Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Corrosion Resistance of the Nanostructured X37CrMoV5-1 Steel

Skołek E., Kamiński J., Marciniak S., Świątnicki W. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 1

133--140

EN

The aim of this study is to compare the corrosion resistance of X37CrMoV5-l tool steel after nanostructurization and after a conventional heat treatment. The nanostructuring treatment consisted of austempering at 300°C, which produced a microstructure composed of nanometric carbide-free bainite separated by nanometric layers of retained austenite. The retained austenite occurred also in form of blocks which partially undergo martensitic transformation during final cooling. For comparison, a series of steel samples were subjected to a standard quenching and high tempering treatment, which produced a microstructure of tempered martensite. The obtained results showed that the corrosion resistance of steel after both variants of heat treatment is similar. The results indicate that the nanocrystalline structure with high density of intercrystalline boundaries do not deteriorate the corrosion resistance of steel, which depends to a greater extent on its phase composition.

2

The Microstructure and Phase Composition of 35CrSiMN5-5-4 Steel After Quenching and Partitioning Heat Treatment

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

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1683--1688

EN

The aim of the study was to characterise the microstructure of 35CrSiMn5-5-4 steel which was subjected to a new heat treatment technology of quenching and partitioning (Q&P). The parameters of the treatment were chosen on the basis of computer simulations and dilatometric studies of phase transformations occurring in steel. The transmission electron microscopy (TEM) observations of steel microstructure after the Q&P treatment revealed the presence of martensite as well as significant amount of retained austenite in form of layers between the martensite laths. The rod-like carbides in the ferritic areas were also observed, which indicates the presence of lower bainite in steel. It was found that the retained austenite content measured by means of TEM was about 28% for partitioning at 400°C and 25% for partitioning at 260°C. These results are in good agreement with the phase composition calculated theoretically as well as those determined experimentally by use of dilatometric tests.

3

Thermal Stability of Nanocrystalline Structure In X37CrMoV5-1 Steel

Skołek E., Marciniak S., Świątnicki W. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

511--516

EN

The aim of the study was to investigate the thermal stability of the nanostructure produced in X37CrMoV5-1 tool steel by austempering heat treatment consisted of austenitization and isothermal quenching at the range of the bainitic transformation. The nanostructure was composed of bainitic ferrite plates of nanometric thickness separated by thin layers of retained austenite. It was revealed, that the annealing at the temperature higher than temperature of austempering led to formation of cementite precipitations. At the initial stage of annealing cementite precipitations occurred in the interfaces between ferritic bainite and austenite. With increasing temperature of annealing, the volume fraction and size of cementite precipitations also increased. Simultaneously fine spherical Fe7C3 carbides appeared. At the highest annealing temperature the large, spherical Fe7C3 carbides as well as cementite precipitates inside the ferrite grains were observed. Moreover the volume fraction of bainitic ferrite and of freshly formed martensite increased in steel as a result of retained austenite transformation during cooling down to room temperature.

PL

Celem pracy było zbadanie stabilności cieplnej nanostruktury wytworzonej w stali narzędziowej X37CrMoV5-1 za pomocą obróbki cieplnej polegającej na austenityzacji i hartowaniu z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej. Utworzona nanostruktura składała się z płytek ferrytu bainitycznego nanometrycznej grubości rozdzielonych cienkimi warstwami austenitu szczątkowego. Ujawniono, że wyżarzanie stali w temperaturze wyższej niż temperatura przystanku izotermicznego prowadzi do wytworzenia w nanostrukturze wydzielenia cementytu. W początkowym etapie wyżarzania wydzielenia cementytu utworzyły się na granicach ferrytu bainitycznego i austenitu. Ze wzrostem temperatury wyżarzania następował wzrost udziału objętościowego i wielkości wydzieleń cementytu. Jednocześnie pojawiły się drobne wydzielenia węglika Fe7C3. Po wyżarzaniu w jeszcze wyższych temperaturach zaobserwowano duże, kuliste wydzielenia węglika Fe7C3 oraz wydzielenia cementytu w obrębie ziaren ferrytu. udział objętościowy tej fazy w stali. Nastąpił również wzrost udziału objętościowego ferrytu bainitycznego oraz świeżo utworzonego martenzytu w blokach w wyniku przemiany austenitu szczątkowego podczas chłodzenia stali do temperatury pokojowej.

4

The Effect of Stepped Austempering on Phase Composition and Mechanical Properties of Nanostructured X37CrMoV5-1 Steel

Marciniak S., Skołek E., Świątnicki W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

517--521

EN

This paper presents the results of studies of X37CrMoV5-1 steel subjected to quenching processes with a one-step and a two-step isothermal annealing. The TEM observation revealed that steel after one-step treatment led is composed of carbide-free bainite with nanometric thickness of ferrite plates and of high volume fraction of retained austenite in form of thin layers or large blocks. In order to improve the strength parameters an attempt was made to reduce the austenite content by use of quenching with the two-step isothermal annealing. The temperature and time of each step were designed on the basis of dilatometric measurements. It was shown, that the two-step heat treatment led to increase of the bainitic ferrite content and resulted in improvement of steel's strength with no loss of steel ductility.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań stali X37CrMoV5-1 poddanej hartowaniu izotermicznemu jedno i dwu stopniowemu. Obserwacji TEM wykazały, że stal po jednostopniowym hartowaniu izotermicznym składa się z bainitu bezwęglikowego o nanometrycznej grubości płytek ferrytu poprzedzielanych cienkimi warstwami lub blokami austenitu. Wysoka plastyczność stali wynika z wysokiej zawartością fazy austenitycznej. W celu poprawy parametrów wytrzymałościowych postanowiono zmniejszyć ilość austenitu poprzez zastosowanie dwustopniowego hartowania izotermicznego. Parametry tego procesu zostały zaprojektowane na podstawie badań dylatometrycznych. Wykazano, że dwustopniowa obróbka cieplna prowadził do podwyższenia zawartości ferrytu bainitycznego i tym samym do poprawy wytrzymałości stali bez utraty plastyczności.

5

Nanocrystalline Steels’ Resistance to Hydrogen Embrittlement

Skołek E., Marciniak S., Skoczylas P., Kamiński J., Świątnicki W. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

491--496

EN

The aim of this study is to determine the susceptibility to hydrogen embrittlement in X37CrMoV5-1 steel with two different microstructures: a nanocrystalline carbide-free bainite and tempered martensite. The nanobainitic structure was obtained by austempering at the bainitic transformation zone. It was found, that after hydrogen charging, both kinds of microstructure exhibit increased yield strength and strong decrease in ductility. It has been however shown that the resistance to hydrogen embrittlement of X37CrMoV5-1 steel with nanobainitic structure is higher as compared to the tempered martensite. After hydrogen charging the ductility of austempered steel is slightly higher than in case of quenched and tempered (Q&T) steel. This effect was interpreted as a result of phase composition formed after different heat treatments.

PL

Celem pracy było określenie wrażliwości na kruchość wodorową stali X37CrMoV5-1 o dwóch różnych mikrostrukturach: nanokrystalicznego bainitu bezwęglikowego i odpuszczonego martenzytu. Struktura nanobainityczna została otrzymana w wyniku procesu hartowania izotermicznego w zakresie przemiany bainitycznej. Zaobserwowano, że po procesie katodowego nasycania wodorem oba typy mikrostruktury wykazują zwiększenie granicy plastyczności i znaczący spadek plastyczności. Wykazano jednak, że odporność na kruchość wodorową stali X37CrMoV5- 1o strukturze nanobainitycznej jest lepsza w porównaniu do stali o strukturze martenzytu odpuszczonego. Po katodowym nasycaniu wodorem plastyczność stali hartowanej izotermicznie jest nieznacznie wyższa niż w przypadku stali hartowanej i odpuszczanej (Q&T). Zjawisko to zostało zinterpretowane jako wynik składu fazowego wytworzonego podczas różnych obróbek cieplnych.

6

Corrosion Resistance of The Bearing Steel 67SiMnCr6-6-4 with Nanobainitic Structure

Skołek E., Dudzińska K., Kamiński J., Świątnicki W. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

503--509

EN

The paper describes a comparative study of the corrosion resistance of bearing steel 67SiMnCr6-6-4 after two kinds of nanostructuring treatments and two kinds of conventional quenching and tempering treatments. The nanostructuring treatment consisted of austempering with an isothermal quenching at 240°C and 300°C. The conventional heat treatment consisted on quenching and tempering at 350°C for 1 h and quenching and tempering at 550°C for 1 h. Time and temperature of tempering was chosen so that the hardness of both samples (nanostructured as well as quenched and tempered) was similar. The microstructure of steel after each heat treatment was described with the use of transmission electron microscopy (TEM). It was shown, that the austempering conducted at 240°C produced homogenous nanobainitic structure consisting of carbide-free bainite plates with nanometric thickness separated by the layers of retained austenite. The austempering at 300°C produced a sub-micrometric carbide-free bainite with retained austenite in form of layers and small blocks. The conventional heat treatments led to a tempered martensite microstructure. The corrosion resistance study was carried out in Na2SO4 acidic and neutral environment using potentiodynamic and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. The corrosion resistance of nanostructured steel samples were compared to the steel samples with tempered martensite. The obtained results indicate, that the corrosion resistance of bearing steel with nanobainitic structure is similar to steel with tempered martensite in both acidic and neutral environment. This means that the high density of intercrystalline boundaries in nanobinite does not deteriorate the corrosion properties of the bearing steel.

PL

W pracy przedstawiono porównawcze badania odporności korozyjnej łożyskowej stali 67SiMnCr6-6-4 poddanej dwóm typom procesów nanostrukturyzacji oraz dwóm typom konwencjonalnych obróbek hartowania i odpuszczania. Obróbka na-nostrukturyzacji polegała na hartowaniu z przystankiem izotermicznym w temperaturze 240°C oraz 300°C. Konwencjonalna obróbka cieplna obejmowała hartowanie i odpuszczanie w temperaturze 350°C przez 1 h oraz hartowanie i odpuszczanie w temperaturze 550°C przez 1 h. Czas i temperatura odpuszczania dobrane były tak, aby twardość próbek (po nanostrukturyzacji oraz hartowaniu i odpuszczaniu) była zbliżona. Mikrostruktura stali po różnych obróbkach cieplnych określona była przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Wykazano, że hartowanie izotermiczne w temperaturze 240°C pozwoliło na wytworzenie jednorodnej struktury nanobainitycznej, zbudowanej z płytek bezwęglikowego bainitu, porozdzielanych warstwami austenitu szczątkowego. Podczas hartowania izotermicznego w temperaturze 300°C wytworzono bainit bezwęgli-kowy o submikronowej wielkości ziaren z austenitem szczątkowym w postaci warstw oraz niewielkich bloków. W wyniku konwencjonalnych obróbek hartowania i odpuszczania wytworzono martenzyt odpuszczony. Badania odporności korozyjnej przeprowadzono metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) oraz metodą potencjo dynamiczną, w kwaśnym oraz obojętnym środowisku Na2SO4. Odporność korozyjną stali po obróbkach nanostrukturyzacji porównano z odpornością korozyjną stali o strukturze martenzytu odpuszczonego. Otrzymane wyniki wskazują że zarówno w środowisku kwaśnym jak i obojętnym odporność korozyjna stali łożyskowej o strukturze nanokrystalicznej jest zbliżona do odporności korozyjnej tej stali o strukturze martenzytu odpuszczonego. Oznacza to, że duża gęstość granic ziaren w strukturze nanobainitu nie pogarsza odporności korozyjnej stali łożyskowej.

7

Determination of the phase composition in commercial Cr-Si-Mn steel after an austempering treatment

Skołek E., Marciniak S., Świątnicki W.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

199--202

EN

Commercial chrome-silico-manganese alloy steel was submitted to an austempering processes with isothermal quenching at different temperature of: 310, 400, and 450°C. Treatments resulted in obtaining microstructure composed of the carbide-free bainite and retained austenite. Attempts to evaluate the quantities of bainitic ferrite and retained austenite were made on the basis of dilatometric studies and microscopic observations with the use of transmission electron microscope. It was shown, that different temperature of heat treatment give different phase composition and morphology. An increase in isothermal quenching temperature from 310°C to 400°C causes slight increase in bainitic ferrite grain size and higher amount of retained austenite. Exceeding specific limit temperature of the treatment results in significant increase in bainitic ferrite grain size and the formation of blocks of austenite, which underwent martensitic transformation during cooling to the room temperature, subsequently decreasing the amount of retained austenite.

PL

Handlowa stal chromowo-krzemowo-manganowa poddana została obróbce hartowania z przystankiem izotermicznym w różnej temperaturze: 310, 400 i 450°C. W wyniku obróbek wytworzono struktury zbudowane z bezwęglikowego bainitu oraz austenitu szczątkowego. Na podstawie badań dylatometrycznych oraz obserwacji mikrostruktury za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego podjęto próbę oszacowania zawartości ferrytu bainitycznego oraz austenitu szczątkowego. Wykazano, że w zależności od zastosowanej temperatury występują różnice w zawartości i morfologii poszczególnych faz. Zwiększenie temperatury obróbki hartowania z przystankiem izotermicznym z 310°C do 400°C powoduje nieznaczny rozrost ziarna bainitu oraz zwiększenie zawartości austenitu szczątkowego w stali. Przekroczenie pewnej granicznej temperatury obróbki powoduje znaczny rozrost ziaren ferrytu i powstawanie austenitu w formie bloków, które podczas chłodzenia do temperatury pokojowej ulegają przemianie martenzytycznej, w wyniku której zawartość austenitu szczątkowego zmniejsza się.

8

Microstructure and Properties of Surface Layer of Carburized 38CrAlMo6-10 Steel Subjected to Nanostructurization by a Heat Treatment Process

Wasiluk K., Skołek E., Świątnicki W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1685--1690

EN

The aim of the study was to produce and characterize a nanobainitic microstructure in surface layers of carburized 38CrAlMo6-10 structural steel. Steel contained 1.% Al and 0.3% Si - elements hindering the cementite precipitation, which was considered to be adequate for obtaining a carbide free bainite. Steel samples were subjected to two different vacuum carburizing processes in order to obtain two different contents of carbon in surface layer. To produce a nanobainitic microstructure a heat treatment consisting of austempering at temperature slightly higher than the martensite start temperature (Ms) of the layer was applied after each carburization process. It was found, that the obtained microstructure of carburized layer depends strongly on carbon content. In steel with surface layer containing lower carbon content a nanobainitic microstructure with carbon-enriched residual austenite was formed. In case of surface layer containing higher carbon content the ultra-fine grained lower bainite was obtained.

PL

Celem pracy było wytworzenie w nawęglonej warstwie wierzchniej stali 38CrAlMo6-10 mikrostruktury nanobainitu. Stal ta zawiera dodatek 1,31% Al+Si - pierwiastków hamujących wydzielanie węglików, który został uznany za wystarczający by umożliwić powstanie nanobainitu. Próbki poddano dwóm procesom nawęglania do dwóch różnych zawartości węgla w warstwie wierzchniej. Zastosowana obróbka cieplna nanobainityzacji obejmowała hartowanie izotermiczne w temperaturach nieco wyższych niż Ms warstwy. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że mikrostruktura warstwy wierzchniej po bainityzacji zależy silnie od zawartości węgla. W przypadku jednej warstwy uzyskano nanometrycznej wielkości listwy bainitu z filmem wzbogaconego w węgiel austenitu resztkowego, w drugiej mikrostrukturę ultra drobnoziarnistego bainitu dolnego.

9

Manufacture of Toothed Elements in Nanoausferritic Ductile Iron

Myszka D., Skołek E., Wieczorek A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1217--1221

EN

The technology currently used for the fabrication of toothed wheels, gear couplings and chain drums involves the induction hardening process or hardening and tempering after carburising. All these processes take a long time and cause adverse changes in the dimensions and surface quality of products, requiring post-treatment machining to remove the resulting cavities. The paper proposes the implementation of gear elements made of ductile iron with nanoausferritic matrix obtained by a new appropriate heat treatment process. The new material offers good performance characteristics and nearly no need for the application of other technological processes commonly used in the manufacture of gears.

PL

Obecnie stosowany proces projektowania kół zębatych zakłada hartowanie indukcyjne uzębienia po procesach ulepszania cieplnego lub hartowanie i odpuszczanie po nawęglaniu. Procesy te są długotrwałe i powodują niekorzystne zmiany wymiarów wyrobu oraz zmiany powierzchniowe, które muszą być usunięte poprzez obróbkę skrawaniem. W artykule zaproponowano wykonanie kół zębatych z żeliwa o osnowie nanoausferrytu uzyskaną w wyniku odpowiednich procesów cieplnych. Nowy materiał oferuje dobre właściwości użytkowe oraz możliwości w ograniczeniu procesów technologicznych wykonywanych przy wytwarzaniu kół zębatych.

10

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.

11

Wytwarzanie niskotemperaturowego bainitu w warstwie nawęglonej na stali 38CrAlMo610

Wasiluk K., Skołek E., Świątnicki W.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

911--915

PL

Stosowana powszechnie obróbka cieplna warstw nawęglanych stali, polegająca na hartowaniu i niskim odpuszczaniu, niesie ze sobą ryzyko wystąpienia efektów ubocznych: wzrostu naprężeń własnych w warstwie powierzchniowej, odkształcenia elementu, a nawet zarodkowania pęknięć. Celem zredukowania tego ryzyka w pracy podjęto próbę opracowania alternatywnej obróbki po procesie nawęglania, która polega na hartowaniu elementu z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej. Przyjęto, iż zastąpienie hartowania martenzytycznego obróbką izotermiczną w stalach o odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych i węgla powinno zredukować ryzyko wystąpienia wymienionych niekorzystnych zjawisk przez wytworzenie struktury bainitu niskotemperaturowego o ultradrobnym ziarnie i dużej twardości. Do badań wybrano stal chromowo-molibdenową z aluminium, powszechnie stosowaną w przemyśle do azotowania, zawierającą dodatki: 0,8÷1,1% Al. oraz 0,17÷0,37% Si. Pierwiastki te hamują wydzielanie cementytu podczas przemiany bainitycznej, co powinno sprzyjać powstaniu pożądanej struktury. Próbki stalowe poddano nawęglaniu próżniowemu do zawartości węgla ok. 0,76% przy powierzchni, a następnie przeprowadzono hartowanie z przystankiem izotermicznym w temperaturze bliskiej Ms dla warstwy nawęglonej. Przeprowadzono obserwacje mikrostruktury uzyskanej w warstwie wierzchniej stali za pomocą mikroskopu świetlnego oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Ujawniono, że w warstwie nawęglonej powstała struktura ultradrobnych płytek ferrytu bainitycznego w osnowie wzbogaconego w węgiel austenitu. Dokonano charakterystyki twardości uzyskanej struktury oraz odporności na zużycie przez tarcie i wykazano, że warstwa wierzchnia po takiej obróbce ma korzystne właściwości mechaniczne. Przeprowadzone badania wskazują, iż hartowanie z przystankiem izotermicznym prowadzące do wytworzenia bainitu bezwęglikowego może stanowić interesującą alternatywę w porównaniu z konwencjonalnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem.

EN

Quenching and low tempering, commonly applied as a heat treatment for steels after carburization, may cause side effects, such as: increased residual stress in surface layer, detail distortion or even initiation of cracking. This study was an attempt to reduce those possible risks by developing an alternative heat treatment for carburized surface layer of steels, involving austempering. It was established that the application of the austempering treatment instead of conventional quenching and tempering heat treatment, lead to formation of carbide-free bainite with ultra-fine grain size. The austempering treatment may therefore reduce the mentioned negative side effects. For the purpose of this study a chromium-molybdenum steel containing 0.97% of Al and 0.33% of Si was used. The last two elements are known to suppress the cementite precipitation which allows obtaining a desired microstructure of carbide-free bainite. Steel samples were subjected to vacuum carburization, which enriched the surface layer up to the 0.76% of carbon. Then steel was austempered at temperature close to the martensite start temperature Ms of the surface layer. Microstructural observations of carburized layer were made using the light microscope (LM) and transmission electron microscope (TEM). It was revealed that microstructure of ultra-fine bainitic plates with carbon-enriched austenite layers was formed in carburized layer. The performed tests of hardness and wear resistance proved that the carburized and austempered surface layer has attractive mechanical properties. Acquired results show that austempering of carburized steels resulting in low-temperature bainite formation may be an interesting alternative to the conventional quenching and tempering heat treatment process.

12

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.

13

Otrzymywanie struktury nanokrystalicznej w stalach z wykorzystaniem przemiany bainitycznej

Świątnicki W. A., Pobiedzińska K., Skołek E., Gołaszewski A., Marciniak S., Nadolny Ł., Szawłowski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

524--529

PL

W pracy omówiono procesy wytwarzania struktury nanokrystalicznej z wykorzystaniem przemiany bainitycznej w stalach nisko- i średniostopowych. Przedstawiono strukturę i właściwości opisanych w literaturze i opatentowanych stali nanobainitycznych o specjalnie zaprojektowanym składzie chemicznym. Omówiono warunki uzyskania struktury nanokrystalicznej oraz procesy obróbki cieplnej prowadzące do jej wytworzenia. Przedstawiono ograniczenia w zastosowaniu stali nanobainitycznych oraz przeanalizowano możliwości eliminacji tych ograniczeń. Zaprezentowano również wyniki badań własnych mających na celu wytworzenie struktury nanokrystalicznego bainitu w dwóch stalach handlowych: stali łożyskowej 67SiMnCr6-6-4 i stali narzędziowej do pracy na gorąco X37CrMoV5-l. Stale poddano hartowaniu z przystankiem izotermicznym w zakresie temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej, w czasie pozwalającym na zakończenie przemiany bainitycznej. Badania wykazały, że po takiej obróbce w obu stalach powstaje struktura składająca się z listew bezwęglikowego ferrytu o nanometrycznej grubości rozdzielonych warstwami austenitu szczątkowego, a zatem bardzo podobna do tej, jaką cechują się specjalnie zaprojektowane i opatentowane stale nanobainityczne. Obie stale cechują się podobną do stali nanobainitycznych twardością i znacznie większą udarnością. Wykazano ponadto, że czas wyżarzania izotermicznego badanych stali konieczny do uzyskania nanostruktury jest znacznie krótszy niż w przypadku opatentowanych stali nanobainitycznych. Praca została zrealizowana w ramach Projektu Strukturalnego pt. „Wytwarzanie stali o strukturze nanokrystalicznej przy wykorzystaniu przemian fazowych” NANOSTAL nr WND-POIG.01.01.02-14-100/09 współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007÷2013.

EN

The processes of nanocrystalline structure formation with a use of bainitic transformation in low and medium alloyed steels have been described. The structure and properties of nanobainitic steels with specifically designed chemical composition, patented and described in the literature of the subject, have been presented. The conditions of obtaining nanocrystalline bainitic structure and the processes of thermal treatment leading to the nanostructure formation have also been discussed. The limitations in the use of nanobainitic steels have been presented and the possibilities of eliminating defined limits have been analysed. The paper describes also the actual results of our own research on the nanocrystalline bainite formation in two different commercial steels: 67SiMnCr6-4-6 bearing steel and the X37CrMoV5-1 tool steel. In the study steel samples were rapidly quenched to a temperature slightly above the martensite start temperature and austempered in the range of time allowing for a complete bainitic transformation. After such treatment in both types of steel a structure consisting of nanometric bainite lath, separated from each other by thin layers of retained austenite was revealed. That structure is very similar to the one distinctive for specifically designed and patented nanobainitic steels. Both steels have hardness values similar to the patented nanobainitic steels but with much higher impact strength. It has also been shown that the time of isothermal annealing during austempering, necessary for obtaining the bainitic nanostructure is significantly shorter than in the case of the patented nanobainitic steels. The study was accomplished within the Structural Project “Nanocrystalline structure formation in steels using phase transformation” NANOSTAL (contract no. POIG 01.01.02-14-100/09). The project is co-financed by European Union from the European Regional Development Fund within Operational Program Innovative Economy, 2007÷2013.

14

Structura i właściwości mechaniczne powłok BN wytworzonych na stali 316 L azotowanej jarzeniowo w temperaturach 450 stopni C i 550 stopni C

Skołek E., Rakowski W., Kot M., Zimowski S., Burdyńska S., Mróz W., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

576-579

PL

Warstwy azotku boru charakteryzują się dużą odpornością korozyjną i odpornością na zużycie przez tarcie. Ze względu na charakter adhezyjny wytwarzanych powłok azotku boru konieczne jest stosowanie warstw przejściowych, np. azotowanych jarzeniowo, charakteryzujących się określoną twardością i topografią powierzchni. W artykule przedstawiono wyniki badań warstw wytworzonych metodami hybrydowymi łączącymi procesy azotowania jarzeniowego w temperaturze 450°C i 550°C z procesem impulsowego laserowego osadzania powłok azotku boru (metodą PLD). Wykazano wpływ zjawiska rozpylania katodowego i temperatury azotowania jarzeniowego podłoża ze stali 316L na skład fazowy, topografię powierzchni, adhezję, moduł Younga, twardość i odporność na zużycie przez tarcie osadzonych powłok azotku boru.

EN

Boron nitride layers are characterised by both high corrosion resistance and high frictional wear resistance. Since however the boron nitride coatings produced by PLD have an adhesive character, it is necessary to introduce buffer layers, such as e.g. glow discharge nitrided layers, whose hardness surface topography is shaped by cathode sputtering. The paper presents the results of examinations of the layers produced by hybrid processes, i.e. such that combine glow discharge assisted nitriding performed at 450°C and 550°C with a pulsed laser deposition of boron nitride coatings (PLD method). It has been shown that the phase composition, surface topography, adhesion, Young modul, hrdness and frictional wear resistance are dependent on kathode sputtering process and temperature of glow discgarge nitriding of AISI 316L steel.

15

Structure and Properties of the Glow Discharge Nitrided Layers Produced on Austenitic Steel

Suś-Ryszkowska M., Matysiak H., Miśkiewicz M., Skołek E., Wierzchoń T., Kurzydłowski K.

Advances in Materials Science

|

2008

|

Vol. 8, nr 3(17)

38-48

EN

The study is concerned with the nitrided layers produced on 'medical' steel of the 316L (00H17N14M2) grade at a temperature of 450°C. The results of the microstructural observations performed by TEM and of the phase analysis of the layers are presented and discussed. The examinations were conducted in the regions extending from the surface down to a depth of about 25 um. The nearsurface zone appeared to contain nitrogen austenite and fine precipitates. There were also certain phases in the lamellar form. Because of the applicative aspect of the glow discharge nitriding of 316 steel, the examinations also included its mechanical strength, in particular the static tensile strength and the lowcycle fatigue strength. The static tensile tests showed no significant differences in the yield stress between the samples in the starting state and those subjected to the low-temperature glow discharge assisted nitriding. The low-cycle fatigue tests (which, in view of the differences between the properties of the untreated material and the nitrided layers, can be classified among the most severe mechanical tests) either, indicated no essential differences in the fatigue properties of the samples subjected to the surface treatments conducted under various conditions.

16

Glow discharge assisted oxynitriding of titanium alloys

Sobiecki J.R., Skołek E., Wierzchoń T.

Advances in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, nr 3(13)

103-110

EN

The paper presents the results of glow discharge assisted oxynitriding of titanium alloys Ti 1 A1 I Mn and Ti6Al2Cr2Mo carried out in the N2 +air atmosphere. The oxynitrided diffusion layer is thus produced of the Ti(O,N) + Ti2N + aTi(N) type with a high hardness. The oxynitriding treatment does not spoil the high corrosion resistance of titanium alloys, especially when the treatment is conducted for longer times: after the 3h and 6h processes, the corrosion resistance only slightly decreased, whereas after the 12h process, when the Ti(ON) layer was the thickest, the corrosion resistance was comparable with that of- the untreated substrate. An increase of the process duration and, thus, of the thicknesses of the individual zones of the layer, increasingly increases the resistance of the layer to frictional wear.

17

Modifying the frictional wear resistance of AISI 316L austenitic steel

Wierzchoń T., Skołek E., Brojanowska A., Burdyńska S., Mróz W.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 4

205-213

EN

The rapid technical development enhances the demands on constructional materials in terms of their resistance to frictional wear, resistance to corrosion and erosion, high hardness, etc. These demands can be satisfied by, e.g. applying various surface engineering techniques that permit to modify the microstructure, the phase and chemical composition of the surface layers of the treated parts. A prospective line of the development of surface engineering is the production of composite layers by combining various surface engineering methods. This paper presents the results of examinations of the phase composition and frictional wear resistance of the layers produced by hybrid processes, i.e. such that combine glow discharge assisted nitriding performed at 450°C and 550°C with a pulsed laser deposition of boron nitride coatings (PLD method). It has been shown that the boron nitride coatings formed on nitrided 316L steel increase its frictional wear resistance.

PL

Procesy azotowania jarzeniowego stali austenitycznych pozwalają na wytworzenie powierzchniowych warstw dyfuzyjnych zwiększających twardość i odporność na zużycie przez tarcie. Prowadzenie tych obróbek w temperaturach powyżej 460°C powoduje jednak spadek odporności korozyjnej stali. W artykule przedstawiono wyniki badań składu fazowego oraz odporności na zużycie przez tarcie warstw wytworzonych w procesach hybrydowych łączących metodę azotowania jarzeniowego w temperaturach 450°C i 550°C z procesem impulsowego laserowego osadzania powłok azotku boru (metoda PLD). Wykazano, że wytworzenie powłok azotku boru na warstwach azotowanych wytworzonych na stali 316L zwiększa ich odporność na zużycie przez tarcie.

18

Glow discharge assisted nitriding of chromium steel 3H13

Wierzchoń T., Psoda M., Skołek E., Rudnicki J., Sobiecki J.R.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 2

53-64

EN

The paper discusses the effects of the glow-discharge assisted nitriding of 3H13 (X30Cr13 PN-EN 10088-1:1998) steel carried out under various conditions upon the microstructure, chemical composition, phase composition and topography of the steel surface. Moreover, this paper presents also how this process improves the performance properties of the steel, such as its corrosion and frictional wear resistance. The present experiments were intended to be the initial stage of the study aimed at developing the fundamentals of new hybrid technologies of composite surface layers, based on a combination of glow discharge nitriding with ion implantation, Ion Beam Assisted Deposition (IBAD) and Pulsed Laser Deposition (PLD).

PL

W artykule przedstawiono wpływ warunków azotowania jarzeniowego stali 3H13 (X30Cr13 PN-EN 10088-1:1998) na mikrostrukturę, skład chemiczny i fazowy, topografię powierzchni, a także właściwości użytkowe, takie jak: odporność na korozję i zużycie przez tarcie. Praca stanowi pierwszy etap badań ukierunkowanych na opracowanie podstaw technologii hybrydowych wytwarzania kompozytowych warstw powierzchniowych łączących proces azotowania jarzeniowego z metodami implantacji jonów, IBAD oraz PLD.

19

Struktura i właściwości warstw tlenoazotowanych na stali 316L w aspekcie zastosowań w medycynie

Wierzchoń T., Skołek E., Zajączkowska A., Psoda M., Czarnowska E.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

1265-1267

PL

Zastosowanie niskotemperaturowego procesu tlenoazotowania jarzeniowego stali 316L (00H17N14M2) umożliwia wytworzenie warstw powierzchniowych składających się z austenitu przesyconego azotem tzw. fazy S z powierzchniową strefą tlenku chromu. Proces ten zapewnia zachowanie dobrej odporności korozyjnej tzw. stali medycznej, a jednocześnie w znaczący sposób zwiększa odporność na zużycie przez tarcie. W artykule przedstawiono warunki wytwarzania warstw tlenoazotowanych, ich strukturę, topografię powierzchni i właściwości tj. odporność na zużycie przez tarcie, korozję oraz ich biozgodność w kontakcie z ludzkimi fibroblastami. Uzyskane wyniki wskazują, że proces niskotemperaturowego tlenoazotowania jarzeniowego umożliwia wzrost twardości stali 316L do około 1120 HV0,05 oraz jej odporności na korozję i w znaczącym stopniu odporności na zużycie przez tarcie. Wytworzenie warstwy tlenków chromu wpływa również korzystnie na biozgodność stali austenitycznej 316L.

EN

316 steel (00H17N14M2) was subjected to low-temperature glow discharge-assisted oxynitriding in order to produce surface layers composed of nitrogen saturated austenite, known as the S phase, with a near-surface chromium oxide zone. This process improves significantly the properties of the steel, in particular the corrosion resistance and the frictional wear resistance, which are properties important in medical applications. The paper is concerned with the technology of the oxynitrided layers, and describes their structure, surface topography and properties, such as frictional wear resistance, corrosion resistance and biocompatibility with human fibroblasts. The results obtained indicate that the low-temperature glow discharge-assisted oxynitriding increases the hardness of 316L steel to about 1120 HV0.05, improves its corrosion resistance, and in a significant degree, its frictional wear resistance. The chromium oxide layers in addition improve the biocompatibility of the steel.

20

Biozgodność warstwy kompozytowej typu Ti3P+Ti-Ni z powłoką hydroksyapatytu

Zajączkowska A., Sowińska A., Cukrowska B., Godlewski M. M., Skołek E., Mróz W., Wierzchoń T., Czarnowska E.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

212-214