Koła zębate z żeliwa sferoidalnego o osnowie nanoausferrytu

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.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

Wpływ stopniowego hartowania izotermicznego na skład fazowy oraz właściwości mechaniczne stali X37CrMoV5-1 o strukturze nanokrystalicznej

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.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

Struktura i właściwości warstwy nawęglanej na stali 38CrAlMo6-10 po procesie nanostrukturyzacji w warunkach obróbki cieplnej

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.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

Manufacture of Toothed Elements in Nanoausferritic Ductile Iron

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.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

The Microstructure and Phase Composition of 35CrSiMN5-5-4 Steel After Quenching and Partitioning Heat Treatment

The aim of the study was to characterise the microstructure of 35CrSiMn5-5-4 steel which was subjected to a new heat treatment technology of quenching and partitioning (Q&P). The parameters of the treatment were chosen on the basis of computer simulations and dilatometric studies of phase transformations occurring in steel. The transmission electron microscopy (TEM) observations of steel microstructure after the Q&P treatment revealed the presence of martensite as well as significant amount of retained austenite in form of layers between the martensite laths. The rod-like carbides in the ferritic areas were also observed, which indicates the presence of lower bainite in steel. It was found that the retained austenite content measured by means of TEM was about 28% for partitioning at 400°C and 25% for partitioning at 260°C. These results are in good agreement with the phase composition calculated theoretically as well as those determined experimentally by use of dilatometric tests

Corrosion Resistance of The Bearing Steel 67SiMnCr6-6-4 with Nanobainitic Structure

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

Stabilność cieplna struktury nanokrystalicznej w stali X37CrMoV5-1

The aim of the study was to investigate the thermal stability of the nanostructure produced in X37CrMoV5-1 tool steel by austempering heat treatment consisted of austenitization and isothermal quenching at the range of the bainitic transformation. The nanostructure was composed of bainitic ferrite plates of nanometric thickness separated by thin layers of retained austenite. It was revealed, that the annealing at the temperature higher than temperature of austempering led to formation of cementite precipitations. At the initial stage of annealing cementite precipitations occurred in the interfaces between ferritic bainite and austenite. With increasing temperature of annealing, the volume fraction and size of cementite precipitations also increased. Simultaneously fine spherical Fe7C3 carbides appeared. At the highest annealing temperature the large, spherical Fe7C3 carbides as well as cementite precipitates inside the ferrite grains were observed. Moreover the volume fraction of bainitic ferrite and of freshly formed martensite increased in steel as a result of retained austenite transformation during cooling down to room temperature.Celem pracy było zbadanie stabilności cieplnej nanostruktury wytworzonej w stali narzędziowej X37CrMoV5-1 za pomocą obróbki cieplnej polegającej na austenityzacji i hartowaniu z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej. Utworzona nanostruktura składała się z płytek ferrytu bainitycznego nanometrycznej grubości rozdzielonych cienkimi warstwami austenitu szczątkowego. Ujawniono, że wyżarzanie stali w temperaturze wyższej niż temperatura przystanku izotermicznego prowadzi do wytworzenia w nanostrukturze wydzielenia cementytu. W początkowym etapie wyżarzania wydzielenia cementytu utworzyły się na granicach ferrytu bainitycznego i austenitu. Ze wzrostem temperatury wyżarzania następował wzrost udziału objętościowego i wielkości wydzieleń cementytu. Jednocześnie pojawiły się drobne wydzielenia węglika Fe7C3. Po wyżarzaniu w jeszcze wyższych temperaturach zaobserwowano duże, kuliste wydzielenia węglika Fe7C3 oraz wydzielenia cementytu w obrębie ziaren ferrytu. udział objętościowy tej fazy w stali. Nastąpił również wzrost udziału objętościowego ferrytu bainitycznego oraz świeżo utworzonego martenzytu w blokach w wyniku przemiany austenitu szczątkowego podczas chłodzenia stali do temperatury pokojowej

Odporność korozyjna stali łożyskowej 67SiMnCr6-6-4 o strukturze nanokrystalicznej

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.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

The Comparative Study of the Microstructure and Phase Composition of Nanoausferritic Ductile Iron Alloy Using SEM, TEM, Magnetometer, and X-Ray Diffraction Methods

In this paper the microstructure and phase composition of ausferritic ductile iron alloy were investigated by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction methods. In order to obtain the nanoausferritic microstructure in the alloy, the austempering heat treatment was performed at relatively low temperature. As a result, a specific kind of microstructure, containing nanocrystalline ausferrite and retained austenite blocks, was obtained in each heat-treated sample. The volume fractions of phases were determined using different methods: MicroMeter software for scanning electron micrographs, stereological analysis for transmission electron micrographs, quantitative analysis of the X-ray diffraction spectra and magnetometer measurements. All methods revealed a high amount of retained austenite which varied as a function of the austempering treatment parameters. It was shown that the quantitative phase composition measured by X-ray diffraction and magnetometer, in all samples investigated, differs significantly from the stereological measurements and image analysis performed through the MicroMeter software. The possible reasons of the observed differences were discussed

Nanocrystalline Steels’ Resistance to Hydrogen Embrittlement

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