Mikrostruktura i właściwości tribokorozyjne dyfuzyjnych warstw chromokrzemowanej i chromowanej

• Autorzy: Bauer, I.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and tribocorrosion properties of chromosiliconized and chromized diffusion layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono wyniki badań zużycia tribokorozyjnego warstwy chromokrzemowanej wytworzonej na stali C90U metodą proszkową. Badania porównawcze wykonano dla warstwy chromowanej. Procesy przeprowadzono w temperaturze 1000°C przez 8 godzin w piecu laboratoryjnym Labotherm LH 15/14. Do wytwarzania warstwy chromokrzemowanej stosowano mieszaninę proszkową zawierającą żelazochrom z dodatkiem SiC, kaolin oraz chlorek amonu. W procesie chromowania skład mieszaniny był następujący: Cr2O3 z dodatkiem Al, kaolin oraz chlorek amonu. Próbki do badań umieszczano w skrzynkach wykonanych ze stali X6CrNiTi18-10, w których znajdowała się mieszanina proszkowa, a następnie skrzynki uszczelniano hermetycznie za pomocą emalii topiącej się w temperaturze 600°C. Po wytworzeniu warstw próbki przeznaczone do badań tribokorozyjnych zahartowano w oleju z temperatury 840°C i odpuszczono w 500°C przez 2 h. Badania mikrostruktury warstw wykonano za pomocą mikroskopu metalograficznego OLYMPUS-IX 70. W wyniku procesów technologicznych otrzymano białe, nietrawiące się warstwy, oddzielone wyraźną granicą od podłoża. Grubość warstw wynosiła: chromokrzemowanej ok. 20 μm i chromowanej ok. 31 μm. Pomiary chropowatości powierzchni stali C90U przeprowadzono za pomocą profilografu Homell Tester T 1000E. Chromokrzemowane i chromowane próbki stali C90U wykazały wzrost parametrów stereometrycznych powierzchni w porównaniu ze stalą bez warstw. Skład fazowy warstw określano za pomocą dyfraktometru firmy Philips z goniometrem X-Pert, stosując promieniowanie CuKα z monochromatyzacją wiązki dyfrakcyjnej. W badaniach składu chemicznego warstw użyto skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) z mikroanalizatorem rentgenowskim oraz spektrometr emisyjny ze wzbudzeniem jarzeniowym GDOES. Pomiary twardości HV0,05 wykonano sposobem Vickersa na poprzecznych zgładach metalograficznych. Wyniki badań wykazały zwiększenie twardości warstw w porównaniu z materiałem podłoża, warstwy chromokrzemowanej ok. 8-krotne oraz chromowanej ok. 7-krotne. W pracy przeprowadzono badania odporności na zużycie przez tarcie warstwy chromokrzemowanej i chromowanej w warunkach oddziaływania medium korozyjnego, które stanowiła gęstwa cukrowa. Badania przeprowadzono metodą trzy wałeczki- -stożek. Warstwa chromokrzemowana wykazała wzrost trwałości układów trących w warunkach oddziaływania gęstwy cukrowej w porównaniu z warstwą chromowaną.

EN

The study presents the results of an experiment investigating the tribocorrosion of C90U steel samples which were chromosiliconized by the powderpack method. The chromized layer was used as a reference standard. The processes were carried out in a Labotherm LH15/14 furnace at 1000°C for 8 hours. The layer was produced with the use of ferrochromium powder combined with SiC, kaolin and ammonium chloride. The chromized layer was produced with the use of Cr2O3 combined with Al, kaolin and ammonium chloride. Samples of C90U steel were placed in the powder mix in special boxes made of X6CrNiTi18-10 steel. To prevent sample oxidation, the boxes were covered with lids and sealed with vitreous enamel which melts in temperature 600°C. After the technological processes, the group of steel samples for tribocorrosion analysis was quenched in oil at 840°C and tempered at 500°C for 2 hours. The microstructure of chromosiliconized and chromized layers was analyzed under a metallographic microscope OLYMPUS-IX 70. A bright, non-etched chromosiliconized layer with an estimated thickness of 20 μm and chromized with an estimated thickness of 31 μm and clearly separated from the steel substrate was observed. Surface roughness was measured with a Hommel Tester T1000. Chromosiliconized and chromized layers on samples of C90U steel were characterized by higher surface roughness than uncoated steel. The phase composition of layers was evaluated using a Philips X’Pert diffractometer with CuKα radiation and monochromatization of diffracted beams. Chemical composition was determined by SEM with X-ray microanalysis and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Vickers hardness tests (HV0.05) performed on transverse microsections revealed a eight-fold increase in hardness values to 1499 HV0.05 after chromosiliconizing and seven-fold HV0.05 increase in hardness values to 1375 HV0.05 after chromizing than uncoated steel. The frictional resistance of chromosiliconized and chromized layer was investigated under exposure to a corrosive medium of sugar slurry. Tribocorrosion damage was examined with the use of a three-cylinder and cone wear tester. Chromosiliconized layer extended the life of friction elements in a sugar slurry environment than chromized.

Słowa kluczowe

PL

chromokrzemowanie; chromowanie; tribokorozja; gęstwa cukrowa

EN

chromosiliconizing; chromizing; tribocorrosion; sugar slurry

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 619--622
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bauer, I.

• Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn,

Bibliografia

• [1] Kasprzycka E., Senatorski J.: Structure and tribological properties of carbide layers produced in vacuum chromizing process. Tribologia 3 (2006) 93÷87.
• [2] Młynarczak A., Grzesiak P.: Odporność wybranych powłok dyfuzyjnych na działanie gorącego kwasu siarkowego. Wyd. OIR, Poznań (2000) 119÷126.
• [3] Truszkowski T., Ossowski M., Wierzchoń T.: Odporność na zużycie przez tarcie dyfuzyjnych warstw fosforków tytanu na stopie tytanu Ti6Al4V. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 913÷916.
• [4] Kulka M., Pertek A.: Microstructure and properties of borocarburized 15CrNi6 steel after laser surface modification. Applied Surface Science 236 (1-4) (2004) 98÷105.
• [5] Sawicki J., Dybowski K., Pietrasik R., Kula P.: Wpływ obróbki ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową kół zębatych ze stali 17CrNi6-6 poddanych nawęglaniu próżniowemu ze wstępnym azotowaniem. Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 703÷706.
• [6] Paczkowska M., Waligóra W.: The influence of the cooling rate on structure of laser boronizing layer on nodular iron. The International Congress on Aplications of Lasers and Electro-Optics. Scottsdale Arizona USA October 30th November 02nd (2006) 861÷870.
• [7] Labiapari W. S., Alcantara C. M., Costa H. L., de Mello J. D. B.: Stainless steel as an antiwear material for the biofuel industry. Wear of Materials 302 (1-2) (2013) 1536÷1545.
• [8] Buchanan V. E., Shipway P. H., MC Cartney D. G.: Microstructure and abrasive wear behaviour of shielded metal arc welding hardfacings used in the sugarcane industry. Wear 263 (1-6) (2007) 99÷110.
• [9] Zheng Y. G., Yao Z. M., Ke W.: Errosion-corrosion resistant alloy development for aggressive slurry flows. Materials Letters 46 (2000) 362÷368.
• [10] Burstein G. T., Sasaki K.: Effect of impact angle on the slurry erosioncorrosion of 304L stainless steel. Wear 240 (2000) 80÷94.
• [11] Nakonieczny A., Bauer I.: Factors affecting corrosion resistance of chromium- silicon diffusion layers. Conference ,,Balttechmasz”, Kaliningrad (Russia) (2006) 420÷424.
• [12] Bifei Yuan, Yang Li, Min Qiao, Chungen Zhou: Vapour phase codeposition of Cr and Si on Nb-base in situ composites by pack cementation process. Progress in Natural Science Materials International 23 (2) (2013) 198÷204.
• [13] Lee J. M., Wang Q. M., Kim S. H., Wang T. G., Shin D. W., Kim K. H.: Microstructure and mechanical properties of guatemary Cr-Si-O-N films by a hybrid coating system. Surface and Coating Technology 206 (18) (2012) 3721÷3727.
• [14] Cho N. J., Kim M. C.: Preparation of Cr-Si multilayer structures for thin film heater applications. The Solid Films 47591 (2) (2005) 235÷238.
• [15] Azzi M., Benkahoul M., Szpunar J. A., Klemberg-Sapieha J. E, Martinu L.: Tribological properties of Cr-Si-N-coated 301 stainless steel under wet and dry conditions. Wear 267 (5-8) (2009) 882÷889.
• [16] Nakonieczny A., Bauer I.: Badania tribokorozyjne warstw chromokrzemowanych wytwarzanych metodą proszkową. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 949÷951.
• [17] PN-EN ISO 6507-1:1999: Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa.
• [18] PN-83/H-04302: Badania wytrzymałościowe metali. Próba tarcia w układzie 3 wałeczki-stożek.