Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Biomaterials for hip implants – important considerations relating to the choice of materials

Choroszyński M., Choroszyński M. R., Skrzypek S. J.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2017

|

Vol. 13, no. 3

133--145

EN

This article is a review of important material requirements for hip biomaterials including their response to the body environment (biocompatibility), mechanical properties, wear resistance, fretting corrosion and availability as well as the price. The application of proper biomaterials for hip implants is one of the major focal points in this article. Background information is also provided on metals used in other prosthetic devices and implant components. Titanium and its alloys, cobalt base alloys and stainless steels (bio-steels) are used for load-bearing hip implants. These three groups of metallic materials will be introduced and discussed in detail. Metals and their alloys are crystalline materials since their properties depend on the crystal lattice, chemical and phase compositions, grain size, lattice defects, crystalline texture and residual microand macro-stresses. All these features of biomaterials are formed during technological manufacturing, such as metallurgical process, solidification, plastic deformation (rolling and forging), machining, heat treatment and coating. All these technological processes work in optimal conditions in order to achieve the optimal microstructure and mechanical, chemical and biological properties. Amongst the above-mentioned particular properties of biomaterials, fretting is a major concern as regards hip implants at the femoral head and neck taper interface. Additional important mechanisms of interaction between the implant and the human body must be taken into account, i.e. diffusion stream of foreign particles and atoms from the implant to body fluids, to the tissue and to the bone. These foreign particles and atoms are released from the implant to the body fluid, to the tissue and to the bone as wear product during use. All together they contribute to the wear, i.e. loss of weight, strength or volume of hip components. Wear rates of ultrahigh molecular weight polyethylene mated against Ti-6Al-4V are significantly greater than the ones for Co-Cr-Mo alloys. Therefore, thermochemical surface treatments like diffusion ion nitriding should be applied to increase the resistance of titanium alloys to wear. Austenitic stainless steels are also used for temporary applications, but they have lower resistance to pitting corrosion than titanium and cobalt alloys. The purpose of the paper is to introduce a group of metallic materials, which is often chosen for surgical hip implants. Conclusions of the paper refer to information which support important medical and patient decisions on hip implants. Also, the development of biomaterials, their treatments, properties, surface layers and coatings are considered. All these features develop over time and need synergy and experience in the progress of the biomedical, mechanical and materials science.

2

Zjawisko mikroplastyczności w stopie Zr-2.5Nb stosowanym w przemyśle jądrowym

Skrzypek S. J., Bolanowski K., Nawojowski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

Nr 4

7--13

PL

Celem przeprowadzonych badań była analiza zjawiska mikroplastyczności w stopie cyrkonu z niobem Zr-2.5Nb po cyklach cieplnych. Stop ten podobnie jak stopy z rodziny Zircaloy stosowany jest na koszulki paliwowe oraz rury ciśnieniowe w reaktorach jądrowych. Próbkę z badanego stopu poddano eksperymentowi polegającemu na cyklicznym wygrzewaniu i chłodzeniu próbki w piecu elektrycznym pod stałym niskim obciążeniem. Liczba cykli cieplnych wynosiła 100, temperatura cyklu Tc = 70–370°C oraz obciążenie równe naprężeniu σ = 23,74 MPa. Analiza rentgenowska wykazała w próbce w stanie surowym obecność cyrkonu αZr (sieć heksagonalna, 03-065-3366) oraz w próbce po eksperymentach dodatkowo stwierdzono obecność dwutlenku cyrkonu ZrO2 (sieć jednoskośna, 01-078-0047). Warstewka tlenku na powierzchni próbki była cieńsza od 3 μm. Zmiana parametrów komórki elementarnej αZr wynosiła Δa = -0,00245Å oraz Δc = - 0,00383 Å. Zmniejszenie się komórki elementarnej może być wyjaśnione dyfuzją niobu z roztworu stałego Zr(Nb), co prowadzi do wzrostu gęstości wakancji w sieci krystalicznej. Makronaprężenia własne dla próbki po cyklach cieplnych w kierunku osi głównej próbki były rozciągające σx = 110 MPa, a w kierunku prostopadłym do osi próbki – ściskające σy = -156 MPa i zostały zrelaksowane w porównaniu ze stanem wyjściowym. Analiza procesu pełzania wykazała logarytmiczno-normalną zależność pomiędzy odkształceniem plastycznym próbki εpl a czasem t dla temperatury próbki Tp = 70oC. Wydłużenie plastyczne próbki po 100 cyklach cieplnych wynosiło ΔL = 143,49 µm i odpowiadające mu odkształcenie plastyczne εpl = 5,50 ·10-3.

EN

The paper presents results of the analysis of micro-plasticity phenomenon observed in zirconium with niobium alloy Zr-2.5Nb after thermal cycles under low, constant load. This alloy, similarly as Zircaloys, is used as based material for pressure tubes in nuclear reactors and for uranium fuel shields. The sample made of examined alloy has been subjected to cycling heating and cooling in programmable electrical furnace with 100 cycles with the cycle’s temperature range Tc = 70–370°C under low, constant tensile load equal to stress σ = 2.74 MPa. X-ray diffraction analysis showed that the reference sample consisted of zirconium αZr (hexagonal, 03-065-3366) and the sample after the experiments contained additionally zirconium dioxide ZrO2 (monoclinic, 01-078-0047). The oxide layer on the surface was thinner than 3 μm. The change of αZr unit cell parameters was Δa = -0.00245Å and Δc = - 0.00383 Å. The compression of unit cell can be explained by diffusion of niobium atoms from solid solution Zr(Nb) that leads to increased vacancy density in crystal lattice. Residual stresses in sample after the thermal cycles in the main sample’s axis were tensile σx = 110 MPa, while in the perpendicular direction were compressive σy= -156 MPa and both were partially decreased. The creep analysis showed that the relationship between sample plastic deformation (εpl) and time (t) can be described by log-normal function. The total sample elongation after 100 cycles was ΔL = 143.49 µm and plastic deformation εpl = 5,50 · 10-3.

3

Analiza fazowa złączy superstopów niklu ze stalą austenityczną lutowanych próżniowo

Skrzypek S. J., Goły M., Dul I., Babul T., Korzeń T., Choroszyński M.

Przegląd Spawalnictwa

|

2013

|

R. 85, nr 8

41--44

PL

Wysokotemperaturowe lutowanie próżniowe jest szeroko stosowane do metali i stopów pracujących w warunkach żaroodporności i żarowytrzymałości, które często zawierają powierzchniowe tlenki trudno ulegające dysocjacji. Dotyczy to superstopów zawierających Ni i Al, tworzące trwałe warstewki tlenkowe. Próżnia lub kontrolowana atmosfera służą do przeciwdziałania tworzeniu się tlenków i sprzyjają ich termicznej dysocjacji. Przed procesem lutowania wszystkie części muszą podlegać wstępnej obróbce oczyszczania powierzchni z powłok, smaru, oleju i z drobinek jakichkolwiek obcych substancji. Zastosowano i omówiono próżniowe lutowanie super stopu Inconel 625 (X10NiNbCoAl58-4) z elementami ze stali austenitycznej (X10CrNiMn20-10-2) przy ciśnieniu ok. 1,3•10-2 Pa. Materiał lutowniczy (NiCrSiBFe) w formie folii o grubości 0,1 mm miał strukturę amorficzną. Po procesie lutowania struktura lutowia uległa przebudowie na fazy krystaliczne.

EN

The high temperature vacuum brazing is widely used in joining metals and alloys applied in high temperature loading machine parts. It is important particularly for alloys with surface layers of oxide, resistant to dissociation. Among them such materials as super alloys containing Ni and Al which easy crate stable layer oxides. Metal parts before brazing should have removed oxides, solid and mineral particles such as oil and grease. In this paper some examples of brazing of Inconel 625 samples and austenitic stainless steel in aspect of metallography and phase composition are introduced. Brazing material in a form of foil 0.1 mm thick composed with NiCrSiBFe was in amorphous state. The joining plates 1 mm thick made of join alloys were annealed, mechanically prepared and cleaned. The brazing process was in vacuum at the pressure of 11,3•10-2 Pa. After solidification and cooling with furnace the brazing material appeared in specific metallographic and phase structure.

4

Analiza właściwości warstwy wierzchniej noży kutrów misowych do rozdrabniania mięsa w aspekcie zużywania ubytkowego

Zwolak J., Skrzypek S. J., Krawczyk J.

Inżynieria Rolnicza

|

2013

|

R. 17, nr 1, t. 1

295--303

PL

W pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące charakterystyki warstwy wierzchniej noży kutra CutMaster 200 w aspekcie ich zużywania ubytkowego. Noże zostały wykonane ze stali nierdzewnej martenzytycznej o symbolu X70CrMoNbV15-2. Charakterystykę warstwy wierzchniej określono, stosując metody badań metalograficznych i rentgenowskie badania strukturalne. Metoda badań rentgenowskich jest metodą nieniszczącą, stąd też może być stosowana w diagnostyce elementów maszyn i narzędzi roboczych, narażonych na zużywanie ścierne i pękanie rozdzielcze.

EN

The paper presents issues concerning the characterization of the surface layer of the cutter knives CutMaster 200 in terms of their loss wear. Blades are made of X70CrMoNbV15-2 martensitic stainless steel. The characteristic of the surface layer was specified in the metallographic studies and X-ray structural studies. The X-ray method is non-destructive and thus can be used in the diagnosis of components of machines and working tools exposed to abrasive wear and cleavage fracturing.

5

Structural characterization of sintered DistaloyAE and DistaloyHP

Skrzypek S. J., Bergmark A., Goły M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

370--373

EN

The purpose of this paper is to elaborate X-ray diffraction methodology to characterize some chosen qualitative parameters of diffusion alloyed PM steel DistaloyAE and DistaloyHP. The beneﬁcial feature of diffraction methods is the non-destructive character and large number of structural information contained in diffraction pattern. X-ray diffraction have large potential in analysis of technological operations and fatigue or corrosion life. Qualitative and quantitative phase analysis and residual stresses (01) obtained by the classical sin2 Ψ and modiﬁed g-sin2 Ψ are presented. The proﬁle diffraction line analysis was used to determine lattice distortion and average crystallite size (D). In H6 and H8 samples distortions are higher than in A5 and A8. The decreases versus depth and largest values appear in about 4 um thick surface layer of A samples and in about 4÷10 um thick surface layer of H one. In all samples occurred tensile stresses. Higher value of stresses was in H samples.

PL

Zastosowano specjalną metodologię rentgenowskich metod dyfrakcyjnych w celu scharakteryzowania warstw wierzchnich spieków wykonanych z dwóch stopów DistaloyAE and DistaloyHP. Drugim celem było potencjalne zastosowanie dyfrakcyjnych metod jako sposobu nieniszczącej kontroli jakości procesu technologii spiekania, a także nieniszczących obserwacji strukturalnych efektów zmęczeniowych i korozyjnych stopowych stali spiekanych. Cele zrealizowano, stosując jakościową i ilościową dyfrakcyjną analizę fazową, dyfrakcyjną metodę pomiaru makroskopowych naprężeń własnych (01) i metodę analizy proﬁlu linii dyfrakcyjnej umożliwiające wyznaczenie mikroodkształceń sieci krystalicznej oraz średniej wielkości ziarna (D). Średnia wielkość ziama w próbkach A5 i A8 jest prawie dwukrotnie Większa niż w próbkach H6 i H8. Mikroodkształcenia sieci krystalicznej są większe w próbkach H6 i H8. We wszystkich próbkach maleje wraz ze wzrostem głębokości. Maksymalne wartości mikroodkształceń występowały dla grubości warstwy ok. 4 um dla próbek A i do 10 um dla próbek H. We wszystkich próbkach występowały naprężenia rozciągające. Większe wartości naprężeń występowały dla próbek H.

6

Analiza fazowa i stan naprężeń własnych w warstwach azotowanych na stopie tytanu Ti6Al4V wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie

Skrzypek S. J., Tarnowski M., Goły M., Borowski T., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

872--875

PL

Obróbki powierzchniowe biomateriałów tytanowych znajdują coraz szersze zastosowanie w kształtowaniu ich właściwości użytkowych jako implantów kostnych i kardiologicznych, takich jak: odporność na zużycie przez tarcie, atrombogenność, aktywność biologiczna, zwilżalność czy wytrzymałość zmęczeniowa. Na właściwości tych warstw w istotnym stopniu, obok topografii powierzchni, składu chemicznego i morfologii składników mikrostrukturalnych, wpływa skład fazowy i stan naprężeń własnych, które można kształtować warunkami technologicznymi zastosowanych procesów plazmowych obróbek powierzchniowych. W artykule przedstawiono badania składu fazowego i stanu naprężeń własnych określonych metodami sin2ψ i GID-sin2ψ warstw azotowanych, wytworzonych w temperaturze ok. 650°C na stopie Ti6Al4V metodami azotowania w niskotemperaturowej plazmie zarówno na potencjale katody, jak i z zastosowaniem aktywnego ekranu, w zależności od sposobu przygotowania powierzchni (szlifowanie, polerowanie) i wykorzystania zjawiska rozpylania katodowego. Przedstawiono również topografię oraz stan chropowatości powierzchni azotku tytanu – zewnętrznej strefy warstwy azotowanej typu TiN + Ti2N + α-Ti(N).

EN

Surface treatments of titanium biomaterials are increasingly used in forming the properties of titanium bone and cardiac implants such as: wear resistance, athrombogenic properties, biological activity, wetability or fatigue strength. Properties of these layers like surface topography, chemical and phase composition and morphology can affect their residual stresses state and can be modified with several different process parameters. This paper presents the phase composition and residual stress state analysis, using sin2ψ and GID-sin2ψ methods, of nitrided layers produced on Ti6Al4V titanium alloy at 650°C in cathode and plasma potential (active screen plasma nitriding) according to mechanical state of the surface before the nitriding process (polishing, grinding) using the cathode sputtering phenomena. The topography and surface roughness parameters of produced titanium nitride TiN outer zone of TiN + Ti2N + α-Ti(N) diffusive layers are presented.

7

Zastosowanie nieniszczących dyfrakcyjnych metod rentgenowskich do charakteryzowania stanu struktury materiałów

Skrzypek S. J., Witkowska M., Kowalska M., Chruściel K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 4

238--246

PL

Artykuł przedstawia niektóre istotne zastosowania metod rentgenowskich do określania wybranych właściwości i charakterystyk materiałowych odnoszących się do struktury i stanu materiałów po różnych etapach procesu wytwarzania i obróbki. Te nieniszczące metody, które wykorzystują dyfrakcję promieni rentgenowskich, dają w pośredni sposób możliwość ujawniania szeregu danych dotyczących struktury wewnętrznej, jak również pomiaru niektórych podstawowych właściwości materiałów. Typowe zastosowania obejmują pomiary mikroi makro-naprężeń własnych, grubości cienkich warstw i powłok, składu fazowego, gęstości defektów struktury, rozmiaru krystalitów oraz ich rozkładu orientacji (tekstury) itp. Prezentowane metody i techniki rentgenowskie wykorzystują szeroki zakres stosowanych długości fali oraz różne warianty geometrii dyfrakcji. W artykule uwzględniono zwłaszcza metody dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kąta padania (SKP) oraz metodę Bragg-Brentano (BB) stosowane do praktycznego pomiaru grubości powłok i cienkich warstw. Takie nieniszczące pomiary mają aspekt praktyczny, np. w zastosowaniu do kontroli jakości produkcji lub poszczególnych operacji technologicznych, a także do diagnozowania stopnia zużycia eksploatacyjnego elementów maszyn.

EN

The paper presents some important applications of X-ray methods in determination of selected material features and characteristics related to the structure and state of materials after different stages of manufacturing and processing. These non-destructive methods, which base on diffraction of X-rays, give ability to reveal indirectly a number of details of internal structure and to measure some important materials features. Typical applications comprise measurements of micro- and macro- residual stresses, thickness of thin layers and coatings, phase composition, density of lattice defects, size of crystallites and their orientation distribution (texture), etc. The presented X-ray methods and techniques utilize wide range of applicable wavelengths and different variants of diffraction geometry. Especially symmetrical and asym-- metrical Bragg-Brentano method, the methods with grazing incidence angle and reflectivity in different conditions were considered in the paper. In particular the last two methods are destined to thickness measurements of micro- and nano- thin layers and surface coatings. Such X-ray non-destructive methods are recommended for practical applications in quality control of production as well as verification of exploitative and operational wear of machine elements.

8

Technologia aluminiowania stali i stopów niklu w złożu fluidalnym - AluTermoFluidŽ

Babul T., Skrzypek S. J., Nakonieczny A., Jeleńkowski J., Obuchowicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

309-311

PL

W artykule przedstawiono nową technologię obróbki cieplno-chemicznej w aktywnym złożu fluidalnym AluTermoFluidŽ. Opracowano nowatorskie rozwiązania technologiczno-techniczne pozwalające na powierzchniowe umacnianie oraz podwyższenie trwałości materiałów metalowych. W pracy zaprezentowano główne techniczne zalety tej metody oraz wstępne wyniki badań warstw aluminidkowych wytworzonych w złożu fluidalnym na nadstopie niklu Inconelu 713C oraz na stali 316L. Przedstawiono wyniki pomiarów twardości, strukturę oraz skład fazowy otrzymanych warstw.

EN

The paper shows new technology of thermochemical treatment in active fluid bed AluTermoFluidŽ. Innovative production and technological solutions were developed, which allow the surface hardening and the increase of durability of metallic materials. The article presents main technological advantages of this method and preliminary examination results of aluminized layers manufactured in fluid bed on nickel superalloy Inconel 713C base and on steel 316L base. There are shown the results of hardness tests, structures and phase composition of acquired layers.

9

Mikrostruktura i właściwości dyfuzyjnych warstw wierzchnich NiAl

Babul T., Skrzypek S. J., Jeleńkowski J., Goły M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

306-308

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań procesu dyfuzyjnego aluminiowania w złożu fluidalnym zawierającym związki międzymetaliczne typu FeAl i NiAl. Materiał podkładowy dla warstw wierzchnich stanowiła stal dwufazowa typu duplex X2CrNiMoN22-5-3 i stop niklu inconel 718. Badany materiał został poddany eksperymentalnej obróbce z wykorzystaniem własnych opracowań. W procesie aluminiowania zastosowano dwie technologie: Alu- TermoFluid oraz WibroAktivFluid. Mikrostrukturę proszku i stali oraz wysokoniklowego stopu z dyfuzyjnymi warstwami wierzchnimi badano za pomocą mikroskopii świetlnej. Badania uzupełniono rentgenowską analizą fazową. Wykazano, że opracowana technologia nadaje się do obróbki cieplno-chemicznej dla obu materiałów i efekty są podobne. Otrzymane warstwy mają budowę strefową i zewnętrzne strefy zbudowane są z uporządkowanych związków międzymetalicznych FeAl i NiAl.

EN

The results of the diffusion aluminizing during thermochemical process in active fluid bed containing intermetallic compounds like FeAl and NiAl are presented in this paper. Base material for diffusion layers creation were two alloys i.e. X2CrNiMoN22-5-3 dual phase steel and inconel 718. Both materials were subjected to experimental thermochemical treatment with two technologies in fluid bed i.e. AluTermoFluid oraz WibroAktivFluid. The light microscopy and X-ray diffraction were used to preliminary investigations of the obtained surface layers. The obtained results proved that both technologies can be destined to diffusion treatment of both alloys. The final results are similar for both materials. The diffusion surface layers are zone-like character and they consist of ordered intermetallic compounds.

10

Crystallographic texture and anisotropy of electrolytic deposited copper coating analysis

Skrzypek S. J., Ratuszek W., Bunsch A., Witkowska M., Kowalska J., Goły M., Chruściel K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 1

264--268

EN

Purpose: To investigate of texture and microstructure of electrodeposited copper thin films. Design/methodology/approach: Influence of the electrodepositing parameters e.g. applied electric current as variable on texture formation of copper films was studied at presented work. Experiment was done for copper deposition from sulphate bath under galvanostatic and pulse current with different additives in the bath. X-ray examination included texture measurements phase analysis by means of Bragg-Brentano, grazing incidence diffraction and crystallite size using broadening of X-ray diffraction line. Findings: Electrodeposited copper coatings exhibit different texture and microstructure depending on applied conditions in which they were obtained. Pulse and direct current conditions leads to different texture of electrodeposited copper coatings. For each type of current texture depends on deposition time and current intensity. Only in some cases {111} component was obtained. Research limitations/implications: extures of the investigated samples are very sensitive for applied current conditions of electrodepositing. At the copper coatings obtained with reverse current texture components {110} is dominating one. Relations between texture and properties (hardness, Young module and grain size) of copper layer were found. Originality/value: The texture of electrodeposited copper should be influential structural characteristic when anisotropy is considered. It is already known that electromigration depends on texture of copper films.

11

Naprężenia własne w warstwach wierzchnich stopu tytanu Ti6A12Cr3Mo po szlifowaniu elektrochemicznym

Zaborski S., Skrzypek S. J., Brzeziak A., Hubner K.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 1

28-31

PL

Stopy tytanu należą do materiałów trudno obrabialnych metodami konwencjonalnymi. Szlifowanie mechaniczne tych stopów nastręcza wiele trudności związanych z dużymi oporami skrawania i wysoką temperaturą w strefie obróbki. Jedną z nowych metod obróbki jest szlifowanie elektrochemiczne (ang. electrochemical grinding, ECG). W artykule porównano wybrane właściwości warstw wierzchnich po szlifowaniu mechanicznym i elektrochemicznym. Do badań zastosowano mikroskopię świetlną, rentgenowskie metody dyfrakcyjne i profilometry. Obie metody szlifowania wytworzyły warstwy wierzchnie o zróżnicowanej chropowatości (Ra od 0,6 do 4,6 (im) i znacznym stanie makroskopowych naprężeń własnych (od (-)95 do (+)460 MPa).

EN

Any machining causes characteristic surface layer properties. The paper presents results of residual stresses analysis of the Ti6A12Cr3Mo titanium alloy after electrochemical and mechanical grinding. The metallographic investigations on the cross sections, phase analysis and residual stresses were measured on the surface of the samples. These investi-gations were curried out by means of optical microscope equipped with digit-al camera, X-ray diffraction phase analysis, X-ray diffraction classical sinV method and with the application of the grazing angle X-ray diffraction i.e. g-ńrtę method. The applied surface treatment caused distinguish mictrostruc-tural changes in several um depth and different Ievel of residual stresses from (-)95 to (+)460 MPa. The differences in surface characterization due to the electrochemical and mechanical grinding were demonstrated.

12

Crack initiation and propagation in FeAl matrix

Renowicz D., Skrzypek S. J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 22, nr 1

37-40

EN

Purpose: of this paper is evaluation of macroscopic and microscopic residual stresses and their influence on nucleation and development of cracking in Fe-Al-C cast alloy. Design/methodology/approach: In the case of particular chemical composition of Fe-Al-C alloy phenomena of its self-disintegration appears. Fracture mechanic methods with additional consideration of residual stresses were applied. The last one was measured by X-ray diffraction method. Findings: Measurements and calculations proved that crack nucleation and development is controlled by diffusion of hydrogen and oxygen to chemical reaction with Al4C3 precipitations. This process is enhanced by existing residual stresses. When total stress approaches to critical stress level the cracks gradually develops. Research limitations/implications: Microstructure of high-aluminium alloy (35.5 wt. % Al) consisted of brittle matrix with Al4C3 precipitations. Microstructure of this matrix appeared in a form of intermetallic compound as a superlattice FeAl. Practical implications: These kind of intermetallics is practically applied in high temperature working machine components. In many cases they are under high level of residual stresses. Any progress in describing of cracking in this type of microstructure has real practical importance. Modeling of crack nucleation and farther its growth using finite elements method confirmed with real measurements make an interesting approach in characterization of cracking of the alloys. Originality/value: Morphology of Al4C3 precipitation in FeAl superstructure alloy and its self-disintegration process can be ruled by chemical composition and solidification conditions. The elaborated physical model of cracking can be used to estimate durability of this Fe-Al-C alloy.

13

Stan warstwy wierzchniej stali typu TRIP po nagniataniu i azotowaniu jarzeniowym

Skrzypek S. J., Jeleńkowski J., Marciniak M., Borowski T.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 1

18-20

PL

Badano skład fazowy, stan naprężeń, twardość oraz odporność na zużycie przez tarcie powierzchni stali austenitycznej N27T2JMNb w stanie wyjściowym po polerowaniu oraz poddanej szlifowaniu, nagniataniu i azotowaniu. Zastosowane obróbki w różnym stopniu inicjowały powstawanie martenzytu odkształceniowego zwiększającego odporność na zużycie ścierne warstw powierzchniowych. W badaniach określono relacje pomiędzy uzyskaną odpornością na zużycie a odpornością na zużycie powierzchni tej stali o strukturze martenzytyczno-austenitycznej po wy-mrażaniu w ciekłym azocie. Skład fazowy, mikrostrukurę i makroskopowe naprężenia własne wykorzystano do interpretacji zjawisk zachodzących podczas formowania warstw powierzchniowych i właściwości.

EN

It was found that applying surface treatments like burnishing and nitriding caused large compressive residual stresses, phase transformation of austenite, and plastic deformation zone in thin surface layer. In some cases i.e. after grinding and polishing tensile surface stresses were found. The deformation martensite contributes to better mechanical properties of surface layers.The following nitriding after burnishing caused best mechanical properties. Structural and microstructural characterizations were used for understanding phenomena in surface layers during mechanical and ther-mo-chemical treatments.

14

Surface layer characterisation of bearing rings

Goły M., Skrzypek S. J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 11

661-664

EN

Purpose: The X-ray quantitative phase analysis was used to establish volume fraction of transformed retained austenite. Theoretical calculation of residual macro-stresses due to volume fraction of transformed austenite in bearing rings and following measurements of residual stresses were carried out as well. The bearing elements were made of 100Cr6 steel and they were smoothed and grinded. Design/methodology/approach: Particular features of diffraction patterns like angle position; shape and intensity are used to characterize phase composition, residual micro and macro-stresses, crystallographic texture, lattice parameter, defects density and crystalline size. Findings: Machining by micro-deformation causes microstructural changes i.e. mechanically induced phase transformation of retained austenite and residual macrostresses. E.g. grinding cased tension and small compression whereas the mechanical smoothing of bearing rings caused high compresive residual stresses about-713 MPa. Research limitations/implications: For precise interpretation of differences between following results needs another investigations: i.e. measurement of retained austenite and residual stresses in rings after heat treatment before any mechanical treatment. Practical implications: The non-destructive character and large number of structural informations contained in diffraction pattern are the beneficial feature of diffraction methods. Therefore they have potential ability in application to technological operations and to diagnostic during fatigue. Originality/value: The non-destructive structure characterisation of surface layers for various kinds of bearing rings can be powerful method in surface characterization and in quality control. This results contribute in general relations between microstructure and properties.

15

Zastosowanie nieniszczących metod dyfrakcyjnych do jakościowej oceny warstw wierzchnich (WW)

Skrzypek S. J., Zębala W.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 21/1

427-434

PL

Typowa mechaniczna obróbka powierzchniowa np. toczenie, frezowanie, szlifowanie oraz polerowanie i nagniatanie wywołują szereg zjawisk i zmian w warstwie powierzchniowej, które w decydujący sposób określają jakość zarówno zastosowanej obróbki jak i jakość wytwarzanych warstw wierzchnich i fizycznej powierzchni. Zastosowane obróbki w różnym stopniu zwiżane są z deformacją plastyczną i sprężysto-plastyczną warstw powierzchniowych. Strukturalne efekty tych deformacji można określać przy zastosowaniu metod dyfrakcji promieniowania X. Zastosowanie dyfrakcji w geometrii stałego kąta padania umożliwia taką charakterystykę wzdłuż głębokości pod powierzchnią w nieniszczący sposób. Skład fazowy, mikrostrukturę i makroskopowe naprężenia własne wykorzystano do interpretacji zachodzących zjawisk podczas formowania warstw powierzchniowych.

EN

It was found that applying surface mechanical treatments like milling caused large tensile residual stresses, phase transformation of austenite, and plastic deformation zone in thin surface layer. This plastic deformed zone grains were specific oriented in term of crystallography (textured). Structural characterizations were introduced using non-destructive x-ray diffraction methods. Application of grazing angle x-ray diffraction geometry for understanding phenomena in surface layers during mechanical treatments is more advantage.

16

Chemiczne techniki wytwarzania kompozytowych powłok Ni-P-Al2O3

Madej M., Skrzypek S. J., Depczyński W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2005

|

Z. 82

223-229

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań kompozytowych powłok metalowo-ceramicznych Ni-P-Al2O3 otrzymywanych metodą reakcji chemicznych przy zastosowaniu wybranych parametrów współosadzania niklu i drobnodyspersyjnej fazy ceramicznej Al2O3 na podłożu węglowej stali 45. Obserwacje mikrostruktury otrzymanych powłok kompozytowych Ni-P-Al2O3 prowadzono na mikroskopie świetlnym oraz na elektronowym mikroskopie skaningowym SEM JEOL JSM 5400 z mikrosondą elektronową OXFORD INSRUMENTS ISIS 300. Badania dyfrakcyjne wykonano na dyfraktometrze D8 Advance firmy Bruker. Pomiary mikrotwardości uzyskanych powłok wykazały, że obecność fazy dyspersyjnej tlenku glinu w istotny sposób poprawia właściwości mechaniczne warstw. Poddano również ocenie przyczepność powłok według normy PN-EN 852 na maszynie wytrzymałościowej Instron 8501.

EN

Chemical method of growth of Ni-P-Al2O3 composite coatings on carbon C45 steel was applied. Conditions of chemical reactions has been found experimentally. The simultaneous deposition of the Ni(P) solid solution phase the ceramic dispersive Ni-P-Al2O3 phase can be stable methody for some composite coatings. The microstructure and microhardness of obtained coatings have been studied. An electron scanning microskope was used to analyse microstructure of the composite coatings. Layers of the composite coatings and thier cross sections were analysed by means of the light microscope. Phase composition of the coatings was determined using D8 diffractometer. An analysis of the properties of the Ni(P)-Al2O3 deposed coatings confirm that the presence of the dispersive phase of aluminium oxide affects the resistance of the coatings to mechanical destruction.

17

Azotowanie jarzeniowe stali austenitycznej bezchromowej z wytworzoną warstwą martenzytu odkształceniowego

Jeleńkowski J., Borowski T., Skrzypek S. J., Wierzchoń T.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2005

|

Z. 82

169-177

PL

Stal austeniczną N26T2MNb (Fe-26Ni-2Ti-Mo-Nb), zawierającą śladową ilość chromu poddano mechaniczym obróbkom powierzchniowym w celu wytworzenia warstw martenzytu odkształceniowego. W warstwach odkształconych plastycznych, przy użyciu metody dyfrakcji promieni X w geometrii stałego kąta padania, określono grandientowy rozkład martenzytu i austenitu. Nagniataną próbkę poddano azotowaniu jarzeniowemu w temperaturze 450°C, w czasie 1 godziny, tj.w warunkach dostosowanych do stabilności martenzytu odkształceniowego tej stali. Otrzymana warstwa dyfuzyjna austenitu azotowego charakteryzowała się jednorodną budową fazową.

EN

Surface layers composed of deformation martensite were formed on Fe-26Ni-2Ti-Mo-Nb (N26T2MNb) austenitic steel with a vestigial chromium content by subjecting the steel to mechanical surface treatments. The gradient-type distribution of the austenite and martensite in the plastically deformed layers were determined by the X-ray diffraction analysis using the grazing angle geometry. A short-peened sample was nitrided under glow discharge conditions at a temperature of 450°C for 1 hour, i.e. at parameters which were chosen to adapt the process conditions to the stability of deformation martensite of the steel. The diffusion nitrogen-expanded austenite layer thus obtained had homogeneous phase structure.

18

Mikrostruktura oraz naprężenia własne odlewanych stomatologicznych stopów Ni-Cr

Brzeziak A., Skrzypek S. J., Juraszek J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

212--214

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań biozgodnych materiałów wykorzystywanych w protetyce dentystycznej. Badania wykonano na stopach Ni-Cr o nazwach handlowych Wiron, Remanium oraz Rodent. Przeprowadzono identyfikację składników mikrostruktury na zgładach metalograficznych, natomiast na powierzchni bocznej próbek wykonano analizę fazową oraz zmierzono powierzchniowy stan naprężeń własnych. W tym celu zastosowano mikroskopię świetlną, dyfrakcyjną analizę fazową oraz dyfrakcyjną metodę sin2y. Wykonano badania metalograficzne materiału. Ocena stanu naprężenia warstwy powierzchniowej, jak i analiza mikrostruktury stomatologicznych stopów Ni-Cr wykorzystane będą do doboru parametrów odlewania i do prognozowania właściwości złącza metal - powłoka ceramiczna.

EN

The paper presents results of studies on biocompatible Ni-Cr high alloy materials used in prosthodontlcs. lnvestigations were carried out on Ni-Cr alloys manufactured under the trade names Wiron, Remanium and Rodent. Metallographic examinations were performed on alloy cross sections, while on the side surface of the specimens the phase analysis was made and the residual stresses was measured. These investigations were carried out by means of optical microscope equipped with digital camera, X-ray diffraction phase analysis and X-ray diffraction sin2y method. Estimation of the superficial residual stresses state, as well as the analysis of microstructure of dental Ni-Cr alloys, will be used for fitting casting parameters and for modelling properties of ceramic to metal seals.

19

Complex X-ray study of effects of mechanical surface treatment in shot-peened steels

Ganev N., Skrzypek S. J., Sedlák P.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 3

576-578

EN

Beneficial residual stress (RS) level and strain hardening are very important properties of surface layers obtained after shot penning. Both characteristic features have non-uniform distribution and their description is important for defining the achieved surface layers. The level and sign of residual stresses are influential parameters for mechanical properties of materials and for the structural behaviour of machine parts during external loading and exploitation. The aim of the contribution is to present acomparative X-ray diffraction analysis of residual stresses in shot-peened steel samples. Contemporaneous application of two experimental approaches, i.e. classical sin^2psi technique for depth profile stress determination (Czech Technical University in Prague) and modified g-sin^2psi method (AGH-University of Science and Technology, Cracow) provides complex structural characterisation of surface layers. The results obtained in both cooperating X-ray diffraction laboratories are in a good agreement and show promise.

20

Struktura i właściwości spieków na osnowie faz międzymetalicznych układu Ni-Fe-Al

Binczyk F., Skrzypek S. J., Smoliński A.

Archiwum Odlewnictwa

|

2004

|

R. 4, nr 11/1

53--58

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury oraz właściwości mechanicznych i fizycznych elementów spiekanych z proszk6w samorozpadowych układu Ni-Fe-Al zawierających fazy międzymetaliczne. Proszki modyfikowano dodatkami proszków Fe, Cu, Ni, Co i Cr. Stwierdzono korzystny wpływ dodatków proszków Cu i Cr na właściwości spieków, a w szczególności niską porowatość i dobrą odporność na ścieranie.

EN

Powders containing intermetallic compounds were obtained by self-decomposition of Ni-Fe-Al-C alloy cast with Fe, Cu, Ni, Co and Cr, additives. These powders were sintered in Degauss type vacuum press. Sinters were investigated to reveal microstructure, physical and mechanical properties. The most interesting property was examined with T-O1M tester i.e. abrasive wear and friction of couple with counterpart of iron cast.