MODIFYING THE STRUCTURE OF CERTAIN STEEL GRADES BY LOW-TEMPERATURE GLOW DISCHARGE ASSISTED NITRIDING

Podobne dokumenty
Technologia azotowania jarzeniowego stali narzędziowych z zastosowaniem innowacyjnych rozwiązań

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

List of Presentations Lista Prezentacji October 3-5, 2018 Październik 3-5, 2018

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

Volume Issue 1 WEAR RESISTANCE OF STEEL DESIGNED FOR SURGICAL INSTRUMENTS AFTER HEAT AND SURFACE TREATMENTS

Ocena grubości warstw azotowanych na stalach 38HMJ i WCL za pomocą przyrządów Wirotest

T R I B O L O G I A 93

Badania wpływu azotowania jarzeniowego na właściwości użytkowe stali zaworowej 50H21G9N4

ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

EFFECT OF GAS NITRIDING PROCESS ON TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF CONSTRUCTIONAL STEEL

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CRC+CRN WYTWARZANYCH PRZEZ POŁĄCZENIE PROCESU CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO Z OBRÓBKĄ PVD

BADANIA PORÓWNAWCZE ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE PRZEZ TARCIE AZOTOWANYCH I NAWĘGLANYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH

M210 SNKX1205 SNKX1607. Stable face milling under high-load conditions Stabilna obróbka przy wysokich posuwach FACE MILLING CUTTERS

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

Dr inż. Łukasz Rogal zatrudniony jest w Instytucie Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk na stanowisku adiunkta

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

TECHNICAL CATALOGUE WHITEHEART MALLEABLE CAST IRON FITTINGS EE

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CrC+(Ni-Mo)+CrN

Jan SENATORSKI *, Jan TACIKOWSKI *, Paweł MĄCZYŃSKI *

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI WARSTW MIĘDZYMETALICZNYCH NA STOPIE Ti-6Al-4V

BOROAZOTOWANIE STALI 42CrMo4

ANTYŚCIERNE I ANTYKOROZYJNE WARSTWY NOWEJ GENERACJI WYTWARZANE W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ

Conception of reuse of the waste from onshore and offshore in the aspect of

W trzech niezależnych testach frezy z powłoką X tremeblue typu V803 był w każdym przypadku prawie 2 razy bardziej wydajne niż wersja niepowlekana.

Badania wpływu chropowatości powierzchni po azotowaniu gazowym na wskazania przyrządu wiroprądowego

Badania wpływu obróbki laserowej i azotowania na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

88 MECHANIK NR 3/2015

KSZTAŁTOWANIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPU NIKLU INCONEL 625 W PROCESIE AZOTOWANIA JARZENIOWEGO

XXIII Konferencja Naukowa POJAZDY SZYNOWE 2018

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

M210 SNKX1205. Stable face milling under high-load conditions Stabilna obróbka przy wysokich posuwach FACE MILLING CUTTERS FREZY DO OBRÓBKI PŁASZCZYZN

DOI: / /32/37

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

Unit of Social Gerontology, Institute of Labour and Social Studies ageing and its consequences for society

Streszczenie rozprawy doktorskiej

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH WYTWARZANYCH W PROCESACH CHROMOWANIA DYFUZYJNEGO POŁĄCZONYCH Z OBRÓBKĄ PVD

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

1. WSTĘP 1. INTRODUCTION

Przemysłowe zastosowania technologii generatywnych

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

IP INZYNIERIA POWIERZCHNI 2010

ROMAN OLIK 1, JERZY RATAJSKI 1, TOMASZ SUSZKO 1, JERZY MICHALSKI 2, JERZY DOBRODZIEJ 3, ADAM GILEWICZ 1 1. WPROWADZENIE

WŁAŚCIWOŚCI WARSTW AZOTOWANYCH JARZENIOWO, WYTWORZONYCH NA STALI 316L

STRUCTURE AND PROPERTIES OF Ni-P/PTFE COMPOSITE COATINGS PRODUCED BY CHEMICAL REDUCTION METHOD

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS. mgr ing. Janusz Bandel

Dr inż. Paulina Indyka

SOLID CARBIDE RODS PRĘTY WĘGLIKOWE

DIFFUSION LAYERS FORMED ON STEEL AND THEIR WEAR BEHAVIOUR

photo graphic Jan Witkowski Project for exhibition compositions typography colors : : janwi@janwi.com


Mikrostruktura, struktura magnetyczna oraz właściwości magnetyczne amorficznych i częściowo skrystalizowanych stopów Fe, Co i Ni

SG-MICRO... SPRĘŻYNY GAZOWE P.103

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

HAPPY ANIMALS L01 HAPPY ANIMALS L03 HAPPY ANIMALS L05 HAPPY ANIMALS L07

HAPPY ANIMALS L02 HAPPY ANIMALS L04 HAPPY ANIMALS L06 HAPPY ANIMALS L08

M800 SEKT12T3. Stable face milling under high-load conditions. Stabilna obróbka przy wysokich posuwach FACE MILLING CUTTERS

Badanie wpływu niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego stali dupleks na jej odporność korozyjną po wodorowaniu

Badania tribologiczne powłok CrN i TiN modyfikujących warstwę wierzchnią czopa w aspekcie zastosowania w łożyskach ślizgowych

Innowacyjne rozwiązanie materiałowe implantu stawu biodrowego Dr inż. Michał Tarnowski Prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń

Wylewanie pianek miekkich i twardych - PUR. Pouring of soft and hard foams - PUR. TECHNOLOGIA POLIURETANÓW / POLYURETHANE TECHNOLOGY

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

PN-EN 1515 DIN 2509 DIN 2510 PN-H 74302

BADANIA MIKROSKOPOWE REGENERACYJNEJ WARSTWY NAPAWANEJ ZE STALI 41CrAlMo7 WYKONANEJ W TECHNOLOGII MULTIPLEX.

PRELIMINARY RESEARCH OF CUTTING FORCES OF SHAFT PINS

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

PARAMETRY TECHNICZNE DEKLAROWANE PRZEZ PRODUCENTA POTWIERDZONE BADANIAMI / RATINGS ASSIGNED BY THE MANUFACTURER AND PROVED BY TESTS

Tytuł pracy w języku angielskim: Physical properties of liquid crystal mixtures of chiral and achiral compounds for use in LCDs

Stargard Szczecinski i okolice (Polish Edition)

Evaluation of the main goal and specific objectives of the Human Capital Operational Programme

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

Institutional Determinants of IncomeLevel Convergence in the European. Union: Are Institutions Responsible for Divergence Tendencies of Some

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD


ROZPRAWA DOKTORSKA. Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych

Wpływ niskotemperaturowego azotowania i węgloazotowania na zachowanie korozyjne stopu Ti6Al4V w roztworze Ringera

Ocena wielkości zużycia matrycy do kucia pierścieni synchronizatora na podstawie optycznego skanowania. badań metalograficznych

PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ TECHNOLOGICZNYCH ABLACYJNEJ MIKROOBRÓBKI LASEROWEJ W TRIBOLOGII

Equipment for ultrasound disintegration of sewage sludge disseminated within the Record Biomap project (Horizon 2020)

Post low voltage insulators

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 4 DOI: /amm

Wpływ powłoki Al Si na proces wytwarzania i jakość zgrzewanych aluminiowanych rur stalowych

Katowice, plan miasta: Skala 1: = City map = Stadtplan (Polish Edition)

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

Installation of EuroCert software for qualified electronic signature

AFTER LONG-TERM OPERATION IN CREEP CONDITIONS FOR THE POWER INDUSTRY

The Overview of Civilian Applications of Airborne SAR Systems

Publikacje pracowników Katedry Inżynierii Materiałowej w 2010 r.

Transkrypt:

4-2006 MAINTENANCE PROBLEMS 197 Janusz TROJANOWSKI, Institute of Precision Mechanics, Warsaw Ryszard SITEK, Tadeusz WIERZCHOŃ Warsaw University of Technology, Warsaw MODIFYING THE STRUCTURE OF CERTAIN STEEL GRADES BY LOW-TEMPERATURE GLOW DISCHARGE ASSISTED NITRIDING Keywords Glow discharge, steel 1H18N9T, steel WCL, nitriding layers. Abstract The paper presents the results of studies on the glow discharge assisted nitriding of selected grades of steel (1H18N9T corresponding to EN X6CrNi18-10, and WCL corresponding to EN X37CrMoV51), using the conventional glow discharge nitriding method (the treated parts function as the cathode) and nitriding in the so-called potential of glow discharge plasma. The structure, surface topography, microhardness, phase composition, chemical composition and the residual stress state of the nitrided layers thus produced were examined. The glow discharge nitriding was tested in treating various constructional parts. Introduction The technology of glow discharge assisted nitriding is increasingly used in industry, since it is an efficient and economic method of improving the performance properties of machine parts and tools. The advantages of this technology include:

198 MAINTENANCE PROBLEMS 4-2006 the possibility of controlling precisely the structure, phase composition and chemical composition of the nitrided layers thus produced, the low consumption of electric energy and reactive gases, the ease of the masking of the surface prior to the nitriding process, the lack of need for work-consuming finishing treatments after the nitriding, the possibility of treating steel at low temperatures, beginning from 400 o C upwards. These advantages can be achieved, if the process is precisely controlled so that the surface effects that occur at the reactive atmosphere/steel interface and the layer growth kinetics are determined by properly selected process parameters (such as the nitriding temperature, treatment duration, pressure and composition of the atmosphere) and by the surface activation due to the cathode sputtering effect that occur there [1 3]. Great applicative possibilities are opened when the glow discharge nitriding process is accompanied by the surface activation with an electric current of elevated frequency [1, 4], or when the nitriding process is conducted at the socalled plasma potential [5, 6]. 1. Experimental procedure The materials subjected to glow discharge assisted nitriding were 1H18N9T, and WCL steels. The glow discharge assisted process was conducted in a JON-600 apparatus. The steel samples were placed on the cathode or in the plasma region. The process parameters were as follows: 1H18N9T steel: T=420 o C, p=2hpa (N 2 +H 2 ), t=6h; WCL steel: T=510 o C, p=1.5hpa (N 2 +H 2 ), t=6h. The microstructure was examined in an Olympus IX70 optical microscope and a Hitachi S-3500N scanning electron microscope. The metallographic crosssections of the 1H18N9T samples were etched in 50%HCl+25%HNO 3 +25%H 2 and those of the WCL samples-in a 2% solution of HNO 3 in ethanol. The chemical composition was determined by the EDS method, and the phase composition was determined using a Philips 1830 X-ray diffractometer with CoKα radiation. The microhardness was measured with a Zwick Materalprufung 3212002 microhardness meter. The residual stress state was determined by the method in the WCL samples, and by in the 1H18N9T samples. 2. Results and discussion Figs 1, 2 and 3 show the comparative results obtained for nitrided layers produced on 1H18N9T steel by glow discharge assisted nitriding on the cathode and in the plasma region.

4-2006 a) MAINTENANCE PROBLEMS 199 b) Fig. 1. Microstructure and atomic distributions of carbon, nitrogen, chromium and iron in the layers nitrided at: a) cathode potential, b) the plasma potential a) b) Fig. 2. X-ray diffractogram of the 1H18N9T steel samples glow discharge nitrided: a) on the cathode, b) the plasma region The surface hardness of the 1H18N9T steel samples nitrided on the cathode was 850 HV0.05, whereas of those nitrided in the plasma region was 770 HV0.05. Figs. 4, 5 and 6 show the characteristics of the layers produced on WCL steel by nitriding on the cathode and in the plasma region. Fig.7 shows the residual stress distribution in the nitrided layers of the (Fe4N+Fe3N)+diffusion layer type, produced on WCL steel. The results obtained indicate that, when 1H18N9T steel is nitrided at a temperature of 420oC in the plasma region, the nitrided layers are slightly thinner than those produced by conventional glow discharge assisted nitriding, but their primary component is nitrogen austenite, i.e. the phase S. The conventional glow discharge nitriding produces layers with a higher content of chromium nitride (CrN) and iron nitride (Fe4N) which give a higher surface hardness (nitrided in the plasma region-1170 HV0.05, nitrided on the cathode1350 HV0.05).

200 a) MAINTENANCE PROBLEMS 4-2006 b) Fig. 3. SEM images of the surface of the layers produced on 1H18N9T steel by nitriding: a) on the cathode, b) and in the plasma region Fig. 4. Microstructure of the nitrided layers produced on WCL steel at a temperature of 510oC: a) on the cathode, b)in the plasma region (b) It should also be noted that the low-temperature glow discharge nitriding yields uniform layers, without the so-called edge effect, which consists of the layer surface in the near-edge region being more developed (Fig. 8). This is important in many applications, in particular when treating parts of complicated shapes, e.g., precision products, medical instruments, etc. (Fig. 9). Fig. 5. Distribution of the HV0.2 microhardness in the layers produced on WCL steel by nitriding on the cathode (PK) and in the plasma region (PP)

4-2006 MAINTENANCE PROBLEMS 201 Fig. 6. Surface hardness of the layers produced on WCL steel nitrided on the cathode (PK) and in the plasma region (PP) a) b) Fig. 7. Residual stress distribution in the nitrided layers produced on WCL steel at the temperature of 510 o C: a) on the cathode (PK), b) in the plasma region (PP) a) b) Fig. 8. Appearance of the 1H18N9T steel samples nitrided: s) at the cathode potential (PK) and b) in the plasma region (PP)

202 MAINTENANCE PROBLEMS 4-2006 Fig. 9. Examples of biomaterial products (1H18N9T steel) nitrided in the plasma region Fig. 10. Examples of products of stainless steel nitrided in the plasma region In the WCL samples nitrided at a temperature of 510 o C, the only difference in the structure between the nitrided layers lies in the thickness of the compound phase and in the contents of the Fe 4 N and Fe 2.5 N phases in the compound zone of the nitrided layer, which result in its surface hardness being varied (Fig. 6).

4-2006 MAINTENANCE PROBLEMS 203 Conclusions Glow discharge nitriding at the plasma potential plays the crucial role in the low-temperature treatments of austenitic steel, since it ensures good frictional wear resistance and high corrosion resistance, and permits treating parts of complicated shapes [2, 3, 5]. This technique can thus widen the application range of the glow discharge assisted nitriding to include treating products, such as precision components of various devices, medical instruments, and precision products of complicated shapes made of austenitic steel, H21N4 steel with a high content of chromium used for fabrication of combustion engine valves, or steel of the 3H13 type (X30Cr13) [7]. Acknowledgements Scientific work financed by the Ministry of Science and Higher Education and carried out within the Multi-Year Programme Development of innovativeness systems of manufacturing and maintenance 2004 2008. References 1. Burakowski T., Wierzchoń T.: Surface engineering of metals. CRC Press, Boca Raton, New York, London, 1999. 2. Sobiecki J., Wierzchoń T.: Corrosion resistance of austenitie stainless steel after low-temperature glow discharge nitriding. Inżynieria Powierzchni, 2005, 2A, 39. 3. Borowski T., Trojanowski J., Sobiecki J.R., Wierzchoń T.: Niskotemperaturowe azotowanie jarzeniowe stali austenitycznych w aspekcie zastosowań w medycynie. Inżynieria Powierzchni 2005, 3, 21 25 (in Polish). 4. Grün R.: Puls Plasma Nitrieren moderne Oberflächenbehandlung von Stahl. Elektrowärme International, Bd. 1992, 50, H.B.I., 41. 5. Frączek T., Bałaga Z., Dyja D.: Kształtowanie struktury i właściwości stali austenitycznej X5CrNi18-10 w procesie azotowania jarzeniowego. Inżynieria Materiałowa, 2006, 5, 947 (in Polish). 6. Michalski J.: Tworzenie się warstw powierzchniowych azotku i węglika tytanu w procesach krystalizacji z fazy gazowej w atmosferach chlorkowych. IMP, Warszawa, 2001 (in Polish). 7. Wierzchoń T. et al.: Glow discharge assisted nitriding of chromium steel 3H13, Problemy Eksploatacji, 2006, 2, 53 64. Reviewer: Tadeusz BURAKOWSKI

204 MAINTENANCE PROBLEMS 4-2006 Kształtowanie struktury wybranych gatunków stali w procesie niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego Słowa kluczowe Wyładowanie jarzeniowe, stal 1H18N9T, stal WCL, warstwy azotowane. Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań procesów azotowania jarzeniowego wybranych gatunków stali (1H18N9T odpowiednik EN X6CrNi18-10, WCL odpowiednik EN X37CrMoV51) metodą konwencjonalną (obrabiane detale jako katoda) oraz azotowanych na tzw. potencjale plazmy wyładowania jarzeniowego. Omówiono wyniki badań, struktury, topografii powierzchni, pomiary mikrotwardości, skład fazowy i chemiczny wytworzonych warstw azotowanych oraz stan naprężeń własnych. Proces azotowania jarzeniowego w obszarze plazmy zastosowano do obróbki konstrukcyjnych wyrobów.