Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Interaction of N with White-solidified Cast Iron Model Alloys: The Effect of Mn and Cu on the Formation of Fe and Si Nitrides

Kante Stefan, Leineweber Andreas

Journal of Casting & Materials Engineering

|

2021

|

Vol. 5, no. 4

66--70

EN

Surface remelting and subsequent nitriding improves the surface properties of cast irons. Upon remelting, a white-solidified surface layer forms, which contains coarse Si-free eutectic cementite (θ) and Si-enriched ferrite, pearlite or martensite in the intercarbidic regions between the eutectic θ. Nitriding produces a compound layer at the surface, which is composed of ε and γ’-iron (carbo)nitrides and enhances the corrosion resistance. Nitriding of white-solidified Fe-C-Si alloys, being model materials for remelted low-alloy ferritic cast irons, has shown that Si dissolved in α-Fe notably affects the formation of ε and γ’ in intercarbidic regions while Si simultaneously precipitates as amorphous nitride, X. Under process conditions only allowing for the formation of γ’ in pure Fe, Si dissolved in α-Fe promotes the formation of ε over the formation γ’, whereas Si-free eutectic θ transforms into nitride following the sequence θ → ε → γ’. The present work studies the nitriding of white-solidified Fe-3.5wt.%C-3wt.%-M alloys with additions of M = 1 wt.% Mn, 1 wt.% Cu or 1 wt.% Mn + 1 wt.% Cu, serving as model materials for remelted pearlitic cast irons. The presence of Mn and/or Cu causes notable deviations from the nitriding behavior known from Fe-C-Si alloys. Mn accelerates the precipitation of X in intercarbidic regions and obstructs the transformation of ε formed from Si-free θ into γ’. Cu promotes the formation of γ’ in Si-rich intercarbidic regions, surpassing the ε-promoting effect of Si.

2

Zastosowanie azotu technicznego podczas gazowego azotowania stali zaworowych

Żółciak Tadeusz, Bilski Paweł

Inżynieria Powierzchni

|

2021

|

nr 4

5--14

PL

Badano możliwość aktywacji powierzchni stali zaworowych przy zastosowaniu azotu technicznego zawierającego ok. 0,2% O2 w procesie azotowania gazowego. Przez zmianę udziału azotu technicznego w mieszaninie z amoniakiem regulowano potencjał tlenowy atmosfery gazowej podczas grzania stali do temperatury azotowania i czasami w fazie azotowania. Azotowano z dobrym skutkiem dwie reprezentatywne stale zaworowe w temperaturze 570-580°C, a także poniżej temperatury 450°C. Nowy sposób jest alternatywą dla kłopotliwej metody stosowania powietrza do regulacji potencjału tlenowego wymagającej instalacji zapłonnika i kontroli bezpieczeństwa procesu.

EN

The possibility of using technical nitrogen including 0.2% O2 for activation walve steels surfaces during gas nitriding were investigated. By changing mole fraction of technical nitrogen i NH3/N2t mixture one can regulate oxygen potential of gas atmosphere during heating the steel to nitriding temperature and sometimes during nitriding phase. Two representative walve steels were nitrided with good results at 570-580°C and under 450°C. New method can be alternative to regulating oxygen potential by air and allows avoiding installing of firing mechanism and safety control.

3

Zastosowanie azotu technicznego podczas gazowego azotowania stali austenitycznych

Żółciak Tadeusz, Bilski Paweł

Inżynieria Powierzchni

|

2021

|

nr 2

5--16

PL

Badano możliwość aktywacji powierzchni stali austenitycznych przy zastosowaniu azotu technicznego zawierającego ok. 0,2% O2 w procesie azotowania gazowego. Przez zmianę udziału azotu technicznego w mieszaninie z amoniakiem regulowano potencjał tlenowy atmosfery gazowej. Azotowano z dobrym skutkiem cztery reprezentatywne stale austenityczne w temperaturze 570°C, a także poniżej temperatury 450°C. Nowy sposób jest alternatywą dla kłopotliwej metody stosowania powietrza do regulacji potencjału tlenowego wymagającej instalacji zapłonnika i kontroli bezpieczeństwa procesu.

EN

The possibility of using technical nitrogen including 0.2% O2 for activation of surfaces of austenitic steels du ring gas nitriding was investigated. By changing mole fraction of technical nitrogen NH3/N2t mixture oxygen potential of gas atmosphere was controlled during heating the steel to nitriding temperature and sometimes during nitriding process. Four representative austenitic steels were nitrided with good results at 570°C and under 450°C. New method can be alternative to regulating oxygen potential by air and allows avoiding installing of igniting mechanism and safety control.

4

Termodynamiczne i kinetyczne aspekty regulowanego azotowania gazowego

Michalski Jerzy, Tacikowski Jan

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 1

3--10

PL

W artykule porównano dwuskładnikowe atmosfery wlotowe rozcieńczane zdysocjowanym amoniakiem (NH3/NH3zd) oraz azotem (NH3/N2). W atmosferach NH3/NH3zd rozporządzalność azotu regulowano zmieniając stopień rozcieńczenia atmosfery wlotowej zdysocjowanym amoniakiem. W atmosferach wlotowych NH3/N2 rozporządzalność azotu regulowano również zmieniając stopień rozcieńczenia azotem atmosfery wlotowej. W artykule wykazano między innymi, jeżeli w pierwszym stopniu procesu wartość potencjału przyjmuje wartości z obszaru trwałości fazy γ’, towarzyszy temu ograniczenie kinetyki wzrostu warstwy azotowanej. Ograniczenie to występuje również po wzroście potencjału do wartości z obszaru trwałości fazy ε. W odróżnieniu od atmosfery rozcieńczanej zdysocjowanym amoniakiem, nie ma znaczenia, czy w pierwszym stopniu procesu rozporządzalność azotu jest niska a w drugim stopniu wysoka czy też odwrotnie, końcowy efekt procesu pod względem parametrów warstwy azotowanej jak i pod względem kinetyki wzrostu grubości warstwy azotowanej jest taki sam. Świadczy to o uniwersalności atmosfer azotujących uzyskanych z dwuskładnikowej atmosfery wlotowej rozcieńczanej azotem.

EN

The article compares two-component inlet atmospheres diluted with dissociated ammonia (NH3/NH3zd) and nitrogen (NH3/N2). In NH3/NH3zd atmospheres, nitrogen availability was controlled by varying the degree of dilution of the inlet atmosphere by dissociated ammonia. In NH3/N2 inlet atmospheres, the nitrogen availability was also controlled by varying the nitrogen dilution rate of the inlet atmosphere. The article shows, among others, that if in the first stage of the process the value of the potential takes the values from the γ ' phase stability area, it is accompanied by the limitation of the nitrided layer growth kinetics. This limitation also occurs after an increase of the potential to the values from the ε phase stability area. In contrast to the atmosphere diluted with dissociated ammonia, it does not matter whether the nitrogen availability is low in the first stage of the process and high in the second stage, or vice versa, the final process effect in terms of nitriding layer parameters and also in terms of the kinetics of nitrided layer thickness increase is the same. This demonstrates the universality of the nitriding atmospheres obtained from the two-component inlet atmosphere diluted with nitrogen.

5

Kinetyka tworzenia warstw azotowanych na stalach niskostopowych w procesie azotowania gazowego

Wójcik Grzegorz, Kucharska Barbara, Wach Piotr

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 4

35--40

PL

W pracy badano próbki walcowate wykonane ze stali konstrukcyjnej niskostopowej 42CrMo4 (40HM) oraz 41CrAlMo7 (38HMJ) poddanych procesowi azotowania w temperaturze 540oC w czasie 2, 7, 12 oraz 17 godzin. Przez pierwsze 2 godziny procesu atmosferę stanowił amoniak, natomiast dalsza część procesu prowadzona była w atmosferze składającej się w 50% z amoniaku oraz 50% amoniaku zdysocjowanego. Po procesie badano twardość powierzchniową, rozkład twardości na głębokości 50 µm od powierzchni aż do twardości rdzenia oraz mikrostrukturę wytworzonej warstwy azotowanej. Wykazano, że wraz z wydłużeniem czasu trwania procesu azotowania na stali 40HM przypowierzchniowa grubość warstwy azotków zwiększa się od 6 µm po 2 godzinach do 14 µm po 17 godzinach procesu oraz warstwa ta ma budowę dwufazową (+ ’), natomiast grubość warstwy dyfuzyjnej wynosiła od 0,15 do 0,44 mm (w zależności od czasu procesu). W przypadku stali 38HMJ grubość warstwy azotków zwiększała się od 1 µm po 2 godzinach do 9,5 µm po 17 godzinach. Grubość warstwy dyfuzyjnej wynosiła od 0,08 do 0,35 µm.

EN

The study examined cylindrical samples made of low-alloy structural steel 42CrMo4 (40HM) and 41CrAlMo7 (38HMJ) subjected to the nitriding process at 540oC during 2, 7, 12 and 17 hours. During the first 2 hours of the process, the atmosphere was ammonia, while the rest of the process was carried out in the atmosphere consisting of 50% ammonia and 50% dissociated ammonia. After the process, surface hardness, hardness distribution at the depth of 50 µm from the surface up to the hardness of the core, and microstructure of the nitrided layer produced were examined. It has been shown that along with the extension of the duration of the nitriding process on 40HM steel, the surface thickness of the layer of nitrides increases from 6 µm after 2 hours to 14 µm after 17 hours of the process and this layer has a two-phase structure (+’), while the thickness of the diffusion layer was from 0.15 to 0.44 mm (depending on the process time). In the case of 38HMJ steel, the thickness of the layer of nitrides increased from 1 µm after 2 hours to 9.5 µm after 17 hours. The thickness of the diffusion layer was from 0.08 to 0.35 µm (depending on the process time).

6

Characteristics and properties of the conical blades made from low-carbon steel after gas nitriding

Wójcik Grzegorz, Kucharska Barbara, Michalski Jerzy

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2019

|

Vol. 86, nr 1

9-13

EN

The paper contains results of testing of blades made of non-alloy steel C20 subjected to gas nitriding at 550°C during 4 hours. Conical blades with apical angles of 20, 30, 45 and 60° were made of rods with a diameter of 10 mm. The microstructure of layers formed on blades and their mechanical properties were investigated. Mechanical properties were verified by hardness measurement and by test of pressing of the blades into the hardened steel substrate.

PL

Artykuł zawiera wyniki badań ostrzy wykonanych ze stali niestopowej C20 poddanych azotowaniu gazowemu w temperaturze 550°C przez 4 godziny. Ostrza stożkowe o kątach wierzchołkowych 20, 30, 45 i 60° zostały wykonane z prętów o średnicy 10 mm. Zbadano mikrostrukturę warstw wytworzonych na ostrzach i ich właściwości mechaniczne. Właściwości mechaniczne zostały określone w oparciu o pomiar twardości i poprzez wykonanie próby wciskania ostrzy w podłoże wykonane ze stali hartowanej.

7

Mechanical and microstructural aspects of C20-steel blades subjected to gas nitriding

Kucharska Barbara, Michalski Jerzy, Wójcik Grzegorz

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 1

147--156

EN

The paper presents the investigation of conical blades made of unalloyed steel C20 gas-nitrided by the Nitreg method. On the surface of steel blades (with tip angles in the range of 20–170°) an approx. 15 mm-thick nitride layer of was fabricated, which had a bizonal structure of: ɛ (Fe2–3N and Fe3(N,C)1–x) and ɛ + γ′(Fe4N) with a hardness of 1310 HV and 910 HV, respectively. Hardness tests carried out on blade cross-section showed that a 0.7–1 mm thick diffusion layer occurred under the nitride layer. By applying the criterion of effective nitrided layer thickness, gc+50, it was demonstrated that blades with a tip angle of 20° and 30° had been through-nitrided (i.e. nitrided through and through). A static compression test showed that, as a result of nitriding, the compressive strength of the blades had increased by a factor of two.

8

Azotowanie gazowe powierzchni wewnętrznych długich otworów

Filipowicz M., Wach P., Burdyński K., Michalski J., Komorek Z.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 2

24--29

PL

W przemysłowych zastosowaniach obróbek cieplno-chemicznych azotowanie gazowe jest szeroko rozpowszechnioną metodą azotowania. Azotowaniu podlegają elementy o różnych kształtach i wielkościach, m.in. wiertła, frezy, matryce, wały, pierścienie, kulki łożyskowe itp., charakteryzujące się często skomplikowanym kształtem. Aby warstwy azotowane cechowały się dobrymi właściwościami eksploatacyjnymi powinny mieć kontrolowaną grubość zarówno strefy dyfuzyjnej, jak i przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza. Przy prawidłowo przygotowanej powierzchni na stalach niskostopowych po azotowaniu otrzymuje się równomierną warstwę azotowaną. W przypadkach, w których trudno prawidłowo przygotować powierzchnię, np. w elemencie o skomplikowanym kształcie czy z cienkimi otworami wewnętrznymi, mogą wystąpić niejednorodności struktury warstwy azotowanej lub nawet całkowity jej brak. Problemem podczas azotowania nie jest zatem powierzchnia zewnętrzna elementów obrabianych lecz wewnętrzna. Celem pracy była ocena możliwości azotowania głębokich otworów o małej średnicy. Badania zrealizowano na walcowych próbkach ze stali niestopowej oraz niskostopowych z wydrążonymi elektroiskrowo i mechanicznie otworami przelotowymi oraz nieprzelotowymi. Na przygotowanych próbkach, w oparciu o przeprowadzone badania metalograficzne i badania twardości, oceniono jakość wytworzonych warstw azotowych.

EN

In industrial applications of thermo-chemical treatments, gas nitriding is a widespread method of nitriding. Elements of various shapes and sizes are nitrided, including drills, cutters, dies, shafts, rings, bearing balls, etc. often characterized by a complicated shape. In order for the layers to have good operational properties they should have a controlled thickness of both the diffusion zone, and the near-surface layer of iron nitrides. With a properly prepared surface on low alloy steels, a uniform nitrided layer is obtained after nitriding. In cases, where it is difficult to prepare the surface properly, e.g. in a complicated shape element or an element with thin internal openings, there may be inhomogeneities in the structure of the nitrided layer or even its complete absence. The problem during nitriding is, therefore not the external surface of the workpieces but the internal one. The aim of the work was to assess the possibility of nitriding deep holes with small diameters. The tests were carried out on cylindrical specimens of unalloyed and low-alloy steel with electro-bored and mechanically hollow through holes and blind holes. The quality of the obtained nitrided layers was evaluated on the prepared samples on the basis of metallographic and hardness tests.

9

Microstructure and wear resistance of gas-nitrided steel after laser modification

Panfil D., Kulka M., Wach P., Michalski J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 85, nr 1

12--20

EN

Purpose: The aim of this work was to study the microstructure and wear resistance of hybrid surface layers, produced by a controlled gas nitriding and laser modification. Design/methodology/approach: Nitriding is well-known method of thermo-chemical treatment, applied in order to produce surface layers of improved hardness and wear resistance. The phase composition and growth kinetics of the diffusion layer can be controlled using a gas nitriding with changeable nitriding potential. In this study, gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel at 570°C (843 K) for 4 hours using changeable nitriding potential in order to limit the thickness of porous e zone. Next, the nitrided layer was laser-modified using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as the multiple tracks with scanning rate vl =2.88 m/min and overlapping of about 86% using the two laser beam powers ( P ): 0.21 kW and 0.26 kW. Microstructure was observed by an optical microscope. Phase composition was studied using XRD. Hardness profiles in the produced hybrid layers was determined using a Vickers method. Wera resistance tests were performed using MBT-01 tester. Findings: Gas nitriding resulted in formation of compound zone, consisting of e nitrides close to the surface and a zone, composed of e + g' nitrides. Below the white compound zone, the diffusion zone occurred with nitric sorbite and precipitates of g' nitrides. In the microstructure after laser heat treatment (LHT) of nitrided layer, the zones were observed as follows: the re-melted zone (MZ) with e nitrides, nitric martensite and non-equilibrium FeN0.056 phase, the heat-affected zone (HAZ) with nitric martensite and precipitates of g' phase and the diffusion zone (DZ) without visible effect of laser treatment. Laser beam power influenced the depth of MZ and HAZ, so the thickness of hardened zone. The hardness of MZ was slightly decreased compared to the hardness of compound zone after gas nitriding. However, the significant increase in hardness was observed in HAZ. The formation of hybrid layers advantageously influenced the tribological properties. The laser-heat treated nitrided layers were characterized by improved wear resistance compared to the only gas-nitrided layer. Research limitations/implications: The effect of LHT on the microstructure and properties of gas-nitrided layer was limited to the two laser beam powers. In the future research, this range should be exceeded, especially, taking into account the lower values of laser beam power. It will result in laser modification without re-melting. Practical implications: The selection of suitable LHT parameters could provide the hybrid layers of modified microstructure and improved wear resistance. Originality/value: This work was related to the new concept of modification of nitrided layer by laser heat treatment.

10

Analiza badań konstrukcyjnych stali stopowych azotowanych w atmosferze amoniak-azot

Tacikowski J., Wach P., Michalski J.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 2

38--42

PL

W artykule analizie poddano efekty procesów azotowania w atmosferze azotującej, uzyskanej z atmosfery wlotowej amoniak-azot. Procesy prowadzono w atmosferze składającej się z: 80, 60, 40 i 20% NH3, a resztę stanowił azot, w czasie 9 h i w temperaturze 540°C i natężeniu przepływu atmosfery wlotowej 100 i 300 l/h. Jako kryterium oceny różnych wariantów azotowania przyjęto wskaźniki warstw: grubość przypowierzchniową azotków żelaza, grubość efektywną warstwy azotowanej oraz twardość powierzchniową i maksymalną. W artykule wykazano, że wraz ze wzrostem stopnia rozcieńczenia atmosfery wlotowej azotem tworzące się warstwy azotowane mają cieńsze warstwy azotków żelaza. Wzrost stopnia rozcieńczenia nie wpływa natomiast na obniżenie grubości efektywnej warstwy azotowanej, jak również na twardość powierzchniową i maksymalną warstwy azotowanej. Wzrost stopnia rozcieńczenia atmosfery wlotowej azotem wpływa również na ograniczenie grubości porowatej strefy w warstwie azotków żelaza.

EN

The article analyzes the effects of nitriding processes in nitriding atmosphere obtained from ammonia-nitrogen inlet atmosphere. The processes were conducted in the atmosphere consisting of: 80, 60, 40, and 20% NH3, the rest being nitrogen, during 9 hours and at the temperature of 540°C and the inlet atmosphere flow rates of 100 and 300 l/h. As a criterion for the evaluation of various nitriding variants, the following layer indexes were adopted: surface thickness of iron nitrides, effective thickness of nitrided layer and surface and maximum hardness. It has been shown in the article that with the increase of the degree of dilution of the inlet atmosphere by nitrogen, the formed nitrided layers have thinner layers of iron nitrides. However, the increase in the degree of the dilution neither influences the decrease of the effective thickness of the nitrided layer nor the surface hardness and the maximum hardness of the nitrided layer. The increase of the degree of the inlet atmosphere dilution by nitrogen also influences the limitation of the thickness of the porous zone in the layer of iron nitrides.

11

The magnetic properties of steel after the gas nitriding process

Michalski J., Fuks H., Kaczmarek S. M., Leniec G., Kucharska B., Wach P.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 4

170--176

EN

The paper presents the relationship between the chemical composition of the steel balls, their size and parameters of the nitriding process and magnetic properties defined in the study by EPR and SQUID. The balls made form non-alloyed AISI 1085 and alloyed AISI 420-C steels were investigated. At resonance spectra for both steels before the nitriding process, the resonance signal only existed for two magnetic induction values, 400 mT and 650 mT. This values are untypical because for magnetic centres in the form of iron ions, the expected EPR signal occurs usually in magnetic fields of approx. 340 mT, when the spectrometers operates in the so called microwave X band. This abnormality presumed that the resonance signals did not originate from isolated ions, but instead from magnetically more complex systems, e.g. Fe–Fe pairs or iron clusters, while the observed EPR line position is normally even lower and occurs for a magnetic induction below 200 mT. The fact, that the magnetic centres not had the nature of isolated Fe ions, additionally confirmed the abnormal increase in resonance signal intensity as a function of temperature, which is a behaviour inconsistent with the Curie-Weiss law. After nitriding the AISI 420-C steel in the Nx1021(580/600°C) process, the resonance line became distinctly wider and shifts towards greater magnetic induction values. After nitriding at a lower temperature (the Nx1025(490/520°C process), the resonance lines shifted towards greater magnetic induction values, but, at the same time, the line became more symmetric, closer to the shape of the Lorentz function derivative. The results obtained from measurements by the SQUID method, recording variations in magnetization as a function of temperature, confirm the untypical reinforcement of the magnetic conditions of the samples with the increase in temperature. For the samples tested, the magnetization was relatively weaker, when the tests were conducted in a stronger magnetic field.

PL

Podczas tworzenia się warstwy azotowanej na stali zmianom ulegają jej właściwości elektryczne (przewodność) oraz magnetyczne, wśród których najbardziej czułe na zmiany fazowe i strukturalne azotowanej stali są względna przenikalność magnetyczna i natężenie pola koercji magnetycznej. W pracy podjęto się zbadania relacji pomiędzy składem chemicznym, rozmiarem i parametrami procesu azotowania stalowych kulek a ich właściwościami magnetycznymi.

12

Warstwa wierzchnia stali 41CrAlMo7-10 po procesie azotowania gazowego

Ryszko K., Pilarska M., Frączek D., Michalski J., Wach P.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 5

218--220

PL

Zaprezentowano wstępne wyniki badań właściwości warstw wierzchnich na stali 41CrAlMo7-10, otrzymanych w wyniku procesu azotowania gazowego. W celu określenia właściwości uzyskanych warstw na azotowanej stali przeprowadzono badania składu fazowego, metalograficzne oraz pomiaru mikrotwardości powierzchni.

EN

The paper presents preliminary results on the properties of the surface layers of steel 41CrAlMo 7-10 obtained gas nitriding proces. Following investigations were performer for determination of properties of Surface layers produced on nitred steel: metallographic studies and surface hardness measurements.

13

Modelling of the effects of laser modification of gas-nitrided layer

Kulka M., Panfil D., Michalski J., Wach P.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 88, nr 2

59--67

EN

Purpose: The effects of laser processing parameters on the dimensions of simple laser tracks, produced on the previously nitrided layer, were analysed. Design/methodology/approach: Gas nitriding is one of the most commonly used thermochemical treatment, resulting in many advantageous properties: high hardness, enhanced corrosion resistance, improved wear resistance and fatigue strength. However, an unfavourable increase in the thickness of compound zone (e + ɣ’) close to the surface was observed after conventional gas nitriding. This was the reason for undesirable embrittlement and flaking of the layer. Therefore, a controlled gas nitriding was intensively developed, reducing the percentage of the most brittle e (Fe2-3N) iron nitrides. In this study, the hybrid surface layer was produced. The controlled gas-nitriding was followed by laser heat treatment (LHT). Laser modification was carried out using various laser beam powers and scanning rates. The dimensions of laser tracks (i.e. depths and widths of re-melted zone and heat-affected zone) were measured. Numerical methods were used in order to formulate a mathematical model. Findings: Laser processing parameters (laser beam power and scanning rate) influenced the microstructure obtained. The microstructure of laser modified nitrided steel with re-melting consisted of re-melted zone (MZ), heat-affected zone (HAZ), nitrided layer without visible effects of laser treatment and the substrate. The use of laser beam power of 0.26 kW resulted in only a partial re-melting of the compound zone. The two characteristic values of laser beam power were estimated. P0MZ corresponded to the laser beam power at which the re-melted zone disappeared (i.e. width and depth of MZ were equal to 0). P0HAZ was a value of laser beam power at which the effects of laser irradiation were invisible in microstructure (i.e. width and depth of HAZ were equal to 0). The model was proposed in order to predict the effects of LHT on microstructure. Research limitations/implications: The presented model was limited to the scanning rates in the range of 2.24-3.84 m/min. In the future research, this range should be exceeded, especially, taking into account the lower values of scanning rate. Practical implications: The presented model could be used in order to control the microstructure and properties of hybrid surface layers, obtained as a consequence of the controlled gas-nitriding and LHT. Originality/value: his work is related to the new conception of laser modification of nitrided layers. Such a treatment provided the hybrid layers of new advantageous properties.

14

An innovative control system for the gas nitriding process including an interactive module to predict the results of the process

Miziołek M., Olik R., Ratajski J., Hermanowicz P.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

63--75

EN

The article presents the concept of a system to control the gas nitriding process containing an interactive module for predicting the results of the process on the basis of mathematical model of growth kinetics of the nitrided layer. The concept of the system is based on comparing the current values of process parameters: temperature, the composition of nitriding atmosphere, and the current value of the nitrogen potentia! (which is determined based on the signal from the hydrogen sensor) with a pre-established algorithm of changes in process parameters. According to the developed concept, if there are differences, the control system selects one of two options: - Changing the flow rate of the components of a nitriding atmosphere, in the range of possible changes for a given stand to nitriding, to achieve a predetermined potentia! value, or - Setting a new algorithm for changes in temperature and nitrogen potential. Selecting one of these options by the system will depend on obtaining the slightest difference between on-line calculated result of a process on the basis of mathematical model (for both options) and the assumed result, i.e. the nitrided layer thickness and profile of hardness change.

PL

W artykule zamieszczono koncepcję funkcjonowania układu do sterowania procesem azotowania gazowego zawierającego moduł interaktywnego prognozowania rezultatu procesu na podstawie kinetyki wzrostu warstwy azotowanej. Idea działania układu polega na porównywaniu bieżących/aktualnych wartości parametrów procesu temperatury, składu atmosfery i bieżącej wartości potencjału azotowego (wyznaczanego na podstawie sygnału z sondy wodorowej) z założonym wstępnie algorytmem zmian parametrów procesu. Zgodnie z opracowaną koncepcją, w przypadku zaistnienia rozbieżności układ sterowania wybiera jedną z dwóch opcji: - zmienia natężenie przepływu składników atmosfery azotującej w celu osiągnięcia założonej wartości potencjału bądź - wyznacza nowy algorytm zmian temperatury i potencjału azotowego. Wybór jednej z tych opcji przez układ będzie zależał od uzyskania najmniejszej różnicy pomiędzy na bieżąco prognozowanym rezultatem procesu (dla obu opcji) a rezultatem założonym, tj. grubością warstwy azotowanej oraz profilem twardości. Dodatkowo układ będzie zawierał moduł wizualizacji wzrostu grubości stref warstwy azotowanej oraz wizualizację zmian profili twardości w strefie dyfuzyjnej warstwy azotowanej w trakcie trwania procesu.

15

Ocena wielkości zużycia matrycy do kucia pierścieni synchronizatora na podstawie optycznego skanowania i badań metalograficznych

Pachutko B., Lulkiewicz J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 2

107--118

PL

W publikacji przedstawiono wyniki optycznego skanowania matrycy do kucia pierścieni synchronizatora typu 682 oraz badań metalograficznych, które przeprowadzono po eksploatacji matrycy. Matrycę wytworzono i eksploatowano w Fabryce Armatur „Swarzędz” Sp. z o.o. Matrycę po ulepszeniu cieplnym azotowano gazowo metodą ZeroFlow w Politechnice Poznańskiej, w procesie dwustopniowym przy następujących parametrach: I stopień: 490°C, 1 h, Np=15 atm-1 II stopień: 550°C, 43,5 h, Np=0,3 atm-1/2. Warstwa azotowana charakteryzowała się twardością przy powierzchni ok. 1000 HV 0,1, grubością wynoszącą 0,25 mm i jedynie drobnymi wydzieleniami azotków żelaza w strefie azotowania wewnętrznego. Technologia azotowana metodą ZeroFlow miała być konkurencyjna do technologii azotowania jarzeniowego prowadzonego w temperaturze ok. 550°C w czasie 10 h pod względem braku występowania siatkowego układu wydzieleń fazy γ’ w strukturze strefy dyfuzyjnej α. We wcześniej prowadzonych badaniach zaobserwowano podatność warstwy azotowanej z siatkowym układem wydzieleń azotków żelaza do jej wykruszania podczas eksploatacji. Optyczne skanowanie matrycy wykonano po procesie azotowania i po eksploatacji matrycy. Planowano wykonanie 3000 sztuk pierścieni synchronizatora na badanej matrycy. Jednak po 2500 cyklach kucia pierścieni stwierdzono wyginanie się kolejnych pierścieni. Dlatego przeprowadzono badania metalograficzne na próbkach wyciętych z matrycy w celu wyjaśnienia przyczyny jej przedwczesnego zużycia. Największe zużycie materiału matrycy wystąpiło w obszarach promienia powierzchni kształtującej powierzchnię pierścienia synchronizatora i krawędzi otworu o średnicy ok. 104 mm. W tych obszarach zaobserwowano największe pęknięcia i największą redukcję grubości warstwy azotowanej.

EN

This publication presents the results of optical scanning of a 682-type die for forging of synchronizer rings and of metallographic examinations, which were performed after exploitation of the die. The die was manufactured and exploited at the Fabryka Armatur “Swarzędz” Sp. z o.o. After heat treatment, the die was subjected to ZeroFlow gas nitriding at the Poznań University of Technology, in a two-step process according to the following parameters: 1st step: 490°C, 1 h, Np=15 atm-1 2nd step: 550°C, 43.5 h, Np=0.3 atm-1/2. The nitrided layer was characterized by near-surface hardness of approx. 1000 HV 0.1, thickness amounting to 0.25 mm, and only fine precipitations of iron nitrides in the interior nitriding zone. ZeroFlow nitriding technology was to be competitive to ion nitriding conducted at a temperature of approx. 550°C over 10 h due 108 Ocena wielkości zużycia matrycy do kucia pierścieni synchronizatora na podstawie... Pachutko Beata, Jarosław Lulkiewicz. 2016. „Ocena wielkości zużycia matrycy do kucia pierścieni synchronizatora na podstawie optycznego skanowania i badań metalograficznych”. Obróbka Plastyczna Metali XXVII (2): 107–118. to the absence of a network of γ’-phase precipitations in the structure of the α diffusion zone. Susceptibility of nitrided layers with a network system of iron nitride precipitations to chipping during operation was observed in earlier studies. Optical scanning of the die was performed after the nitriding process and after exploitation of the die. It was planned to make 3000 synchronizer rings using the studied die. However, after 2500 ring forging cycles, bending of rings was observed. This is why metallographic examinations were performed on specimens cut out from the die in order to explain the causes of its premature wear-out. The greatest die wear occurred in areas of the radius of the surface forming the surface of the synchronizer ring and the edge of the hole with a diameter of approx. 104 mm. The largest cracks and greatest reduction of the nitrided layer were observed in these areas.

16

Effect of laser heat treatment parameters on the microstructure and hardness of gas-nitrided layers

Kulka M., Panfil D., Michalski J., Wach P.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 6

328--334

EN

Nitriding is commonly used method of thermochemical treatment in order to produce surface layers of improved hardness and wear resistance. Using a gas nitriding with changeable nitriding potential, a nitrogen concentration at the surface could be controlled, influencing the phase composition and the growth kinetics of the layer. In this study, the hybrid surface treatment was applied. It consisted in gas nitriding and laser heat treatment (LHT) of 42CrMo4 steel. Two nitriding processes were carried out using changeable nitriding potential. Parameters on first process were as follows: temperature 570°C (843 K), time 4 h. The second process was performed at lower temperature 520°C (793 K) and longer duration 10 h. This resulted in various depths of the compound zone at the surface (20 and 8 μm, respectively). Next, the nitrided layers were laser heat-treated using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as the single tracks with various scanning rates (vl = 2.88 m/min and vl = 3.84 m/min). The laser beam power (P) ranged from 0.26 to 0.91 kW. The effects of the depth of compound zone as well as LHT parameters on the microstructure, dimensions and microhardness of laser tracks were analysed. In the majority of the produced laser tracks, remelted (MZ) and heat-affected (HAZ) zones were easily identified. Different microstructure was visible at low laser beam power (0.26 kW). The dimensions of MZ were limited, whereas the HAZ was clearly observed. The compound zone was still visible at the surface. Only the porous ε nitrides were slightly melted. Hardness increased significantly after LHT with complete and partial remelting of compound zone. Laser beam power and scanning rate influenced the depth and width of MZ and HAZ, so the thickness of hardened zone. The greater laser beam power or the smaller scanning rate, the larger hardened zone was observed.

PL

Azotowanie jest jedną z najpopularniejszych metod obróbki cieplno- chemicznej prowadzącą do wytwarzania warstw powierzchniowych o dużej twardości i odporności na zużycie. Stosując odpowiedni proces azotowania gazowego (ze zmiennym potencjałem azotowym), można kontrolować stężenie azotu na powierzchni, wpływając na kinetykę wzrostu strefy związków (azotków) oraz strefy dyfuzyjnej. Celem pracy była modyfikacja warstwy azotowanej za pomocą laserowej obróbki cieplnej. Badano wpływ parametrów laserowej obróbki cieplnej (mocy wiązki laserowej i szybkości skanowania) oraz grubości wytworzonej w wyniku azotowania strefy związków (azotków żelaza) na mikrostrukturę i twardość.

17

The influence of laser re-melting on micro-structure and hardness of gas-nitrided steel

Panfil D., Wach P., Kulka M., Michalski J.

Archives of Mechanical Technology and Materials

|

2016

|

Vol. 36

18--22

EN

In this paper, modification of nitrided layer by laser re-melting was presented. The nitriding process has many advantageous properties. Controlled gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel. As a consequence of this process, ɛ+ɣ’ compound zone and diffusion zone were produced at the surface. Next, the nitrided layer was laser re-melted using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as single tracks with the use of various laser beam powers (P), ranging from 0.39 to 1.04 kW. The effects of laser beam power on the microstructure, dimensions of laser tracks and hardness profiles were analyzed. Laser treatment caused the decomposition of continuous compound zone at the surface and an increase in hardness of previously nitrided layer because of the appearance of martensite in re-melted and heat-affected zones.

18

Nitrided layers on unalloyed steels with an enhanced corrosion resistance

Wach P., Michalski J., Burdyński K.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 12

447--450

EN

The paper presents nitrided layers on C10 steel and their corrosion properties. Nitrided layers with a surface layer of iron nitrides with the γ’ (Fe4N) structure were formed on unalloyed steel upon which their investigation was performed. The Surface layers of iron nitrides had a thickness of 3.0 to 11.0 μm. Such layers may constitute an alternative for the hitherto industrially manufactured, thick-surface layers of nitrides exceeding 20 μm, subsequently oxidised and impregnated. The so-produced layers were subject to basic metallographic, X-ray crystallography and corrosion resistance testing carried out using electrochemical methods and in a neutral salt spray chamber. It was found that the layers consisting exclusively of γ’ phase had a good corrosion resistance. A complete tightness and thickness of the layers not lower than 9.0 μm is a prerequisite for achieving an enhanced resistance. Thinner layers demonstrated good electrochemical properties however they did not exhibit corrosion resistance in the salt spray chamber.

PL

W artykule przedstawiono warstwy azotowane na stali C10 i ich właściwości korozyjne. Na stali niestopowej wytworzono i przebadano warstwy azotowane z przypowierzchniową warstwa azotków żelaza o strukturze γ’ (Fe4N). Przypowierzchniowe warstwy azotków żelaza posiadały grubość od 3,0 do 11,0 μm. Warstwy takie mogą stanowić alternatywę dla dotychczas wytwarzanych przemysłowo grubych przypowierzchniowych warstw azotków powyżej 20 μm, następnie utlenianych i impregnowanych. Na tak wytworzonych warstwach przeprowadzono podstawowe badania metalograficzne, rentgenostrukturalne oraz odporności korozyjnej wykonane metodami elektrochemicznymi i w komorze obojętnej mgły solnej . Stwierdzono, że warstwy składające się tylko z fazy γ’ posiadają dobrą odporność korozyjną. Warunkiem koniecznym do osiągniecia zwiększonej odporności jest ich całkowita szczelność oraz grubość nie mniejsza niż 9,0 μm. Cieńsze warstwy posiadały dobre właściwości elektrochemiczne ale nie wykazywały odporności korozyjnej w komorze solnej.

19

Wpływ potencjału i temperatury procesu azotowania gazowego na tworzenie się warstw w stali W300 w atmosferach NH3/NH3zdys.

Bujak J., Hermanowicz P.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 4

25--29

PL

W artykule przedstawiono wyniki azotowania gazowego w atmosferze NHj/NH3dys. pokazujące wpływ w potencjału i temperatury procesu na strukturę i właściwości warstw azotowanych wytworzonych na stali narzędziowej do pracy na gorąco Bohler W300. Wyniki badań wykazały, że w celu wytworzenia na stali W300 warstw dyfuzyjnych o wysokiej twardości powierzchniowej (ok. 1200HV), z ograniczoną grubością przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza w krótkookresowych, niskotemperaturowych procesach azotowania gazowego, niezbędne jest stosowanie atmosfery wlotowej o potencjale z zakresu trwałości fazy ε, z układu równowagi

EN

This article presents the results of gas nitriding in the NHj/NH3dys atmosphere showing the effect of the potential and temperature of the nitriding process on the structure and properties of the nitrided layers formed on W300 hot work tool steel. The research results showed that in order to form on W300 steel the diffusion layers of high surface hardness, approx. 1200H, with the limited thickness of the superficial layers of iron nitrides, ii is necessary to apply in the short-term and low-temperature processes of gas nitriding the incoming atmosphere of the potential within the range of ε-phase stability in the NH)/H2'5-(FeN) equilibrium system.

20

Kontrola i regulacja kinetyki wzrostu grubości warstw w procesach regulowanego azotowania gazowego

Michalski J., Wach P., Burdyński K., Betiuk M.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 2

34--40

PL

W artykule omówiono trzy klasy warstw azotowanych w aspekcie ich praktycznego wykorzystania oraz przedstawiono sposoby projektowania procesów regulowanego azotowania gazowego w oparciu o odpowiedni dobór parametrów procesu, głównie potencjału azotowego. Na przykładzie przemysłowych procesów azotowania gazowego wykazano wpływ kontroli i regulacji kinetyki wzrostu grubości warstw azotowanych na klasę otrzymanych warstw azotowanych. W pracy wykorzystano wyniki badań struktury, składu fazowego i odporności korozyjnej na działanie obojętnej mgły solnej warstw azotowanych.

EN

The article discusses the three types of nitrided layers in terms of their use in practical applications, and explains how to design a controlled gas nitriding processes based on the appropriate selection of process parameters mainly nitriding potential. For example, industrial gas nitriding processes have shown the impact of control and regulation of the growth kinetics of nitrided layer thick-nesses of the layers of nitrided type. The study used data of the structure, phase composition and corrosion resistance of nitrided layers to the neutral salt spray test.