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

• Autorzy: Białobrzeska, Beata , Konat, Łukasz

Warianty tytułu

PL

Wpływ obróbki cieplnej na odporność na zużywanie ścierne staliwa z mikrododatkami boru i wanadu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

PL

obróbka cieplna; zużywanie ścierne; mikrostruktura; bor; wanad

EN

heat treatment; abrasive wear; microstructure; boron; vanadium

• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 1
• Strony: 7--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fot., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Białobrzeska, Beata

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Automotive Engineering Department, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Konat, Łukasz

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Automotive Engineering Department, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• 1. Kalaacska A., De Baets P., Fauconnier D., Schramm F., Frerichs L., Sukumaran J.: Abrasive wear behaviour of 27MnB5 steel used in agricultural tines, Wear 442–443, 2020, p. 203107.
• 2. Stradomski Z.: Mikrostruktura w zagadnieniach zużycia staliw trudnościeralnych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2010.
• 3. Stachowiak G.W., Batchelor A.W.: Engineering Tribology, Amsterdam: Elsevier, 2013.
• 4. Filipowicz K.: Zużycie ścierne materiałów na narzędzia górnicze (in Polish: abrasion wear of mining tool materials), Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo, 260, 2004, pp. 309–319.
• 5. Gierek A.: Zużycie ścierne metalowych elementów roboczych (in Polish: Abrasion wear of metal working elements), Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, p. 1752, Gliwice 1993.
• 6. Hutchings I.M.: Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials, London – Melbourne –Auckland: Hodder and Stoughton, 1992.
• 7. Ligier K., Lemecha M.: Effect of Abrasive Particle Shape on Two-Body Abrasive Wear of Steel Tribologia 6, 2020, pp. 21–27.
• 8. Mikołajczak P., Napiórkowski J.: Analysing the reliability of working parts operating in abrasive soil pulp taking into consideration confounding factors, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability 18(4), 2016, pp. 544–551.
• 9. Napiórkowski J., Lemecha M., Konat Ł.: Forecasting the Wear of Operating Parts in an Abrasive Soil Mass Using the Holm-Archard Model, Materials 12, 2019, p. 2180.
• 10. Białobrzeska B.: The influence of boron on the resistance to abrasion of quenched low-alloy steels, Wear 500, 2022, p. 204345.
• 11. Białobrzeska B., Konat Ł.: The Influence of the Chemical Composition on the Microstructural Changes and on the Resistance to Abrasion of Low-Alloy Casting Steels, Tribology Transactions, 65(2), 2022, pp. 358–374.
• 12. Ojala N., Valtonen K., Heino V., Kallio M., Aaltonen J., Siitonen P., Kuokkala V.-T.: Effects of composition and microstructure on the abrasive wear performance of quenched wear resistant steels, Wear 317, 2014, pp. 225–232.
• 13. Zdravecká E., Tkáčová J., Ondáč M.: Effect of microstructure factors on abrasion resistance of high strength steel, Research of Agricultural Engineering, 60, 2004, pp. 115–120.
• 14. Kulu P., Veinthal R., Saarna M., Tarbe R.: Surface fatigue processes at impact wear of powder material, Wear 263(1–6), 2007, pp. 463–471.
• 15. Wang Y., Lei T.: Wear behavior of steel 1080 with different microstructures during dry sliding, Wear 194(1–2), 1996, pp. 44–53.
• 16. Sundström A., Rendón J., Olsson M.: Wear behavior of some low alloyed steels under combined impact/abrasion contact conditions, Wear 250(1–12), 2001, pp. 744–754.
• 17. Clayton P., Jin N.: Unlubricated sliding and rolling/sliding wear behavior of continuously cooled, low/medium carbon bainitic steels, Wear 200, 1996, pp. 74–82.
• 18. Jin N., Clayton P.: Effect of microstructure on rolling/sliding wear of low carbon bainitic steels, Wear 202(2), 1997, pp. 202–207.
• 19. Han X., Zhang Z., Hou J., Thrush S.J., Barber G.C., Zou Q., Yang H., Qiu F.: Tribological behavior of heat treated AISI 6150 steel, Journal of Materials Research and Technology, 9(6), 2020, pp. 12293–12307.
• 20. Jha A.K., Prasad B.K., Modi O.P., Das S., Yegneswaran A.H.J.W.: Correlating microstructural features and mechanical properties with abrasion resistance of a high strength low alloy steel, Wear 254(1–2), 2003, pp. 120–128.
• 21. Lawrowski Z.: Tribology. Friction, wear and lubrication. Publishing House of the Wrocław Univeristy of Science and Technology, Wrocław 2009 (in polish).
• 22. Białobrzeska B., Jasiński R.: Resistance to Abrasive Wear with Regards to Mechanical Properties Using Low-Alloy Cast Steels Examined with the Use of a Dry Sand/Rubber Wheel Tester, Materials, 16 (8), 2023, p. 3052.
• 23. Kalousek J., Fegredo K.M., Lauffir E.: The wear resistance and worn metallography of pearlite, bainite and tempered martensite rail steel microstructures of high hardness, Wear 105(3), 1985, pp. 199–222.
• 24. Chattopadhyay C., Sangal S., Mondal K., Garg A.: Improved wear resistance of medium carbon microalloyed bainitic steels, Wear 289, 2012, pp. 168–179.
• 25. Wen E., Song R., Xiong W.: Effect of Tempering Temperature on Microstructures and Wear Behavior of a 500 HB Grade Wear-Resistant Steel, Metals, 9, 2019, p. 45.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.4645