Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of heat treatment conditions of Hardox 500 steel on its resistance to abrasive wear

Zemlik Martyna, Bialobrzeska Beata, Stachowicz Mateusz, Konat Łukasz

Materials Science Poland

|

2025

|

Vol. 43, No. 1

173--195

EN

The type, magnitude, and distribution of thermal stress arising during the hardening process of steel primarily depend – apart from the geometry of the treated component and the type of metallic material used – on the type of cooling medium employed. The difference in cooling rates between the core and the surface of the object affects the extent of deformation, particularly in large-scale components with complex shapes. Due to their high hardness, boron-alloyed steels are frequently used for components exposed to abrasive wear, and their heat treatment is typically performed on profiled structural elements such as plowshares or cultivator coulters. The critical cooling rate is primarily dependent on the chemical composition of the material and increases as its hardenability index decreases. Consequently, it is essential to investigate the feasibility of applying various heat treatment processes to medium-carbon steels, including the widely used martensitic steel Hardox 500. This study presents the results of abrasive wear tests conducted on the aforementioned steel, subjected to different heat treatment variants, which involved varying cooling rates following austenitization. For this purpose, the cooling media used included deoxygenated quenching water, mineral transformer oil, synthetic quenching oil, and air-blast cooling. For comparative purposes, equilibrium-cooled samples were also analyzed. The research findings demonstrated that the highest resistance to abrasive wear was achieved by samples quenched in water, whereas a gradual decrease in wear resistance was observed in samples cooled in media with lower cooling intensity coefficients. Furthermore, it was found that the traditionally employed roughness parameters are not suitable for evaluating the condition of surfaces subjected to abrasion. Therefore, for a comprehensive assessment of the tribological resistance of Hardox 500 steel, more advanced surface topography analysis methods must be employed.

2

The effect of grain size on the mechanical properties and abrasion resistance of high-strength Hardox Extreme steel

Zemlik Martyna, Białobrzeska Beata, Konat Łukasz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 9

214–236

EN

This paper presents the results of an analysis of the influence of prior austenite grain (PAGS) size on the strength and ductility of Hardox Extreme steel, with particular emphasis on impact load resistance and abrasion resistance under loose abrasive conditions. According to the manufacturer, Hardox Extreme steel in its delivered state is characterized by a minimum tensile strength of 2000 MPa and a hardness exceeding 60 HRC. To conduct the analysis, Hardox Extreme steel underwent heat treatment, including austenitization at temperatures ranging from 850 to 1200 °C. The mechanical property tests were supplemented with microscopic analysis using stereoscopic, light (LM), and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate microstructural properties. Fractographic studies were also carried out to identify the fracture characteristics observed during impact tests. Additionally, surface analyses after abrasion tests were performed to determine the micromechanisms of wear. Quantitative metallography techniques and statistical tools were employed to evaluate the prior austenite grain size and its distribution across various austenitization temperatures. The final section discusses the results in relation to existing literature and presents scientific and practical conclusions.

3

Effect of Heat Treatment on Abrasion Wear Resistance of Steel with Micro-Additives of Boron and Vanadium

Białobrzeska Beata, Konat Łukasz

Tribologia

|

2024

|

nr 1

7--19

EN

This paper presents the results of own research regarding the role of microstructure and mechanical properties in the abrasive wear of metallic materials, demonstrated on the example of low-alloyed steel with microadditives of boron and vanadium. The first section discusses the current knowledge relating to the influence of microstructure and hardness on tribological conditions of materials. Further sections present the results of microstructure observations performed with light microscopy as well as with scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. This research has focused on the material both in the as-delivered condition (directly after casting) and after heat treatment, which involved quenching and tempering at three temperatures: 200, 400, and 600°C. The tribological tests were performed with the use of the T-07 tribometer, in the presence of loose #90 electro corundum abrasive particles. The test results have been discussed and an attempt has been made to correlate them with the microstructure and selected mechanical properties. In order to identify wear mechanisms, the surfaces were visually inspected after the abrasion process. The inspection results indicate that the main wear mechanisms were microcutting and microploughing.

PL

W pracy zreferowano wyniki badań własnych w zakresie roli mikrostruktury i właściwości mechanicznych w zużywaniu ściernym materiałów metalicznych na przykładzie niskostopowego staliwa z mikrododatkami boru i wanadu. W początkowej części omówiono stan wiedzy dotyczący wpływu mikrostruktury i twardości na właściwości tribologiczne materiałów. Następnie przedstawiono wyniki obserwacji mikrostrukturalnych przeprowadzonych za pomocą mikroskopii świetlnej oraz elektronowej mikroskopii skaningowej. W referowanych badaniach skupiono się na materiale w stanie dostarczenia (bezpośrednio po odlewaniu) oraz na stanie obrobionym cieplnie, obejmującym hartowanie i odpuszczanie w trzech temperaturach, tj. 200, 400 i 600°C. Badania tribologiczne zostały przeprowadzone za pomocą testera T-07 w obecności luźnego ścierniwa, które stanowił elektrokorund #90. Wyniki badań zostały dodatkowe poszerzone o dyskusję oraz próbę ich korelacji z mikrostrukturą i wybranymi własnościami mechanicznymi. W celu ustalenia mechanizmów zużywania, dokonano obserwacji powierzchni po ścieraniu. Na tej podstawie stwierdzono, że głównymi mechanizmami zużycia były mikroskrawanie i mikrobruzdowanie.

4

Abrasion Wear Resistance of Welded Joints Between Hardox Steel 400 and Grade A Ship Steel

Konat Łukasz, Białobrzeska Beata

Tribologia

|

2024

|

nr 4

23--42

EN

This paper presents the technological and microstructural aspects of the formation and heat treatment of a welded joint between two types of steel having significantly different chemical and mechanical properties, i.e. between low-alloy high-strength, abrasion wear resistant Hardox 400 steel and grade A marine construction steel. The test results indicate that connecting the two types of steel by welding leads to the formation of a heat-affected zone in the entire welded joint area with hardness levels reduced to approximately 170–180 HV. This zone shows various microstructural changes which prevent a reliable evaluation of the abrasion wear resistance of the welded joint. Therefore, the article proposes an optimal technology of welding the two steel types, and welding technological parameters of the thermal post-treatment that allow the formation of microstructures having an increased–in comparison to the pre-welding condition–resistance to abrasion wear processes, as measured with the electro corundum #90 abrasive particles. Heat treatment optimized the microstructure, improving the abrasion wear resistance by 16% compared to the as-welded condition.

PL

W pracy przedstawiono technologiczne i mikrostrukturalne aspekty wykonywania i obróbki cieplnej połączenia spawanego dwóch stali o bardzo odmiennych właściwościach chemicznych i mechanicznych, tj. niskostopowej, wysokowytrzymałej stali odpornej na zużywanie ścierne Hardox 400 ze stalą konstrukcyjną, predefiniowaną do zastosowań w przemyśle okrętowym kategorii A. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie do łączenia tych stali procesów spawalniczych prowadzi do powstawania w obrębie całego połączenia spawanego szerokiej strefy wpływu ciepła o twardości 170-180 HV, charakteryzującej się zróżnicowanymi zmianami mikrostrukturalnymi, uniemożliwiającymi miarodajną ocenę odporności na zużywanie ścierne wykonanego połączenia. W związku z tym zaproponowano optymalną technologię spawania obu stali oraz warunki i parametry postobróbki cieplnej, prowadzących do uzyskania w strefie połączenia spawanego mikrostruktur odznaczających się podwyższoną – w stosunku do stanu bezpośrednio po spawaniu – odpornością na procesy zużycia ściernego, wyznaczoną odziaływaniem luźnego ścierniwa, tj. elektrokorundu 90. Przeprowadzona obróbka cieplna spowodowała zmiany właściwości mikrostrukturalnych, co przełożyło się na wzrost odporności na zużywanie ścierne o 16% w porównaniu ze stanem po spawaniu.

5

Influence of Tempering Temperature on the Abrasive Wear of High-Strength, Martensitic Boron Steel Hardox Extreme

Zemlik Martyna, Konat Łukasz, Grygier Dominika

Tribologia

|

2023

|

nr 1

99--108

EN

The article discusses the microstructural and wear aspects of high-strength, martensitic boron steel Hardox Extreme. It is characterised by a hardness well in excess of 600 HBW and a static tensile strength Rm over 2000 MPa, which provides high resistance under abrasive wear conditions. However, such high mechanical properties reduce the steel's ductility parameters, including impact strength, elongation and area reduction. Examples of components exposed to abrasive wear, including ploughshares, cultivator teeth, excavator buckets or chutes, also require satisfactory resistance to impact wear. Subjecting Hardox Extreme steel to tempering treatments can enhance its performance characteristics by increasing its plastic properties while maintaining satisfactory mechanical indices. Therefore, it was decided to study the tribological properties of Hardox Extreme steel after stress-relieving and low-temperature tempering treatments. In the course of the work carried out, it was shown that with a reduction in hardness from 644 HBW to 508 HBW, it is possible to achieve satisfactory wear indices. The value of the coefficient of relative abrasion resistance kb is equal to 1.36–1.12, respectively, for the as-delivered condition and after tempering treatments at 250°C.

PL

W artykule omówione zostały aspekty mikrostrukturalne i zużyciowe wysokowytrzymałej, martenzytycznej stali z borem Hardox Extreme. Charakteryzuje się ona twardością znacznie przekraczającą wartość 600 HBW i wytrzymałością na statyczne rozciąganie Rm powyżej 2000 MPa, co zapewnia wysoką odporność w warunkach zużycia ściernego. Jednakże tak wysokie własności mechaniczne powodują obniżenie parametrów plastycznych stali, uwzgledniających udarność, wydłużenie i przewężenie. Przykładowe elementy narażone na zużycie ścierne, w tym lemiesze pługa, zęby kultywatora, łyżki koparek czy zsuwnie kosza czerpakowego wymagają także zadowalającej odporności na ścieranie udarowe. Poddanie stali Hardox Extreme zabiegom odpuszczania może wpłynąć na zwiększenie jej cech użytkowych poprzez podwyższenie właściwości plastycznych przy jednoczesnym zachowaniu zadowalających wskaźników mechanicznych. W związku z powyższym zdecydowano się zbadać własności tribologiczne stali Hardox Extreme po przeprowadzeniu za biegów odprężania i niskiego odpuszczania. W toku przeprowadzonych prac wykazano, że przy obniżeniu twardości z 644 HBW do 508 HBW możliwe jest uzyskanie zadowalającej odporności na zużycie ścierne. Wartość współczynnika względnej odporności na zużycie kb wynosi 1,36–1,12, odpowiednio dla stanu dostarczenia i po przeprowadzeniu zabiegów odpuszczania w temperaturze 250°C.

6

Effect of Welding Technique and Thermal Heatment Parameters on Abrasive Wear of Steel S355

Konat Łukasz, Białobrzeska Beata

Tribologia

|

2022

|

nr 3

25--38

EN

The paper presents technological and microstructural aspects of welding and post-weld heat treatment of the S355 constructional steel welded joints. It was found that welding this steel resulted in a wide heataffected zone with diverse microstructures conducive to lower abrasive-wear resistance and worse mechanical characteristics of the steel. In this connection, the welding technique of the S355 steel was suggested, as well as conditions and parameters of the post-weld heat treatment, which made it possible to obtain – in the entire welded joint area – the microstructures characterised by high mechanical properties and increased resistance to abrasive wear. It was shown that the suggested set of technological operations applied to the S355 steel resulted, under laboratory conditions, in a significant increase of relative abrasive-wear resistance, determined by the abrasion test with use of the of loose aloxite 90.

PL

W pracy przedstawiono technologiczne i mikrostrukturalne aspekty wykonywania i obróbki cieplnej połączeń spawanych stali konstrukcyjnej S355. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie do łączenia tej stali procesów spawalniczych prowadzi do powstawania szerokiej strefy wpływu ciepła, charakteryzującej się zróżnicowanymi zmianami mikrostrukturalnymi, sprzyjającymi obniżeniu odporności na zużywanie ścierne oraz pogorszeniu charakterystyki wytrzymałościowej rozpatrywanej stali. W związku z tym, zaproponowano optymalną technologię spawania stali S355 oraz warunki i parametry postobróbki cieplnej, prowadzących do uzyskania w całym obszarze połączenia spawanego mikrostruktur odznaczających się wysokimi parametrami mechanicznymi oraz podwyższoną odpornością na procesy zużycia ściernego. Wykazano, iż przedstawiony w stosunku do stali S355 zakres operacji technologicznych w warunkach laboratoryjnych skutkował znacznym podwyższeniem względnej odporności na zużywanie ścierne, wyznaczonej w warunkach ścierania w obecności luźnego ścierniwa – elektrokorund 90.

7

Case study of accelerated wear of brake discs made of grey cast iron characterized by increased thermal stability

Zemlik Martyna, Dziubek Mateusz, Pyka Dariusz, Konat Łukasz, Grygier Dominika

Combustion Engines

|

2022

|

R. 61, nr 3

45--49

EN

In this paper, the subject of the analysis is Rotinger High Performance brake disc, characterized by increased thermal resistance, which is a result of adequate design and material solutions. However, despite declared performance, the analyzed discs suffered accelerated wear over a period of about 20 months. The aim of this study was to assess the causes of the disc failure. As a result, it was showed that the applied material solution still does not differ from standard ones. According to the authors of this paper, an appropriate procedure to improve resistance to thermal fatigue is, among others, changing the shape of graphite precipitates from flake to spheroidal.

8

The Effect of the Method And Parameters of the Heat Treatment on Abrasive Wear Resistance of 38GSA Steel

Konat Łukasz, Napiórkowski Jerzy

Tribologia

|

2019

|

nr 3

61--69

EN

This paper presents the structure and the results of abrasive wear resistance testing for 38GSA steel in an as-delivered condition (after heat refining) and after volume hardening. Based on the tests conducted by both light and scanning microscopy methods, it was demonstrated that, due to the performed technological operations, this steel differed significantly in terms of structure compared to the as-delivered condition, which affected its performance characteristics. In an as-delivered condition, 38GSA (38MnSi4) steel is characterised by a fine-grained ferrite-pearlite structure with martensite areas arranged in bands, which significantly differs from the structure typical of the state of equilibrium. After volume hardening, the steel in question is characterised by a homogeneous fine-stripped martensite structure with clearly visible former austenite grain boundaries. The obtained results of structural testing on 38GSA steel were related to the actual abrasive wear resistance indices obtained by the “rotating bowl” method using various abrasive soil mass types. Tests conducted in the following soils, i.e. light (loamy sand), medium (light loam) and heavy (common loam), including hardness measurements, showed a close relationship between the results obtained for abrasive wear resistance and the phase structure resulting from the heat treatment state of the tested material. The obtained results of the tests on 38GSA steel were compared to those for low-alloyed martensitic abrasive wear resistant steels Hardox 500 and Brinar 500.

PL

W pracy przedstawiono budowę strukturalną oraz wyniki badań odporności na zużywanie ścierne stali 38GSA w stanie dostarczenia (po wyżarzaniu normalizującym) oraz po hartowaniu objętościowym. Na podstawie przeprowadzonych badań metodami mikroskopii świetlnej i skaningowej wykazano, że w wyniku wykonanych operacji technologicznych stal ta cechuje się znaczną różnicą w budowie strukturalnej, w stosunku do stanu dostarczenia, rzutującą na jej charakterystyki użytkowe. W stanie dostarczenia stal 38GSA (38MnSi4) charakteryzuje się drobnoziarnistą strukturą ferrytyczno-perlityczną z pasmowo ułożonymi obszarami martenzytu, znacząco odbiegającą od struktury charakterystycznej dla stanu równowagi. Po hartowaniu objętościowym omawiana stal cechuje się jednorodną strukturą drobnolistwowego martenzytu z wyraźnie widocznymi granicami ziaren byłego austenitu. Uzyskane wyniki badań strukturalnych stali 38GSA odniesiono do rzeczywistych wskaźników odporności na zużycie ścierne, uzyskanych metodą „wirującej misy”, wykorzystując różne glebowe masy ścierne. Zrealizowane badania w glebie lekkiej (piasek gliniasty), średniej (glina lekka) oraz glebie ciężkiej (glina zwykła), a także przeprowadzone pomiary twardości wykazały ścisłą zależność uzyskanych wskaźników odporności na zużywanie ścierne od budowy fazowej wywołanej stanem obróbki cieplnej badanego materiału. Uzyskane wyniki badań stali 38GSA odniesiono porównawczo do niskostopowych, martenzytycznych stali odpornych na zużywanie ścierne Hardox 500 i Brinar 500.