A Study on Surface Hardening and Wear Resistance of AISI 52100 Steel by Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification and Electrolytic Plasma Surface Modification Technologies

In this study, a surface hardening of AISI 52100 bearing steel was performed by ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM), and electrolytic-plasma thermo-cyclic surface modification (EPSM), and their effects on the wear resistance were investigated. To evaluate the impact of these treatments on the wear resistance, the friction tests under dry conditions were conducted using a ball-on-disk tribometer in accordance with ASTM G99. The microstructure of the samples before and after treatment was characterized by scanning electron microscopy. The micro-hardness with respect to the depth from the top surface was measured using a Vickers micro-hardness tester. Microstructural observations showed that EPSM treatment led to the formation of residual austenite in the surface layer, while UNSM treatment led to the formation of a surface severe plastic deformation layer on the surface of the samples. The increase in the micro-hardness of the treated layer was confirmed after UNSM at room temperature and after EPSM at different cycles. The highest increase in wear resistance was observed for the specimen treated by UNSM treatment at 700 °C and five cycles of EPSM treatment. In addition, the wear volume, which has correlation with the friction coefficient and hardness, was determined.Peer reviewe

Wpływ hartowania elektrolityczno - plazmowego na własności powierzchni stali stosowanej na obręcze kół kolejowych

This work is devoted to the research of the influence of the technological parameters of electrolytic-plasma surface hardening on the structure and tribological properties of the surface of samples of the retaining steel Mark 2. Electrolytic-plasma surface hardening was carried out in an electrolyte from an aqueous solution of 10% urea and 10% sodium carbonate. According to the result of metallographic and X-ray diffraction analysis, it was determined that the phase composition of steel Mark 2 after processing varies, and fine martensite with a small amount of troostite and iron oxide is formed on the surface of the samples. Tribological experiments of samples without lubrication were carried out. These experiments have shown that all the samples studied have an increased wear resistance, which may be associated with the formation of a fine-grained martensitic structure. It was shown that from the point of view of the complex of the properties obtained, and the most promising is electrolytic-plasma action with a treatment time of 4 s.Praca opisuje wpływ parametrów technologicznych elektrolityczno-plazmowego hartowania powierzchniowego na strukturę i właściwości tribologiczne stali „Mark 2“ (GOST 398-96). Stal GOST 398-96 – „Mark 2” jest niestopową stalą średniowęglową i jest najczęściej stosowanym materiałem na obręcze kół kolejowych w Kazachstanie.Hartowanie elektrolityczno-plazmowe przeprowadzono w 10-proc. roztworze wodnym mocznika z dodatkiem 10% węglanu sodu. Na podstawie wyników analizy metalograficznej i badań z zastosowaniem dyfrakcji rentgenowskiej ustalono, że skład fazowy stali „Mark 2” po obróbce cieplnej jest zróżnicowany a na powierzchni próbek powstaje drobny martenzyt z niewielką ilością trostytu i tlenku żelaza. Przeprowadzone badania tribologiczne podczas tarcia suchego wykazały zwiększenie odporność na zużycie próbek poddanych hartowaniu elektrolityczno-plazmowemu w stosunku do próbek w stanie nieobrobionym cieplnie. Efekt ten może być związany z tworzeniem się na powierzchni drobnoziarnistej struktury martenzytycznej. Badania porównawcze próbek stalowych poddanych obróbce cieplnej z różnymi parametrami technologicznymi wykazały, że najbardziej korzystna jest obróbka elektrolityczno-plazmowa wykonana w czasie 4 s