodology/approach: Sections of the article discuss the novel constructions of the device in which parts being carburised flow in a stream, as well as the low-pressure carburising experiment. Findings: The method has been found proper carburised layers on typical gear used in automotive industry. Research limitations/implications: The short-pulse low-pressure carburising technology needs further investigation to fully understand its all mechanisms. Practical implications: The device resulting from the experiment can be a fully robotised part of a production line which can be included in a system of automatic control of a production process. Originality/value: The device resulting from the experiment is only known solution on the world.

9

Wpływ nowoczesnych procesów obróbki cieplno-chemicznej i ściernej na rozkład naprężeń w warstwie wierzchniej stali 17CrNi6-6

Kruszyński B., Sawicki J., Wójcik R.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 8-9CD1

217--220

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące określenia stanu naprężeń własnych powstałych w wyniku kształtowania warstwy wierzchniej materiału poprzez obróbkę nawęglania próżniowego i szlifowania. Synergiczny wpływ obróbki cieplno-chemicznej i ściernej badano na próbkach pierścieniowych wykorzystywanych do badań naprężeń własnych metodą Dawidenkowa. Próbki poddano procesowi nawęglania próżniowego i następnie szlifowano ściernicą elektrokorundową - 38A60K8V oraz ściernicą z ziarnami CBN - RNB80/63B75V. Podczas szlifowania stosowano ciecze obróbkowe: emulsja olejowa 5%, wyda-tek ok. 20 l/min, olej Micro5000 podawany z minimalnym wydatkiem (MQL) ok. 25 ml/h, obróbka na sucho. Na pod-stawie przeprowadzonych badań określono wpływ rodzaju ściernicy oraz czynnika chłodząco–smarującego na rozkład naprężeń własnych w warstwie wierzchniej. Najlepsze efekty szlifowania, w odniesieniu do rozkładu naprężeń własnych, uzyskano przy podawaniu cieczy obróbkowej (emulsji olejowej) w trybie obfitym podczas szlifowania ściernicą z ziarnami CBN.

EN

In this paper we present research concerning the determination of the stresses resulting from forming the material surface layer by vacuum carburizing and grinding. The synergistic effect of thermo-chemical and abrasive treatments was studied on ring samples used for Dawidenkow stress calculation method. The samples were subjected to vacuum carburizing and then grinded using aloxite grinding wheel -38A60K8V and CBN-RNB80/63B75V. When grinding, apart from dry machining, selected cutting fluids were used: 5% oil emulsion with quantity lubrication approx. 20 l/min, oil Mi-cro5000 administered with a minimum quantity lubrication (MQL) approx. 25 ml/h. Based on the study, the effect of grinding-cooling lubricant type on the stresses distribution in the surface layer was defined. Optimum results with respect to the distribution of stresses were achieved for the abrasive treatment in fluid (oil emulsion) under rich lubrication regime using CBN grinding wheel.

10

Wpływ dodatków stopowych na profil stężenia węgla w wybranych gatunkach stali niskostopowych nawęglanych próżniowo

Dybowski K., Kula P., Kowalczyk P., Jakubowski K., Januszewicz B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

439--443

PL

Dodatki stopowe obecne w stalach poddawanych nawęglaniu mają wpływ na kinetykę tego procesu. Doniesienia literaturowe bazują na wynikach badań zrealizowanych w procesach konwencjonalnego nawęglania gazowego, w których potencjał węglowy atmosfery zwykle nie przekracza 1%. W nawęglaniu niskociśnieniowym (próżniowym) potencjał węglowy atmosfery jest znacznie większy (przekracza graniczną rozpuszczalność węgla w austenicie). Aby w pełni wykorzystać ten potencjał stosuje się podział procesu na fazy nasycania, w których dozuje się atmosferę nawęglającą do komory pieca i fazy wyżarzania bez dozowania atmosfery obróbczej (tzw. fazy dyfuzji). W trakcie nasycania następuje przesycanie warstwy wierzchniej stali węglem i wydzielanie węglików, natomiast w fazie dyfuzji ich rozpuszczanie. W jednej i drugiej fazie procesu zachodzi równocześnie dyfuzyjny transport węgla od powierzchni do rdzenia stali. Przebieg procesu nawęglania próżniowego ma bardziej złożony charakter niż tradycyjnego nawęglania gazowego. Udział w przebiegu poszczególnych faz tego procesu mają również dodatki stopowe obecne w nawęglanej stali. Z tego wynika zasadność przeprowadzonych w tej pracy badań. W artykule przedstawiono wpływ dodatków stopowych w stalach niskostopowych przeznaczonych do nawęglania na konstytuowanie się profilu stężenia węgla podczas nawęglania niskociśnieniowego oraz tworzenie i rozpuszczanie węglików. Przedstawiono również wpływ dodatków na ilość wprowadzanego do stali węgla podczas procesu, jak również aktywność węgla w austenicie i współczynnik dyfuzji.

EN

The additives occur at case-hardening steels influence on kinetics of the carburizing process. Reports in the lecture based on the results of research carried out in a conventional gas carburizing, where the carbon potential of carburizing atmosphere is usually less than 1%. At the low pressure carburizing (vacuum carburizing) the carbon potential of carburizing atmosphere is much higher (exceeding the solubility of carbon in austenite phase). To fully exploit the potential is used two step process contained saturation and annealing stage. In the saturation phase the carburizing atmosphere is dispensed into the furnace chamber and the annealing stage without the addition of the treating atmosphere is called diffusion phase. During saturation occurs solutioning the surface of the steel with carbon and recreation of carbides, while the diffusion phase dissolution of carbides. In both phases of the process takes place at the same time diffusive transport of carbon from the surface to the core of steel. As can be seen vacuum carburizing process is more complex than traditional gas carburizing. Participation in the course of the various phases of this process has the additives occur in the carburizing steel. It follows that the merits carried out in this article studies. The article presents the influence of alloy elements in low alloy steels designed for carburizing, for the constitution of carbon concentration profile during low pressure carburizing, the formation and dissolution of carbides. The paper also shows the effect of additives on the amount of carbon introduced during the process, the carbon activity in austenite, and the diffusion coefficient.

11

Nawęglanie i azotowanie próżniowe dysz wtrysku paliwa wykonanych ze stali WCL (H11)

Korecki M., Bazel M., Sut M., Kula P., Wołowiec E.

Piece Przemysłowe & Kotły

|

2014

|

3-4

30--33

PL

Poniższy artykuł opisuje najnowsze osiągnięcia w dziedzinie obróbki cieplnej dysz wtrysku paliwa wykonanych ze stali narzędziowej do pracy na gorąco, wykorzystywanych w silnikach wysokoprężnych. W przeprowadzonym badaniu przetestowano różne techniki udoskonalania warstwy z pomocą nawęglania i azotowania próżniowego, które nadają się zwłaszcza do obróbki elementów o skomplikowanych kształtach, takich jak np. ślepy otwór. Pod rozwagę wzięto różne parametry procesowe dotyczące sekwencji procesu oraz jego temperatury i zbadano ich wpływ na mikrostrukturę, twardość i równomierność warstwy. Rozwinięto kompleksową metodę obróbki, na którą składają się procesy termochemiczne oraz hartowanie w gazie pod wysokim ciśnieniem (HPGQ) i odpuszczanie. Cały proces został przeprowadzony w jednokomorowym piecu próżniowym wyposażonym w system nawęglania (LPC) i azotowania (LPN) niskociśnieniowego oraz hartowania w gazie pod wysokim ciśnieniem.

EN

The article describes the newest achievements in heat treatment of fuel injection nozzles made of hot work tool steel applied in diesel engines. Different methods of surface properties improvement has been used by means of vacuum carburizing and vacuum nitriding, especially suitable for elements characterized by difficult shape geometry like blind whole. Variables process parameters has been considered in terms of sequence and temperature, and their influence on surface microstructure, hardness and case uniformity. Complex technology was discovered involving thermo-chemical process supplemented by high pressure gas quenching (HPGQ) and tempering. All technological steps was performed in a single chamber vacuum furnaces equipped with LPC, LPN and HPGQ.

12

Wpływ sposobu hartowania na wielkość odkształceń detali wykonanych ze stali 16MnCr5 nawęglanych niskociśnieniowo

Dybowski K., Kula P., Atraszkiewicz R., Januszewicz B., Rzepkowski A., Jakubowski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

367--369

PL

W artykule przedstawiono porównanie wielkości naprężeń i odkształceń nawęglanej niskociśnieniowo stali 16MnCr5 hartowanej w gazie pod wysokim ciśnieniem (azot) i w oleju. Porównania dokonano na bazie detalu jakim było średniej wielkości koło zębate. Wykonano pomiary geometryczne bicia promieniowego na średnicy podziałowej koła przed i po obróbce cieplnej. Na podstawie tych wyników badań oceniono wpływ sposobu hartowania na stopień odkształcenia.

EN

Measurements of radial run-out on the wheel pitch circle before and after heat treatment were made.The review of the influence of the quenching method on the distortion level was elaborated on the base of the research data.

13

Komputerowe projektowanie procesów obróbki cieplnej

Stańczyk-Wołowiec E.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2013

|

Z. 453

1--112

PL

Niniejsza praca dotyczy zagadnień inteligentnego wspomagania komputerowego procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, w aspekcie poprawienia osiągania zgodności właściwości rzeczywistych po obróbce z właściwościami założonymi, a tym samym doskonalenia powtarzalności wyników tych procesów. Szczegółowe badania przeprowadzono dla nawęglania niskociśnieniowego z następującym po nim hartowaniem w gazie pod wysokim ciśnieniem, hartowania w gazie stali narzędziowych oraz azotowania prowadzonego przy obniżonym ciśnieniu. Zasadniczym celem przeprowadzonych badań doświadczalnych było lepsze poznanie zależności przyczynowo-skutkowych związanych z przebiegiem procesów nawęglania i azotowania w obniżonym ciśnieniu oraz opracowanie metodologii projektowania funkcjonalnych i efektywnych procesów próżniowej obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, z wykorzystaniem efektywnych metod obliczeniowych. Zagadnienia modelowania, prowadzenia i kontroli procesów dyfuzyjnych oraz procesów im towarzyszących omówiono w ośmiu kolejnych rozdziałach. Rozdział pierwszy wprowadza w tematykę pracy, w rozdziale drugim omówiono procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. W rozdziale trzecim syntetycznie przedstawiono metody modelowania ze szczególnym uwzględnieniem metod sztucznej inteligencji oraz przeanalizowano potencjalne możliwości i zagrożenia wynikające ze stosowania tych metod. W rozdziale czwartym omówiono zagadnienie komputerowego wspomagania procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, podsumowując jednocześnie aktualny stan wiedzy przedstawiony w literaturze. W rozdziałach piątym, szóstym i siódmym przedstawiono trzy modele i wykorzystujące je aplikacje, wspomagające procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Aplikacje te pracują w czasie rzeczywistym, dlatego podczas opracowywania algorytmów główny nacisk położono na ich szybkość działania i tworzono rozwiązania hybrydowe, wykorzystujące w zależności od potrzeb jednocześnie: równania analityczne, systemy bazodanowe, tabelaryzację, algorytmy heurystyczne, metody numeryczne i sieci neuronowe, ponieważ zaobserwowano, że rozwiązania hybrydowe, złożone z kilku metod, często dawały efekt synergiczny. Poprawność i sprawność rozwiązań weryfikowano w oparciu o rzeczywiste bazy eksperymentalne. Całościowe podsumowanie pracy zamieszczono w rozdziale ósmym. Elementy nowatorskie pracy stanowią: - dopełnienie poznania nowoczesnej oryginalnej technologii azotowania niskociśnieniowego, realizowanego metodą segmentową „boost-diffusion”, a w szczególności określenie modelu zjawisk powierzchniowych dla określenia zmiennych warunków brzegowych, uzyskanie stabilizacji i powtarzalności zjawisk powierzchniowych zachodzących podczas procesu azotowania pod obniżonym ciśnieniem, - poznanie nowych szczegółów realizacji procesów nawęglania próżniowego i hartowania stali narzędziowych, - twórcza adaptacja metod sztucznej inteligencji do projektowania i przewidywania procesów nawęglania oraz azotowania przy obniżonym ciśnieniu, - hybrydowe podejście do wspomagania procesów w czasie rzeczywistym, umożliwiające skuteczną aplikację zaprezentowanych rozwiązań w przemyśle.

EN

This study deals with intelligent computer-aided processes in thermal and thermochemical treatment, with the aim of improving the conformity of the actual post-treatment properties with the assumed properties, thereby improving the repeatability of the process results. Detailed studies were conducted of low-pressure carburising followed by high-pressure gas quenching of tool steels and low-pressure nitriding. The main purpose of the experiment was to gain a better understanding of the cause and effect relationships in the process of low-pressure carburising and nitriding and to develop a methodology for designing functional and effective processes of thermal and thermochemical treatment, using fast, efficient or intelligent computational methods. The issues of modelling, running and control of the diffusion processes and the accompanying processes are discussed in the subsequent eight chapters. Chapter one introduces the subject matter of the study; chapter two discusses the processes of thermal and thermochemical treatment. Chapter three presents briefly the methods of modelling, taking into special account those employing artificial intelligence, and it analyses the opportunities and threats arising from the use of such methods. Chapter four discusses the issue of computer aided thermal and thermochemical treatment and it provides a review of the current state of knowledge, presented in the literature. Chapters five, six and seven present three working models and the applications which use them, assisting processes of thermal and thermochemical treatment. The applications work in real time, so the process of developing the algorithms focused on their speed and hybrid solutions were created. The correctness and efficiency of the solutions were verified based on real experimental databases. A summary of the whole study is presented in chapter eight.

14

Wytwarzanie struktury nanokrystalicznej w warstwach wierzchnich stali po nawęglaniu próżniowym

Wasiak K., Wasiluk K., Skołek E., Świątnicki W., Szawłowski J., Sut M., Korecki M., Krasoń M., Bazel M.

Piece Przemysłowe & Kotły

|

2013

|

11-12

16--21

PL

W wyniku poddania stali niskowęglowych, procesowi nawęglania, hartowania i niskiego odpuszczania powstają znaczne naprężenia własne mogące doprowadzić nawet do pęknięcia materiału. W artykule przedstawiono badania mające na celu opracowanie takiej obróbki cieplnej, która zapewni uzyskanie pożądanych właściwości stali i zredukuje to niekorzystne zjawisko.

EN

By subjecting a low carbon steel to carburisation, hardening, and low temperature tempering, a high level of residual stress is produced, which can result even in cracking of the material. The article discusses research aimed at developing a heat treatment method that would allow for achieving the desired steel properties while minimising the adverse effects.

15

Wytwarzanie bainitu bezwęglikowego w warstwie wierzchniej stali chromowo-krzemowo-manganowej po nawęglaniu próżniowym

Skołek E., Wasiak K., Krasoń J., Świątnicki W. A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

868--871

PL

W pracy podjęto próbę wytworzenia struktury bainitu bezwęglikowego w warstwie wierzchniej stali 35CrSiMn5-5-4 poddanej nawęglaniu próżniowemu i hartowaniu z przystankiem izotermicznym w zakresie bainitycznym. Bainit bezwęglikowy otrzymywany w dolnym zakresie przemiany bainitycznej ma bardzo dobre parametry wytrzymałościowe ze względu na strukturę o submikronowej lub nanometrycznej wielkości ziaren. Jednocześnie brak wydzieleń cementytu na granicach oraz obecność austenitu szczątkowego w postaci cienkich warstw między płytkami bainitu zapewnia stali dużą odporność na pękanie. Wytworzenie struktury bainitu bezwęglikowego z austenitem szczątkowym powyżej 12% obj. jest możliwe w stalach o podwyższonej zawartości krzemu i manganu oraz koncentracji węgla w zakresie 0,6÷1,1% mas. W celu wzbogacenia warstwy powierzchniowej stali w węgiel do pożądanego poziomu zastosowano proces nawęglania próżniowego. Następnie przeprowadzono austenityzację stali i hartowanie z przystankiem izotermicznym w temperaturze nieco powyżej temperatury początku przemiany martenzytycznej Ms. W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury wykonane za pomocą skaningowego (SEM) i transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Na podstawie badań TEM: obserwacji w jasnym i ciemnym polu oraz dyfrakcji elektronów, połączonych z metodami stereologicznymi oszacowano wymiary oraz zawartość poszczególnych faz zarówno w warstwie, jak i w rdzeniu badanej próbki. Przedstawiono również badania mikrotwardości oraz odporności na ścieranie w odniesieniu do konwencjonalnej obróbki cieplnej hartowania martenzytycznego i niskiego odpuszczania. Uzyskane właściwości nawęglonej warstwy wierzchniej o strukturze bainitu bezwęglikowego pokazują, iż hartowanie z przystankiem izotermicznym może być konkurencyjne w porównaniu z obróbką konwencjonalną.

EN

This paper describes the process of producing the carbon-free bainitic structure in the surface layer of the 35CrSiMn5-5-4 steel subjected to vacuum carburization followed by austempering heat treatment. It was proved that the low temperature austempering allows obtaining a structure composed of nanometric or submicron width laths of carbide-free bainitic ferrite separated by thin layers of retained austenite. The nanocrystalline structure of bainitic ferrite results in high strength, while the appropriate content of the retained austenite guarantees good plasticity and high fracture toughness. Carbidefree bainite, with volume fraction of retained austenite above 12%, can be produced in steels, which contain high amount of silicon, manganese and 0.6÷1.1% of carbon. This level of carbon concentration has been reached in a surface layer of 35CrSiMn5-5-4 steel by vacuum carburization treatment. This steel was subsequently austenitized, quenched to the temperature slightly above the martensite start temperature Ms, and annealed at this temperature for a time necessary to complete the bainitic transformation. The microstructural characterization of steel after heat treatment was performed by the use of scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopes. TEM techniques: bright field, dark field and the diffraction patterns analyses combined with stereological measurement methods were used to determine the volume fraction and dimensions of the observed phases in the surface layer and in the core of the sample. Microhardness and wear resistance of two kinds of steel samples were investigated: the one subjected to austempering and the other subjected to a conventional treatment. The results show that austempering can be a competitive method in comparison to a conventional heat treatment for steels after carburization treatment.

16

Structure and properties of carburized surface layer in 21NiCrMnV4-3-2-2 steel after austempering

Wasiak K., Gołębiowski B., Świątnicki W. A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

386--389

EN

This paper presents the study of the microstructure, microhardness and wear resistance of the carburized 21NiCrMnV4-3-2-2 steel, that was subject to two different thermal treatments: austempering in bainitic range and conventional quenching and low-temperature tempering. Parameters of isothermal annealing were selected on the basis of dilatometric analyses of characteristic parameters of phase transfonnations in steel before carburization and in the carburized surface layer. The temperature of isothennal annealing was selected between the Ms temperatures of the core and of the carburized surface layer. Properties of the obtained layers after austempering treatment were compared with the properties of surface layers after conventional quenching and low-temperature tempering. Test results show that the structure obtained by austempering of carburized 21NiCrMnV4-3-2-2 steel have better wear resistance when compared to the harder martensitic structure obtained during conventional heat treatment. This means that the microstructure of higher hardness does not always have a better wear resistance. The results indicate that austempering can be a competitive treatment if compared to the conventional quenching and tempering.

PL

W artykule przedstawiono badania mikrostruktury, mikrotwardości oraz odpomości na ścieranie stali 21NiCrMnV4-3-2-2 nawęglonej próżniowo, a następnie poddanej dwóm odmiennym obróbkom cieplnym: hartowaniu z wytrzymaniem izotermicznym w zakresie bainitycznym oraz konwentcjonalnemu hartowaniu z niskim odpuszczaniem. Parametry wyżarzania izotermicznego dobrano na podstawie badań dylatometrycznych, charakterystycznych parametrów przemian fazowych w stali przed nawęglaniem oraz w warstwie nawęglonej. Temperaturę przystanków izotermicznych Wybrano pomiędzy temperaturą Ms rdzenia a temperaturą Ms dla warstwy nawęglonej. Właściwości otrzymanych warstw porównano z właściwościami warstwy nawęglonej po konwencjonalnej obróbce hartowania na martenzyt i niskiego odpuszczania. Wyniki badań pokazują, że struktury uzyskane w wyniku hartowania izotermicznego nawęglonej stali 21NiCrMnV4-3-2-2 wykazują lepszą odpomość na ścieranie w porównaniu z twardszą strukturą martenzytyczną uzyskaną po konwencjonalnej obróbce cieplnej. Oznacza to, że mikrostruktura o większej twardości nie zawsze wykazuje lepszą odporność na ścieranie. Wyniki badań wskazują, że hartowanie z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej może być konkurencyjne w porównaniu z konwencjonalną obróbką hartowania i odpuszczania.

17

Analiza struktury i zawartości węgla w warstwie dyfuzyjnej stali 18CrNiMo7-6 nawęglanej próżniowo

Wołowiec E., Kula P., Klimek L., Januszewicz B., Jakubowski K., Pokrzywa M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

441--443

PL

Dobranie optymalnych czasów etapów nasycania i dyfuzji w procesie nawęglania próżniowego jest konieczne w celu uzyskania warstw o zaprojektowanym profilu zawartości węgla. Celem prezentowanej pracy jest zbadanie wpływu temperatury oraz czasu nasycania i dyfuzji w procesie nawęglania próżniowego na zawartość węgla oraz ilość węglików w warstwie dyfuzyjnej stali 18CrNiMo7-6. Przeprowadzono procesy eksperymentalne, a następnie wykonano badania profilu zawartości węgla w warstwie metodą GDOES oraz badania metalograficzne pozwalające określić udział węglików na poszczególnych głębokościach warstwy nawęglanej. Stwierdzono, że proces nasycania prowadzi do powstania strefy bogatej w węgliki (nawet kilkadziesiąt procent), które jednak ulegają rozpuszczeniu w procesie dyfuzji. Zauważono, że całkowite rozpuszczenie węglików zachodzi wówczas, gdy czas dyfuzji jest około 2 razy dłuższy niż czas nasycania.

EN

A vacuum carburizing process is composed of boost and diffusion segments. A choice of optimum times of these stages is very important. Only right choice guarantees an obtain of right carbon distribution in layer. The goal of the article is an investigation of temperature influence and times of boost and diffusion in vacuum carburizing process on carbon and carbides content in 18CrNiMo7-6 steel. For this reason there was analysed carbon distributed to calculate of carbides participation on different carburized layer depths. The article shows that boost stage is cause of rising rich-carbides zone and this layer is diffused in diffusion stage. There is noticed that all carbides are dissolved when time of diffusion is about 2 times longer than boost stage.

18

The application of artificial neural networks in optimization of heat treatment processes of steel

Wołowiec E., Kula P.

Journal of Applied Computer Science

|

2011

|

Vol. 19, nr 1

161-169

EN

This article is dedicated to processes of vacuum carburization, which constitute an alternative method to industrial multi-segment carburization. Special attention has been paid to the possibility of using artificial neural networks to design processes of such type. The following subchapters deal with the essence and purposes of vacuum carburization, the course of research on processes and the possibility of using neural networks to design such processes, and the architecture of a sample neural network which achieves this goal.

19

Wpływ obróbki ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową kół zębatych ze stali 17CrNi6-6 poddanych nawęglaniu próżniowemu ze wstępnym azotowaniem

Sawicki J., Dybowski K., Pietrasik R., Kula P.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

703-706

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałości zmęczeniowej stykowej kół zębatych wykonanych ze stali 17CrNi6-6 nawęglanych metodą próżniową z fazą wstępnego azotowania (technologia PreNitLPCŽ) i hartowanych w azocie pod ciśnieniem 1.2 MPa, które następnie poddano szlifowaniu ściernicą elektrokorundową oraz ściernicą z regularnego azotku boru. Badania zmęczeniowe przeprowadzono na stanowisku mocy krążącej. Określenie stykowej wytrzymałości zmęczeniowej polegało na doświadczalnym wyznaczeniu największego, dopuszczalnego naprężenia w biegunie zazębienia, do wystąpienia pittingu. Przeprowadzone badania pozwoliły na ocenę wpływu obróbki ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową nawęglanych próżniowo kół zębatych.

EN

The article presents the results of the contact fatigue strength measurements for gears made of steel 17CrNi6-6 carburized by vacuum method with prenitriding initial phase (technology PreNitLPC Ž) and quenched in nitrogen atmosphere under pressure 1.2 MPa, which were then grinded by aloxite and cubic boron nitride grinding wheel. Fatigue tests were conducted on a power circulating setup . Determination of the contact fatigue strength values relief on the experimental evaluation of the largest allowable stress at the pole engagement, until the pitting occured. The research allowed to assess the impact of grinding on the contact fatigue strength of vacuum carburized gears.

20

Przyspieszanie powstawania warstw w elementach nawęglanych próżniowo

Wołowiec E., Kula P., Klimek L., Januszewicz B.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

793-796

PL

Artykuł poświecono zjawiskom wydzielania i rozpuszczania węglików w stali podczas przebiegu procesu nawęglania próżniowego. Szczególną uwagę poświęcono jednosegmentowym procesom nawęglania jako metodzie alternatywnej do stosowanego przemysłowo nawęglania wielosegmentowego. W kolejnych podrozdziałach przedstawiono istotę i cele technologii nawęglania próżniowego, przebieg badań nad procesami jednosegmentowymi oraz porównawczą analizę czasową procesów jedno i wielosegmentowych.

EN

This article is dedicated to single-segment processes of vacuum carburization, which constitute an alternative method to industrial multi-segment carburization. The following paragraphs deal with the essence and purposes of vacuum carburization, the course of research on single-segment processes and time comparison single- and multi-segments processes.