Modelowanie struktury i właściwości materiałów w procesie azotowania gazowego

• Autorzy: Ratajski, J. , Tacikowski, J. , Suszko, T. , Łupicka, O.

Warianty tytułu

EN

Modelling of Structure and Material Properties in the Nitriding Process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono model procesu azotowania stali średniostopowych na przykładzie stali 4340 (według AISI), umożliwiający symulacyjną analizę kinetyki wzrostu warstwy pod kątem szukania optymalnych algorytmów zmian parametrów procesu zapewniających otrzymanie żądanej budowy warstwy. Opracowany przez autorów model umożliwia analizę kinetyki wzrostu stref warstwy azotowanej w warunkach quasirównowagi w zależności od czasu procesu i potencjału azotowego. Służy także do obliczania profili stężenia azotu odwzorowujących profile twardości. W artykule rozważano również zagadnienia tworzenia bazy danych, przedstawiając badania ewolucji składu fazowego i mikrostruktury w warstwie azotków na stali 4340 i jej wpływ na wzrost warstwy dyfuzyjnej.

EN

Model of the nitriding process of midle-alloy steel on the example of 4340 steel is presented. The model makes possible to simulate the kinetics of nitrided layer growth and consequently to optimize the algorithm of process parameters modifications ensuring to obtain the desired phase compositon and layer structure. Elaborated model enables the analysis of the kinetics of nitrided layer growth in quasi-equilibrium conditions in junction of process time and nitrogen potential. It can be used also to calculate the nitrogen concentration profiles reflecting the hardness profiles. The creation of data base on the basis of presented research on the evolution of phase composition and microstructure in nitrogen layer on 4340 steel and its effect on diffusion layer growth are also discussed.

Słowa kluczowe

PL

azotowanie gazowe; azotowanie stali średniostopowych; obróbka powierzchniowa; PROCESY DYFUZYJNE OBRÓBEK POWIERZCHNIOWYCH

• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2005
• Tom: Nr 1
• Strony: 49-58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., rys.

Twórcy

autor

Ratajski, J.

autor

Tacikowski, J.

autor

Suszko, T.

autor

Łupicka, O.

• Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] Grieveson P., Tukdogan E. T.: Kinetics of nitrogen solution in alpha and delta iron, "Metall. Trans". A 230(1964), s. 1604-1609.
• [2] Paranjpe V. G., Cohen M., Bever M. B., Floe.: The iron-nitrogen system, "Metall. Trans." A 188 (1950), s. 261-267.
• [3] Rozendaal H. C. F., Mittemeijer E. J., Colijn P. F., Van Der Schaaf P. J.: The development of nitrogen concentration profiles on nitriding iron, "Metal. Trans." A 14 (1983), s. 395-399.
• [4] Schwerdtfeger K., Grieveson P., Tukdogan E. T.: Growth rate of Fe4N on alpha iron, "Metall. Trans." A 245 (1969), s. 2461-2466.
• [5] Wert C. A.: Phenomena accompanying precipitation from solid solution of C and N in a Fn, American Society Metals, Ohio, (1950), s. 178-182.
• [6] Buslovikh N. M., Makhtinger E. Ya.: Mathematical model of the process of high - temperaturę nitriding, "Metal Science and Heat Treatment", 1/2 (1982), s. 30-35.
• [7] Hayes P., Grieveson P.: The effect of phosphorus and oxygen on the nitriding of a Fe, "Acta Metallurgica", 23(1975), s. 937-942.
• [8] Pan Jiansheng.: A mathematical model of con-trolled nitriding and its application, Proc. of 3th Int. Cong. on Heat Treatment of Materials, Shanghai, (1983), s. 624-630.
• [9] Kogan Ja. D., Bułgacz A. A.: Modelirowanie na EWM kinietiki diffuzionnogo nasyszczenija pri ga-zowom azitirowanii, MiTOM, 1 (1984), s. 10-20.
• [10] Jentzsch W. D., Esser F., Bohmer S.: Mathematisches Modeli für die Nitrierung von Weicheisen, „Neue Hutte", 1 (1981), s. 19-23.
• [11] Ratajski J., Ignaciuk J., Zysk J.: Mathematical model of the kinetics of nitriding layer growth, Proc. of 5th Inter. Cong. on Heat Treatment Materials, Budapest, (1986), s. 224 - 232.
• [12] Fromm E.: Diffusionskontrolliert.es Wachstum Zwei-phasiger Deckschichten in binaren Systemen, „Z. Metallkd.", 57 (1966), s. 60-65.
• [13] Małdzinski E., Tacikowski J.: Nowe możliwości sterowania procesem azotowania gazowego przez wykorzystanie symulacji kinetyki wzrostu warstw azotowanych, „Inżynieria Powierzchni", 2, (1998), s. 49-64.
• [14] Somers M. A. J., Mittemeijer, E. J.: Layer-growth kinetics on gaseous nitriding of pure iron: evaluation of diffusion coefficients for nitrogen in Iron Nitrides, "Metall. Trans.", A 26A (1995), s. 57-74.
• [15] Torchane l., Bilger P., Dulcy J., Gantois M.: Control of iron nitride layers growth kinetics in the binary Fe-N system, "Metall. Trans.", A 27 (1996), s. 1823-1835.
• [16] Pitsch W., Houdremont E.: Ein Beitrug zum System Eisen-Stickstoff, „Archiv für das Eisenhuttenwesen", 27 (1956), s. 281-284.
• [17] Gurow K. P., Kartaszkin B. A., Ugastie Ju. E.: Wzaimnaja diffuzija w mnogofaznych sistemach, Moskwa, Izd. "Nauka" 1981.
• [18] Ratajski. J.: Model of growth kinetics of nitrided layer in the binary Fe-N system. "Zeitschrift für Me-tallkunde", 95 (2004) 9, 23.
• [19] Cranck J.: The mathematics of diffusion, Oxford, at the Clarendon Press, 1956.
• [20] Lehrer E.: Ober das Eisen-Wasserstoff-Ammoniak-Gleichgewicht, „Z. Elektochem"., 26 (1930) 383-392.
• [21] Mortimer B., Griveson P., Jack K. H.: Precipitation of nitrides in ferritic iron alloys containing chromium, "Scan, J. Metallurgy", 1 (1972), s. 203-209.
• [22] Jack D. H., Lidster P. C., Grieveson P., Jack K. H.: Kinetics of nitriding iron alloys, "Scan, J. Metallurgy", 1 (1971), s. 374-379.
• [23] Sun Y., Bell T.: Mathematical modelling of the plasma nitriding, Proc. of the 9th Int. Cong. on Heat Treatment and Surface Engineering, Nice, France, September 1994, IFHT, 385-390.
• [24] Sun Y., Bell T.: Modelling of plasma nitriding of low alloys steels, "Surf. Eng.", 11 (1995), 146-148.
• [25] Meijering J. L.: Advances in materiał research, Wiley Interscience, New York, 5 (1971), s. 1-11.
• [26] Jack D. H.: Chemical metallurgy of iron and steel, The Iron and Steel Institute, London (1973), s. 374-376.
• [27] Wagner C.: Reaktionstypen bei der oxydation von legierungen, „Z. für Elektrochemie", 63 (1959), 772-782.
• [28] Rapp R. A., Colson H. D.: The kinetics of simultaneous internal oxidation and external scalę formation for binary alloys, "Metall. Trans"., A 236 (1966) s. 1616-1618.
• [29] Rhines F. N.: Gas-metal diffusion and internal oxidation, atom Movements, Amer. Soc. Met., Cleve-land, 1951.
• [30] Lightfoot B. J., Jack D. H., Du H.: Kinetics of nitriding with and without white-layer formation, Proc. of the Conf. on Heat Treatment '73, London, (1973), s. 59-65.
• [31] Roberts G.: Diffusion with chemical reaction, "Metal Science", 2 (1979), s. 94-96.
• [32] Firrao D., De Benedetti B., Rosso M.: Sugli strati superficiali di acciai trattati in bagni salini a base di cianati e carbonati alcalini, "Metall. Ital.", 71 (1979) s. 373-381.
• [33] Mittemeijer E. J., Straver W. T. M., van der Schaaf, P. J., van der Hoeven J. A.: The conversion cementite - s - nitride during the nitriding of Fe-C-alloys, "Scripta Metali", 14 (1980), s. 1189-1192.
• [34] Ratajski J., Tacikowski J., Somers M. A. J.: Development of compound layer of iron (carbo)nitrides during nitriding of steel, "Surface Engineering" Vol. 19 No. 4, s. 2003,285.
• [35] Hekker P. M., Rozendaal H. C. F., Mittemeijer E. J.: Excess nitrogen and discontinuous precipitation on nitrided iron-chromium alloys, "J. Mat. Sci.", 20, 1985, s. 719-723.
• [36] Huffman G. P., Podgurski H. H.: Mossbauer study of nitrided Fe-Mo and Fe-Ti alloys, "Acta Metali", 23(1975), 1367-1379.
• [37] Jack D. H.: The structure of nitrided iron-titanium alloys, "Acta Metall.", 1976,137.
• [38] Pipkin N., Roberts W., Speirs D. L., Grieveson P., Jack K. H.: The effect of substitutional alloying elements on the activity coefficient and behaviour of interstitial solution in iron, Proc. of the Inter. Simp. on Chemical Metallurgy, 1974, s. 82-92.
• [39] Podgurski H. H., Davis F. N.: Thermochemistry and naturę of nitrogen absorption in nitrogenated Fe-Ti alloys, "Acta Metall.", 2 (1973), s. 29-33.
• [40] Rickerby D. S., Henderson S., Hendry A., Jack K. H.: Strucrure and thermochemistry of nitrided iron-titanium alloys, "Acta Metall.", 34 (1986), 1687-1699.
• [41] Rickerby D. S., Hendry A., Jack K. H.: Low temperature aging of nitrided Fe-Ti alloys, "Acta Metall.", 1986, 1925-1932.
• [42] Yang M. M., Kravitz A. D.: Nitriding of Fe-V alloys, "Metall. Mater. Trans"., A., 15A (1984), s. 1545-1549.
• [43] Cuddy L. J., Podgurski H. H.: Mechanical properties of internally nitrided Fe-Ti and Fe-Cb alloys, "Metall. Mater. Trans.", A, 8A (1977) s. 245-251.
• [44] Kirkwood D. H., Atosoy O. E., Keown S. R.: The structure of nitrided and annealed iron-titanium alloys, "Metal Sci.", Vol. 8 (1974), s. 49-55.
• [45] Rickerby D. S., Hendry A.: Strengthening of nitrided Fe-Ti alloys, "Acta Metall.", 34 (1986), s. 1911-1923.
• [46] Rickerby D. S.; Hendry A.; Jack K. H.: Influence of cold work on mechanical properties of Fe-Ti-N al¬loys, "Mat. Sci. and Tech.", 2 (1986), s. 1115-1122.