Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructure and mechanical properties of Fe-2.2Mn-1.5Cr-0.2Mo-0.3C steel sintered at 1120°C and 1250°C

Dudek P., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 3

809-816

EN

In an attempt to study the sinterability of a potential high-strength ferrous alloy Fe-2.2Mn-1.5Cr-0.2Mo-0.3C (AGH2.2-1.5), compacts, based on HSganas Astaloy Cr-L (Fe-1.5Cr- 0.2Mo) water atomised pre-alloyed iron powder, were prepared. Low-carbon ferro-manganese of weight % composition 77Mn-1.3C-0.2O-balance Fe and CU-F graphite were admixed. The samples were sintered at 1120 and 1250°C in a laboratory tubę furnaces in nitrogen or 95% nitrogen 5% hydrogen atmospheres with dew points better than -70°C and cooled at cooling ratę lOKmin-1. Generally resultant microstructures were homogeneous and consisted of bainite and martensite; they were characterised by the absence of oxide networks. Sintered densities were in the rangę of 6.8-7.0 g/cm3. Mechanical properties were measured in the as-sintered condition, giving good combination of strength and ductility. Mean fracture strengths of the specimens were 730 MPa in tension and 1170 MPa in bending. The fracture data were analysed using Weibull statistics. This method is often used when evaluating the mechanical properties of "flaw-sensitive", primarily sintered, materials. By using the Weibull probabilistic relations the resulting variability in the data can be ąuantified. Weibull moduli, m, were generally in the rangę 8-13 for tensile strength and 11-15 for transverse rupture strength.

PL

W celu zbadania procesu spiekania potencjalnie wysokowytrzymałego stopu żelaza wykonano wypraski, których podstawowym składnikiem był rozpylany, stopowy proszek żelaza Hoganas Astaloy Cr-L (Fe-l.5Cr-0.2Mo). Do proszku tego domieszano proszek niskowęglowego żelazomanganu o składzie 77Mn-l,3C-0,2O (% masowe) - reszta Fe oraz proszek grafitu gatunku C-UF. Wypraski spiekano w temperaturze 1120°C i 1250°C, w laboratoryjnym piecu rurowym, w atmosferze azotu oraz w atmosferze złożonej w 95% z azotu i w 5% z wodoru, o punkcie rosy poniżej -70°C, po czym próbki chłodzono z prędkością lOKmin-1. Badane materiały charakteryzowały się jednorodną mikrostrukturą, składającą się z bainitu i martenzytu oraz cechowały się brakiem siatki tlenków. Własności mechaniczne stopu badano bezpośrednio po spiekaniu. Stop ten ulegał przemianie w strukturę bainityczno-martenzytyczną o dobrej kombinacji wytrzymałości i ciągliwości. Próbki po spiekaniu charakteryzowały się gęstościami od 6,8 g/cm3 do 7,0 g/cm3. Posiadały one średnią wytrzymałości na rozciąganie 730 MPa oraz wytrzymałość na zginanie 1170 MPa. Wyniki badań wytrzymałościowych poddano analizie przy użyciu statystyki Weibulla. Metoda ta jest często stosowana, gdy ocenia się własności wytrzymałościowe materiałów czułych na obecność wad - głównie materiałów spiekanych. Użycie probabilistycznych zależności Weibulla umożliwiło ilościowy opis zmienności uzyskanych wyników badań. Moduły Weibulla, m, obliczone na podstawie wyników badań wytrzymałości próbek uzyskanych w statycznej próbie rozciągania, mieściły się w przedziale od 8 do 13 oraz od 11 do 15 - w przypadku wyników uzyskanych w oparciu o i badanie wytrzymałości na zginanie trójpunktowe.

2

Sintered PM manganese steels

Sułowski M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2006

|

Vol. 51, iss. 2

227-236

EN

High strength structural materials (as-sintered density between 6.8–7.1 Mg/m3 and UTS in the range of 600–1000 MPa are very important group of steels produced by powder metallurgy technique. Due to economic and environmental reasons, manganese steels are very common used for production of sintered gear wheels [1, 2, 3]. The high strength of manganese steels can be achieved as a result of manganese addition and post-sintering heat treatment. To decrease the cost production of these steels, sinter-hardening can be employed [4, 5]. This operation is possible only for groups of alloying steels containing elements given high hardenability, such as nickel and molybdenum. Nickel has been shown to be a class 3 cancerogenic and allergic element [6]. Thus, due to legislative reasons, most of the investigated steels are nickel-free, in which manganese and/or chromium substitute nickel and expensive molybdenum. Manganese would be an obvious choice for such high strength application if only this element could be protected from oxidation during sintering [3, 7, 8]. If not, during production of PM manganese steels two possible way of oxidation were recognised. Firstly, oxides can be formed because of poor sintering atmosphere dew point. Secondly, iron oxides, which can be reduced by manganese, are the source free oxygen. As a result of this, the reaction between free oxygen and manganese is possible. In a consequence very stable oxides can be created [7], which can be reduced in higher than industrial sintering temperature. The development in furnace construction, allowing for high temperature sintering in oxygen-free atmospheres, caused for increasing in the industrial scale production of sintered steels with addition of elements with high affinity to the oxygen (aluminium, chromium, manganese, titanium). Nowadays it is widely recognised that the mechanical properties and dimensional changes of the sintered manganese steel depend on grade of the iron powder and sintering temperature variations at different sintering atmosphere dew point level [9]. Also tempering temperature influence the properties of PM manganese structural parts. Based on the attainable data, which have been published in national and foreign bulletins and presented at international and domestic conferences, author tried to show the main aspects of producing sinter-hardened PM manganese steels.

PL

Spiekane materiały konstrukcyjne o dużej wytrzymałości na rozciąganie, mieszczącej się w zakresie od 600 MPa do 1000 MPa, i średniej gęstości wynoszącej od 6,8 Mg/m3 do 7,1 Mg/m3, stanowią ważną, wyodrębnioną w normach krajowych i międzynarodowych, grupę materiałów konstrukcyjnych produkowanych techniką metalurgii proszków. Materiały te umożliwiają wytwarzanie części maszyn, łączących w sobie takie cechy jak: względnie duże własności wytrzymałościowe, znikome zanieczyszczenie środowiska naturalnego podczas ich produkcji, stosunkowo małą masę oraz – co najważniejsze – niski koszt wytwarzania. Sprawia to, iż stale spiekane o dużej wytrzymałości stanowią bardzo konkurencyjny materiał w odniesieniu do konwencjonalnych stali konstrukcyjnych i żeliw. Ze stali tych wytwarza się obecnie ostatecznie uformowane, odpowiedzialne, silnie obciążone części maszyn, których typowym przykładem mogą byc przekładniowe koła zębate [1, 2, 3]. Duże własności wytrzymałościowe tych stali osiągane są w wyniku obróbki cieplnej polegającej na hartowaniu i niskim odpuszczaniu. W celu obniżenia kosztów produkcji wyrobów ze spiekanych stali konstrukcyjnych, wprowadza się w ostatnich latach obróbkę cieplną, tzw. „sinter-hardening”, polegającą na ich hartowaniu bezpośrednio z temperatury spiekania poprzez przyspieszone chłodzenie konwekcyjne [4, 5]. Tego rodzaju obróbka cieplna możliwa jest dzięki zastosowaniu pieców o specjalnej konstrukcji i jedynie w odniesieniu do niektórych gatunków spiekanych stali stopowych, odznaczających się odpowiednio dużą hartownością. Pierwiastkami zapewniającymi dużą hartowność takich stali są z reguły nikiel i molibden. Jednakże, z powodu stwierdzenia silnie kancerogennego oddziaływania proszku niklu na organizm człowieka [6], a także z przyczyn ekonomicznych, czynione są próby zastąpienia niklu innymi pierwiastkami stopowymi, głównie chromem oraz manganem. Niestety wyniki wcześniejszych badań, przeprowadzonych już wiele lat temu, wykluczyły możliwość wytwarzania konstrukcyjnych spiekanych stali manganowych –podobnie jak i chromowych – w ówczesnych warunkach przemysłowych. Powodem jest bardzo duże powinowactwo manganu do tlenu oraz wysoka prężność jego par w temperaturze spiekania. Z tego powodu mangan wprowadza się do spieku nie w postaci czystego pierwiastka, lecz zazwyczaj w postaci żelazostopu. Pozwala to znacznie obniżyc koszt produkowanego wyrobu, jednak pojawiają się kłopoty związane z małą prasowalnością mieszanki proszków zawierających żelazomangan [3, 7, 8]. Podczas spiekania konstrukcyjnych stali manganowych występują dwa zródła tlenu. Po pierwsze tlen może dostawać się do materiału bezposrednio z atmosfery, w której realizowany jest proces spiekania. Aby zapobiec utlenianiu spieku podczas jego produkcji należy stosowac atmosfery redukujace o wysokiej czystości oraz odpowiednio niskim punkcie rosy [9]. Drugim zródłem tlenu są tlenki żelaza, które mogą być redukowane przez mangan. Mangan tworzy z tlenem wiele tlenków, z których dwa istnieją w temperaturach wyższych niz 800C. Są one najbardziej niekorzystne, gdyż ich redukcja nastapić może w temperaturach wyższych od tradycyjnych temperatur spiekania [7]. Dopiero w ostatnich latach, dzięki postępowi w dziedzinie budowy pieców przemysłowych, pozwalającemu na zastosowanie wyższych temperatur spiekania i atmosfer o wystarczajaco małej zawartości tlenu i pary wodnej, stało się możliwe produkowanie również na skalę przemysłową stali z dodatkiem pierwiastków stopowych charakteryzujących się dużym powinowactwem do tlenu, tj. aluminium, chromu, manganu i tytanu. Na podstawie dostępnych danych literaturowych, opublikowanych w krajowych oraz zagranicznych czasopismach a także w krajowych i zagranicznych materiałach konferencyjnych, w artykule przedstawiono główne aspekty związane z produkcją spiekanych stali manganowych przeznaczonych do obróbki typu sinter-hardening.

3

Mechanical properties of Fe-(3-4)%Mn-0.8%C PM steels

Sułowski M., Ciaś A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 1

55-72

EN

The powder metallurgy route may allow sintered manganese steels to be made based on pure iron powder and ferromanganese powder with control over alloy microstructure. The factors that contribute to the mechanical properties of sintered Fe-(3-4)%Mn-0.8%C manganese steels, such as the basic powder grade, sintering temperature, sintering atmosphere dew point and cooling rate are summarised. The paper shows the influence of these parameters on the tensile strength, yield strength, transverse rupture strength, impact strength and hardness of the investigated steels. It is showed that tensile high strength level higher than those of many conventional steels can be obtained already in the as-sintered condition.

PL

W artykule przedstawiono wpływ parametrów wytwarzania na własności mechaniczne spiekanych konstrukcyjnych stali manganowych o zawartości manganu wynoszącej 3% mas. i 4%mas. oraz stałej zawartości 0,8%węgla. Powyższy skład spiekanej stali wybrano w oparciu o wyniki dotychczasowych badań prowadzonych zarówno w kraju jak i za granicą. Jako parametry wpływające w znaczny sposób na przebieg spiekania, a tym samym na własności spieków, wyodrębniono: rodzaj zastosowanych proszków żelaza i zelazomanganu, temperaturę spiekania, temperature punktu rosy atmosfery spiekania oraz szybkość chłodzenia matteriału po spiekaniu. Z przeprowadzonych prac i uzyskanych rezultatów badań wynika, że zmiany wymiarowe badanych spieków są funkcją nastepujacych parametrów wytwarzania: temperatury punktu rosy atmosfery spiekania, temperatury spiekania oraz szybkości chłodzenia po spiekaniu. Stwierdzono również, ze własności mechaniczne spiekanych stali manganowych w istotnym stopniu zależą od rodzaju zastosowanych proszków żelaza i żelazomanganu.