Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Initial Analysis of the Surface Layer of AVGI Cast Iron Subject to Abrasion

Jakubus Aneta

Archives of Foundry Engineering

|

2022

|

Vol. 22, iss. 2

50--56

EN

The article presents the results of research on the abrasion resistance of cast iron with vermicular graphite in the as-cast state and after austempering (the latter material is referred to as AVGI – Austempered Vermicular Graphite Iron). Austenitization was carried out at the temperature values of either 900°C or 960°C, and austempering at the temperature values of either 290°C and or 390°C. Both the austenitization and the austempering time was equal to 90 minutes. The change of the pearlitic-ferritic matrix to the ausferritic one resulted in an increase in mechanical properties. Abrasion tests were conducted by means of the T-01M pin-on-disc tribometer. The counter-sample (i.e. the disc) was made of the JT6500 friction material. Each sample was subject to abrasion over a sliding distance of 4000 m. The weight losses of both samples and counter-samples were determined by the gravimetric method. It was found that the vermicular cast iron austenitized at 900°C and austempered at 290°C was characterized by the lowest wear among the evaluated cast iron types. The geometric structure of the surface layer after the dry friction test exhibited irregular noticeable grooves, distinct oriented abrasion traces, plastic flow of the material, microcracks, and pits generated by tearing out the abraded material. The largest surface roughness was found for the AVGI cast iron heat-treated according to the variant 3 (Tγ =900 ºC; Tpi = 390°C), while the smallest one occurred in AVGI cast iron subject to either the variant 2 (Tγ =960 ºC; Tpi = 290°C) or the variant 4 (Tγ =900 ºC; Tpi = 290°C) of heat treatment and was equal to either 2.5 μm or 2.66 μm, respectively. It can be seen that the surface roughness decreases with the decrease in the austempering temperature.

2

Initial Assessment of Graphite Precipitates in Vermicular Cast Iron in the As-Cast State and after Thermal Treatments

Soiński M. S., Jakubus Aneta, Borowiecki B., Mierzwa P.

Archives of Foundry Engineering

|

2021

|

Vol. 21, iss. 4

131--136

EN

The purpose of the work was to determine the morphology of graphite that occurs in vermicular cast iron, both in the as-cast state and after heat treatment including austenitization (held at a temperature of 890°C or 960°C for 90 or 150 min) and isothermal quenching (i.e. austempering, at a temperature of 290°C or 390°C for 90 or 150 min). In this case, the aim here was to investigate whether the heat treatment performed, in addition to the undisputed influence of the cast iron matrix on the formation of austenite and ferrite, also affects the morphology of the vermicular graphite precipitates and to what extent. The investigations were carried out for the specimens cut from test coupons cast in the shape of an inverted U letter (type IIb according to the applicable standard); they were taken from the 25mm thick walls of their test parts. The morphology of graphite precipitates in cast iron was investigated using a Metaplan 2 metallographic microscope and a Quantimet 570 Color image analyzer. The shape factor F was calculated as the quotient of the area of given graphite precipitation and the square of its perimeter. The degree of vermicularization of graphite was determined as the ratio of the sum of the graphite surface and precipitates with F <0.05 to the total area occupied by all the precipitations of the graphite surface. The examinations performed revealed that all the heat-treated samples made of vermicular graphite exhibited the lower degree of vermicularization of the graphite compared to the corresponding samples in the as-cast state (the structure contains a greater fraction of the nodular or nearly nodular precipitates). Heat treatment also caused a reduction in the average size of graphite precipitates, which was about 225μm2 for the as-cast state, and dropped to approximately 170-200 μm2 after the austenitization and austempering processes.

3

Optimization of isothermal transformation period for austempered ductile iron

Parhad P., Likhite A., Bhatt J., Peshwe D.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 43, no. 4

313--331

EN

The present paper examines and compares the influence of austempering parameters such as temperature and time on the isothermal transformation and microstructural changes of ductile iron. To identify the compositional and structural changes during an isothermal transformation, a very wide austempering period is chosen at a transformation temperature for the precise determination of the process window. XRD, optical, and scanning electron microscopic techniques are exploited to identify and analyze the changes in the austempered structure, at austempering temperatures of 250°C and 400°C. The various structural parameters like austenite volume fraction (Vγ, its carbon content (Cγ), lattice parameter, and the average cell size of the ferrite are ascertained. Electron backscattered diffraction (EBSD) analysis is used to identify the carbide precipitation obtained due to the austempering Stage-II reaction. It is noticed that, at the end of the austempering Stage-II reaction, there is a significant reduction in the volume fraction of stabilized austenite and it’s carbon content, as the microstructure at this stage not only contains ausferrite but also additional precipitated iron carbides. With an increase in austempering time, the austenite and ferrite volume fraction increase until the austenite becomes stabilized with sufficient carbon. The increase in the lattice parameter of the austenite during austempering corresponds to the rise in carbon content within the austenite. A rise in the austempering temperature leads to a reduction in the volume fraction of the ferrite and an increase in the stabilized austenite volume fraction. The optimum isothermal transformation period for austempered ductile iron is established, based on the period during which the maximum content of the austenite volume fraction, its carbon, the lattice parameter, and the average cell size of the ferrite are maintained.

PL

W pracy przedstawiono badania dotyczące wpływu parametrów hartowania izotermicznego takich jak temperatura i czas na izotermiczną transformację i zmiany mikrostrukturalne żeliwa sferoidalnego. W celu określenia zmian strukturalnych i składu chemicznego podczas przemiany izotermalnej został dobrany bardzo szeroki okres hartowania izotermalnego, co pozwoliło na precyzyjne określenie warunków procesu. Zastosowano techniki takie jak dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD), mikroskopia świetlna i skaningowa mikroskopia elektronowa, aby zidentyfikować i przeanalizować zmiany strukturalne po hartowaniu w temperaturach 250°C i 400°C. Określono różne czynniki strukturalne, takie jak udział objętościowy austenitu (Vγ), zawartość węgla w austenicie (Cγ), stała sieciowa oraz średnia wielkość komórki elementarnej ferrytu. Dyfrakcję elektronów wstecznie rozproszonych (EBSD) zastosowano do zidentyfikowania wydzieleń węglików powstałych wskutek reakcji drugiego etapu podczas hartowania izotermalnego. Nie zauważono, aby z końcem reakcji drugiego etapu hartowania izotermalnego nastąpił widoczny spadek udziału objętościowego ustabilizowanego austenitu i zawartości w nim węgla, ponieważ mikrostruktura na tym etapie nie tylko zawiera ausferryt, lecz również wydzielenia węglików żelaza. Wraz z wydłużeniem czasu hartowania udział objętościowy austenitu i ferrytu wzrasta aż do momentu, kiedy austenit zostanie ustabilizowany odpowiednią ilością węgla. Zwiększenie stałych sieciowych austenitu w trakcie hartowania izotermalnego prowadzi do zmniejszenia udziału objętościowego żelaza i wzrostu udziału ustabilizowanego austenitu. Optymalny okres transformacji izotermalnej hartowanego żelaza sferoidalnego został określony na podstawie okresu, podczas którego maksymalna zawartość udziału objętościowego austenitu, zawartego w nim węgla, stałej sieciowej i średniej wielkości komórki elementarnej ferrytu była utrzymana.

4

The Application of Acoustic Emission and Artificial Neural Networks in an Analysis of Kinetics in the Phase Transformation of Tool Steel During Austempering

Łazarska M., Woźniak T. Z., Ranachowski Z., Ranachowski P., Trafarski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

603--609

EN

During the course of the study it involved tool steel C105U was used. The steel was austempered at temperatures of 130°C, 160°C and 180°C respectively. Methods of acoustic emission (AE) were used to investigate the resulting effects associated with transformations and a large number of AE events were registered. Neural networks were applied to analyse these phenomena. In the tested signal, three groups of events were identified of: high, medium and low energy. The average spectral characteristics enabled the power of the signal spectrum to be determined. After completing the process, the results were compiled in the form of diagrams of the relationship of the AE incidence frequency as a function of time. Based on the results, it was found that in the austempering of tool steel, in the first stage of transformation midrib morphology is formed. Midrib is a twinned thin plate martensite. In the 2nd stage of transformation, the intensity of the generation of medium energy events indicates the occurrence of bainite initialised by martensite. The obtained graphic of AE characteristics of tool steel austempering allow conclusions to be drawn about the kinetics and the mechanism of this transformation.

5

Multiphase Ausformed Austempered Ductile Iron

Soliman M., Palkowski H., Nofal A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1493--1498

EN

Ductile iron was subjected to a total true strain (φt) of 0.3 either by applying φt in the austenite region or by apportioning it through applying a true strain of 0.2 in the austenite region before quenching to austempering temperature (TA) of 375°C, where a true strain of 0.1 is applied (ausforming). Additionally, two types of matrices were produced in the ductile iron, namely ausferritic and ferritic-ausferritic matrices. The ferrite is introduced to the matrix by intercritical annealing after austenitization. Dilatometric measurements as well as microstructure examination showed a fast ausferrite transformation directly after applying φA and that the introduction of ferrite to the matrix resulted in a remarkable acceleration of the ausferrite formation. The transformation kinetics, microstructure evolution, hardness and compression properties are studied.

6

Effect of the Austempering Process on the Microstructure and Mechanical Properties of 27MnCrB5-2 Steel

Morri A., Ceshini L., Pellizzari M., Menapace C., Vettore F., Veneri E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

643--651

EN

The effect of austempering parameters on the microstructure and mechanical properties of 27MnCrB5-2 steel has been investigated by means of: dilatometric, microstructural and fractographic analyses; tensile and Charpy V-notch (CVN) impact tests at room temperature and a low temperature. Microstructural analyses showed that upper bainite developed at a higher austempering temperature, while a mixed bainiticmartensitic microstructure formed at lower temperatures, with a different amount of bainite and martensite and a different size of bainite sheaf depending on the temperature. Tensile tests highlighted superior yield and tensile strengths (≈30%) for the mixed microstructure, with respect to both fully bainitic and Q&T microstructures, with only a low reduction in elongation to failure (≈10%). Impact tests confirmed that mixed microstructures have higher impact properties, at both room temperature and a low temperature.

7

Effect of heat treatment on the tensile properties of cam shaft made of ductile cast iron

Karaca B., Şimşir M., Akkan H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2016

|

Vol. 76, nr 1

15--20

EN

Purpose: The aim of this study is to investigate effects of austempering heat treatment on the tensile properties of GGG60 ductile cast iron for cam shaft production. For this purpose, cam shafts have been produced by sand casting method. Design/methodology/approach: For nodulizing process, Fe-Si-Mg alloy has been used and Fe-Si-Ba-Ca-Al alloy for inoculation process. The casting has been done between 1410-1420°C and the pouring time was between 11-13 sec. The casted cam shafts and tensile test samples have been austenitized at two different temperatures (800 and 900°C) and time (60 and 90 min.) under controlled furnace atmosphere. The austenitized cam shafts and tensile test samples have been quenched into the molten salt bath at 360°C temperature and held 90 min. and then cooled in air. By this way, austempering heat treatment has been applied. Microstructure of cam shafts and tensile test samples have been examined by optical and scanning electron microscopy (SEM) and mechanical tests (hardness, and tensile tests) have been performed. Findings: Results show that austempering heat treatment increases the tensile strength of cam shaft as-cast condition. Tensile strength of the cam shaft increases with increasing austenitizing temperature and time. The highest tensile strength, 1165.5 MPa, has been obtained from the cam shaft austenitized at 900°C and 90 min. time. Research limitations/implications: The production of cam shafts used in engines, it is carried out with the casting and machining techniques. Today, cam shafts are produced from gray, nodular graphite cast iron, because of many advantages, and also machining of steel.

8

Czy obróbka cieplna stali jest w pełni poznana?

Marciniak S.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2015

|

nr 7-8

17--21

PL

Artykuł pokazuje nowe możliwości kształtowania właściwości mechanicznych stali poprzez zastosowanie obróbki cieplnej zaprojektowanej w oparciu o wyniki badań naukowych dotyczących z jednej strony przemian fazowych zachodzących w stalach, a z drugiej – wpływu składu fazowego na właściwości. Tradycyjne obróbki cieplne nie są w stanie przełamać istotnej sprzeczności związanej z osiągnięciem jednocześnie dużej wytrzymałości i ciągliwości stali. Zaprezentowano sposoby projektowania nowych obróbek cieplnych prowadzących do wytworzenia żądanej mikrostruktury i wynikających z niej właściwości, które zmierzają do skutecznego przełamania tej sprzeczności.

EN

The article presents some new possibilities of creating the mechanical properties of steel through heat treatment. The process is designed according to the results of scientific research which, on one hand, refer to phase transformations occurring in steel and, on the other hand, to the effect of phase composition of steel on its properties. Traditional heat treatments do not lead to overcoming a significant contradiction associated with achieving both high strength and high ductility in steel. The ways of designing new heat treatment processes have been shown in this article. They lead to obtaining a desired microstructure and the properties associated with it, and therefore, they may help to effectively overcome this contradiction.

9

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.

10

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.

11

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.

12

Formation of ferritic-bainitic structure with retained austenite in subeutectoid steel

Gołaszewski A., Szawłowski J., Świątnicki W.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

121--126

EN

An attempt to form a ferritic-bainitic microstructure with retained austenite in 35CrSiMn5-5-4 steel was undertaken. In order to obtain such a structure, the process of annealing in the intercritical region followed by the process of austempering was applied. JMatPro simulations, austenite quantitative analysis after annealing in the intercritical region and dilatometric tests were conducted to design the heat treatment. The dilatometric studies have shown that in order to determine the appropriate values of Ac1 and Ac3 temperatures, much lower heating rates should be used than the standard heating rate. The transmission electron microscopy (TEM) investigations revealed that in steel after annealing in the intercritical region followed by low temperature austempering the structure composed of ferrite and carbide-free bainite was formed. Mechanical tests demonstrated that after application of the designed heat treatment, 35CrSiMn5-5-4 steel gains an interesting set of mechanical properties.

PL

Podjęto próbę wytworzenia w stali struktury ferrytyczno-bainitycznej z austenitem szczątkowym. W celu wytworzenia takiej struktury zastosowano proces wyżarzania w zakresie międzykrytycznym, a następnie hartowania z przystankiem izotermicznym. Do zaprojektowania obróbki cieplnej wykorzystano symulacje za pomocą programu JMatPro, analizę ilościową austenitu po wyżarzaniu w zakresie międzykrytycznym oraz badania dylatometryczne. Badania dylatometryczne wykazały, iż do wyznaczenia właściwych temperatur Ac1 i Ac3 należy stosować znacznie mniejsze niż standardowe szybkości grzania. Badania za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) ujawniły, iż w stali wyżarzanej w zakresie międzykrytycznym, a następnie hartowanej z przystankiem izotermicznym została wytworzona struktura złożona z ferrytu i bezwęglikowego bainitu. Badania mechaniczne wykazały, iż po zastosowaniu zaprojektowanej obróbki stal 35CrSiMn5-5-4 uzyskuje interesujący zespół właściwości mechanicznych.

13

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.

14

The Application of Neural Networks for Studying Phase Transformation by the Method of Acoustic Emission in Bearing Steel

Woźniak T. Z., Ranachowski Z., Ranachowski P., Ozgowicz W., Trafarski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1705--1712

EN

The research was carried out on steel 100CrMnSi6-4 under isothermal austempering resulting in forming the duplex structure: martensitic and bainitic. The kinetics of transformation was controlled by the acoustic emission method. Complex phase transformations caused by segregation and carbide banding occur at the low-temperature heat treatment of bearing steel. At the temperature close to Ms, a certain temperature range occurs where an effect of the first product of prior athermal martensite on the bainitic transformation can be observed. In the registered signal about 15 million various events were registered. There were considered three types of acoustic emission events (of high, medium and low energy), with relatively wide sections and with different spectral characteristics. It was found that the method of acoustic emission complemented by the application of neural networks is a sensitive tool to identify the kinetics of bainitic transformation and to show the interaction between martensitic and bainitic transformations.

PL

Badania realizowano na stali 100CrMnSi6-4 poddanej hartowaniu izotermicznemu, prowadzacemu do utworzenia struktury duplex: martenzytyczno-bainitycznej. Kinetykę przemian kontrolowano metodą emisji akustycznej. Przy niskotemperaturowej obróbce cieplnej stali łożyskowej występują złożone przemiany fazowe spowodowane segregacją i pasmowością węglików. W temperaturze zbliżonej do Ms, występuje pewien zakres temperatury, gdzie zaznacza się oddziaływanie wcześniejszego produktu przemiany martenzytycznej na przemianę bainityczną. W zarejestrowanym sygnale zarejestrowano około 15 milionów różnych zdarzeń. Uwzgledniono trzy rodzaje zdarzeń emisji akustycznej (o wysokiej, średniej i niskiej energii) o względnie szerokich przedziałach, o różnej charakterystyce widmowej. Stwierdzono, że metoda emisji akustycznej uzupełniona o zastosowanie sieci neuronowych jest czułym narzędziem do identyfikacji kinetyki przemiany bainitycznej oraz oddziaływania przemiany martenzytycznej na przemianę bainityczną.

15

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.

16

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.

17

Initial Assessment of Abrasive Wear Resistance of Austempered Cast Iron with Vermicular Graphite

Soiński M. S., Jakubus A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1073--1076

EN

The work compares the abrasive wear resistance of cast iron containing vermicular graphite, measured in the as-cast state and after austempering carried out at 290°C, 340°C, or 390°C. Theexaminations were performed by means of the T-01M tribological tester using the pin-on-disc configuration. Specimens used for examinations were taken from the end tabs of the tensile specimens, these being cut out of the test walls of the double-leg keel block test castings. Examinations proved that the austempering process increases the abrasive wear resistance of vermicular cast iron by several times as compared with the as-cast material. A tendency for a slight decrease in abrasive wear with an increase in austempering temperature can be stated. The coefficient of friction took a little higher values for cast iron after thermal treatment than for the as-cast material. The work was completed with roughness examination by means of electron scanning microscopy.

PL

W pracy porównano odporność na ścieranie żeliwa z grafitem wermikularnym w stanie lanym oraz po hartowaniu izotermicznym przeprowadzonym w temperaturach 290°C, 340°C i 390°C. Badaniaodporności na ścieranie przeprowadzono przy użyciu zestawu trybologicznego T-01M typu trzpień-tarcza. Próbki do badań pochodziły z próbek wytrzymałościowych wyciętych ze ścianek badawczych wlewków próbnych w kształcie odwróconej litery „U”. Badania wykazały, że poddanie żeliwa wermikularnego hartowaniu izotermicznemu prowadzi do kilkukrotnego wzrostu odporności tworzywa na ścieranie w porównaniu z żeliwem w stanie lanym. Zaobserwowano niewielki spadek zużycia wraz ze wzrostem temperatury hartowania. Współczynnik tarcia dla żeliwa po obróbce cieplej przybrał nieco większe wartości aniżeli w przypadku żeliwa w stanie lanym. W ramach pracy wykonano także badania chropowatości z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej.

18

Characterization of Nanobainitic Structure Obtained in 100CrMnSi6-4 Steel after Industrial Heat Treatment

Dworecka J., Jezierska E., Rożniatowski K., Świątnicki W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1637--1640

EN

The aim of the work was to produce a nanobainitic structure in the commercial bearing steel - 100CrMnSi6-4 and to characterize its structure and mechanical properties. In order to produce this structure the austempering heat treatment was performed, with parameters that have been selected on the basis of dilatometric measurements of phase transformation kinetics in steel. The heat treatment process was performed in laboratory as well as in industrial furnaces. The obtained structure was characterized using transmission electron microscopy. In order to investigate the effect of the microstructure parameters on the material’s mechanical properties, the hardness, impact strength and static tensile tests have been conducted.

PL

W niniejszej pracy podjęto próbę wytworzenia struktury nanobainitycznej w handlowej stali łożyskowej - 100CrMnSi6-4. W celu wytworzenia tej struktury przeprowadzono proces hartowania z przystankiem izotermicznym, którego parametry zostały określone w oparciu o badania dylatometryczne. Warto podkreslić, że proces ten przeprowadzono w piecach przemysłowych. Uzyskaną strukturę nanobainitu scharakteryzowano za pomocąa transmisyjnego mikroskopu elektronowego. W celu zbadania wpływu wytworzonej mikrostruktury na właściwości mechaniczne przeprowadzono badania twardości, udarności i statyczną próbę rozciągania.

19

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.

20

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.