Jan SENATORSKI *, Jan TACIKOWSKI *, Paweł MĄCZYŃSKI *

Podobne dokumenty
DIFFUSION LAYERS FORMED ON STEEL AND THEIR WEAR BEHAVIOUR

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

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

EFFECT OF GAS NITRIDING PROCESS ON TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF CONSTRUCTIONAL STEEL

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

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

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

T R I B O L O G I A 93

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

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

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

88 MECHANIK NR 3/2015

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

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

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

Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Część II: Stale konstrukcyjne stopowe

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

THE ANALYSIS OF THE SELECTED PROCESSES OF THERMO-CHEMICAL HEAT TREATMENT OF 20MnCr5 STEEL IN THE CONTEXT OF ABRASIVE WEAR

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

CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNE WĘGLIKOWYCH WARSTW CHROMOWANYCH WYTWARZANYCH METODĄ PROSZKOWĄ PRZY OBNIŻONYM CIŚNIENIU

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

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

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

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

Technologia azotowania jarzeniowego stali narzędziowych z zastosowaniem innowacyjnych rozwiązań

ROZPRAWA DOKTORSKA. Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych Część VIII. Badanie cech uŝytkowych materiałów narzędziowych

ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

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

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

Badania wpływu chropowatości powierzchni po azotowaniu gazowym na wskazania przyrządu wiroprądowego

Badania odporności na ścieranie warstw napawanych i stali narzędziowych na matryce kuźnicze

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

BOROAZOTOWANIE STALI 42CrMo4

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

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

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


Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

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

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

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

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Z UKŁADU Ni-Ta-Al-M O DUŻEJ ZAWARTOŚCI WĘGLA

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

1. WSTĘP 1. INTRODUCTION

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

a GENERALIZED METHOD FOR PREDICTING CONTACT STRENGTH, WEAR, AND THE LIFE OF INVOLUTE CONICAL SPUR AND HELICAL GEARs: part 2.

Stopy metali nieżelaznych Non-Ferrous Alloys

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych


WPŁYW PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

MASZYNA MT-1 DO BADANIA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ZE ZMIANĄ NACISKU JEDNOSTKOWEGO

WPŁYW NA POWIERZCHNIOWĄ TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ WYBRANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII KONSTYTUOWANIA WARSTW POWIERZCHNIOWYCH ELEMENTÓW WĘZŁA TOCZNEGO

Metodyki projektowania i modelowania systemów Cyganek & Kasperek & Rajda 2013 Katedra Elektroniki AGH

EVALUATION OF THE SURFACE LAYER MIKROSTRUCTURE OF HIGH CARBON ALLOY STEEL AFTER LASER MODIFICATION

WPŁYW WYBRANYCH SMAROWYCH PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH PODCZAS TARCIA ZE STALĄ

KORELACJA WYNIKÓW UZYSKANYCH Z APARATÓW: AMSLERA I TESTERA T-05

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

OCENA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH NOWYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH NA OSNOWIE NIKLU

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

INFLUENCE OF DIFFUSION BORIDING AND LASER BORIDING ON CORROSION RESISTANCE HARDOX 450 STEEL

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

Domy inaczej pomyślane A different type of housing CEZARY SANKOWSKI

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

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK9

Network Services for Spatial Data in European Geo-Portals and their Compliance with ISO and OGC Standards

THEORETICAL STUDIES ON CHEMICAL SHIFTS OF 3,6 DIIODO 9 ETHYL 9H CARBAZOLE

Streszczenie rozprawy doktorskiej

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

Analiza porównawcza zmian w rozbiorach wody z uwzględnieniem sposobu jej dostarczania do odbiorców

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

Knovel Math: Jakość produktu

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

UMOWY WYPOŻYCZENIA KOMENTARZ

WŁAŚCIWOŚCI WARSTW AZOTOWANYCH JARZENIOWO, WYTWORZONYCH NA STALI 316L

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 3 DOI: /v

WPŁYW WARUNKÓW PRZESYCANIA I STARZENIA STOPU C355 NA ZMIANY JEGO TWARDOŚCI

THE INFLUENCE OF THE STEEL CHEMICAL COMPOSITION ONTO THE POSSIBILITIES OF USING IT IN THE PROCESS OF COLD SHAPING

Wpływ odległości między ścieżkami hartowniczymi na własności stali stopowych

TRIBOLOGICZNE WŁAŚCIWOŚCI STALI Z BOREM W WĘZŁACH CIERNYCH SMAROWANYCH OLEJAMI SILNIKOWYMI

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

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE DWUSKŁADNIKOWYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH PRACUJĄCY W WĘZŁACH CIERNYCH

Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Część I: Stale węglowe

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE. Negotiation techniques. Management. Stationary. II degree

IP INZYNIERIA POWIERZCHNI 2010

Wpływ regulowanego azotowania gazowego na trwałość eksploatacyjną przewodu luf broni strzeleckiej *

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ TAŚM PRZEZNACZONYCH NA PIŁY TAŚMOWE

EDYTA KATARZYNA GŁAŻEWSKA METALOPROTEINAZY ORAZ ICH TKANKOWE INHIBITORY W OSOCZU OSÓB CHORYCH NA ŁUSZCZYCĘ LECZONYCH METODĄ FOTOTERAPII UVB.

Transkrypt:

TRIBOLOGIA 3/2017 p. 171 178 Jan SENATORSKI *, Jan TACIKOWSKI *, Paweł MĄCZYŃSKI * Wear Resistance Characteristics of Thermo- -Chemically Treated Structural Steels Charakterystyki odporności na zużycie przez tarcie obrobionych cieplno- chemicznie stali konstrukcyjnych Key words: precipitation hardening, wear resistance, nitriding, carburizing, steel. Abstract Słowa kluczowe: Streszczenie The article presents results of investigations of wear resistance by friction, employing the 3 cylinder cone method, of selected structural steels subjected to given thermo-chemical treatment, i.e. nitriding, carburizing, and precipitation hardening after nitriding. The investigated steels were C45, 21NiCrMo2, 18HGT, and 41Cr4. These materials, after thermo-chemical treatment undergo metallurgical characteristics of diffusion layers formed on steel. It was observed that proportionality exists between their wear resistance and the value of surface unit loading. Moreover, the friction wear properties of these layers exhibited certain differences, depending on their microstructure and chemistry. utwardzanie wydzieleniowe, odporność na zużycie, azotowanie, nawęglanie, stal. Artykuł ten przedstawia wyniki badań odporności na zużycie, wykorzystując metodę 3 wałeczki stożek, dotyczące wybranych stali konstrukcyjnych poddanych określonej obróbce cieplno-chemicznej, tj. azotowaniu, nawęglaniu i utwardzaniu wydzieleniowemu po azotowaniu. Badanymi stalami były: C45, 21NiCrMo2, 18HGT i 41Cr4. Stale te po obróbce cieplno-chemicznej podlegają ocenie metaloznawczej warstw dyfuzyjnych wytwarzanych na stali. Zauważa się ich proporcjonalną zależność pomiędzy odpornością na zużycie a wartością nacisku jednostkowego powierzchni. Jednakże własności tarciowo-zużyciowe wyraźnie różnią się, zależąc od ich mikrostruktury i budowy chemicznej. Introduction Of all the thermo-chemical processes, the ones which developed in a most dynamic manner are those run in controlled atmospheres, primarily including carburizing and nitriding [L. 1, 2]. Several research projects carried out in Poland [L. 3] and abroad [L. 4] unequivocally demonstrated the absolute necessity of the evaluation of the service properties of steels surface hardened by different technological methods. The most significant role in these evaluations is that of tribological testing [L. 5]. In the realm of surface hardening, the various techniques of forming diffusion layers constitute one of the most effective ways of obtaining a surface layer that reduce the effects of wear due to friction [L. 6]. The technique of evaluation of sliding friction nodes in laboratory conditions is relatively well-developed, and literature describes several machines and equipment used in determining tribological characteristics of such nodes [L. 7]. However, many of these developed methods were found to be insufficient from the point of view of value and ranges of wear parameters, as well as sensitivity, to evaluate diffusion layers obtained by means of thermo-chemical treatment. These thermoschemical processes constitute an effective means of exerting an active influence on the sliding friction node enabling enhancement of its service life [L. 8]. One of the most interesting methods of comparing tribological properties of materials and of the technological method used is the 3 cylinder-cone test [L. 9, 10]. Investigations of tribological properties of surface hardened materials constituting friction nodes are the subject of the current report and such investigations were conducted by the said method. Moreover, the * Institute of Precision Mechanics, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa, Poland.

172 TRIBOLOGIA 3/2017 objects of the investigations are thermo-chemically treated structural steels, including those carburized and nitrided [L. 11]. The last variation consisted of treatment in a nitriding process modified by quenching and tempering [L. 12]. Carburized layers were formed in processes conducted in controlled atmospheres, enabling the obtaining of layers with a determined surface concentration of C [L. 13]. Steels designated for wear resistance tests were subjected to ferritic or austenitic nitriding in order to vary their microstructure prior to strengthening. Such strengthening was attained by austenitization of the nitrided steel, followed by rapid cooling and aging at temperatures of the order of 100 C [L. 14, 16]. Experimental Steel grades selected and types of diffusion layers For the thermo-chemical processes enabling the formation of diffusion layers to be investigated, certain structural steels were selected, especially those suitable for the obtaining of such layers. Those steel grades, as well as the types of layers obtained, are put together in Table 1, while Table 2 lists conditions of layer formation and their heat treatment. The carburizing process was carried out in a controlled atmosphere allowing the obtaining of a diffusion layer with a predicted surface concentration of carbon. Table 1. Materials investigated and types of thermo-chemical treatment Tabela 1. Badane materiały i rodzaje obróbek cieplno-chemicznych Lp. Steel grade (current designation)/new designation/ Type of thermo-chemical treatment 1 (21NiCrMo2)/8620/ Carburizing 2 (41Cr4)/40H/ Nitriding 3 (- ) / 18HGT/ Nitriding 4 (C45) / 1045/ Nitriding 5 (C45) / 1045/ Precipitation hardening after nitriding Table 2. Conditions of formation of diffusion layers and heat treatment Tabela 2. Warunki wytwarzania warstw dyfuzyjnych i obróbki cieplnej No. Type of thermochemical treatment Steel grade Temperature T [ C] 1 Carburizing 21NiCrMo2 930 4.5 Process parameters Time Medium τ [h] Controlled atmosphere with carbon potential 0.85% 2 Austenitic nitriding (A A ) 630 4 Controlled C45 atmosphere based 3 Ferritic nitriding (A f ) 580 3 on NH 3 4 Nitriding 18HGT 570 8 Controlled atmosphere based on 5 Nitriding 41Cr4 530 6 NH 3 N 2 6 7 8 Precipitation hardening after nitriding Nitriding (N) Precipitation hardening after nitriding Austenitizing (A) Precipitation hardening after nitriding Aging (S) C45 630 2 740 0.5 100 1 Controlled atmosphere based on NH 3 N 2 Water quenching after austenitization Comments Quenching from carburizing temperature, tempering at 180 C for 2h Prior hardening 860C tempering 600 C, 3h

TRIBOLOGIA 3/2017 173 The process of the nitriding of medium carbon or low alloy steels yields a thin layer of nitrides of approx. 10 20 μm and a hardness of the order of HV0.1. The substrate to this layer is constituted by a zone of a solution of nitrogen in α iron with a hardness of 350 400 HV, while the hardness of the core does not exceed 250 HV. Strengthening of the substrate of nitride layers, as well as of the core, can be achieved by austenitization of the nitrided steel, i.e. by rapid cooling and aging at low temperatures of the order of 100 C [L. 12]. This kind of treatment causes an atrophy of the nitride zone due to the diffusion of nitrogen in the direction of the core and the formation in its place of mixed microstructures consisting of nitro-carbon martensite, additionally strengthened by aging. Characteristics of layers The layers formed for testing, whose characteristics are listed in Table 3, met requirements of thickness and hardness, usually recommended in industrial practice. Table 3. Characteristics of diffusion layers Tabela 3. Charakterystyka warstw dyfuzyjnych No. Type of thermo-chemical treatment Steel grade Process parameters T [ C] / τ [h] Layer thickness [mm] Surface hardness HV1 1 Carburizing 21NiCrMo2 930/4.5 0.95 745 2 Austenitic (A A ) 630/4 0.09 500 Nitriding C45 3 Ferritic (A f ) 580/3 0.04 420 4 18HGT 570/8 0.16 826 Nitriding 5 41Cr4 530/6 0.15 820 6 Precipitation Nitriding (N) 630/2 0.033 523 7 hardening after Austenitizing (A) 740/0.5 C45 (1045) 8 nitriding Aging (S) 100/1 839 The carburized layer on 21NiCrMo2 grade steel, with martensitic microstructure, although being the thickest, did not, at the same time, exhibit the highest surface hardness. In this respect, it was exceeded by nitrided layers formed on low alloy steel, as well as on 1045 grade steel precipitation hardened, preceded by nitriding. Such a combination of nitriding of carbon steel with subsequent austenitising, followed by rapid quenching, enables the hardening of the substrate to the nitride layer as well as of the core [L. 12]. Metallurgical analysis and wear resistance testing of layers Investigations relating to metallurgical characteristics of layers were focussed on problems of the effect of the following: The microstructure and thickness of layers, The atmosphere employed in the process, and Process parameters applied in the thermo-chemical treatments. In the evaluation of effects of the processes carried out, the following methods were applied: optical and electron microscopy, as well as x-ray microanalysis. Investigations related to tribological characteristics comprised wear tests, carried out on samples of the 3 cylinder-cone systems [L. 9, 15]. These wear tests were run maintaining approximately fixed unit pressures at a selected level. The counter-specimen was, in all cases, C45 (1045) grade steel, quenched and tempered to approx. 30 HRC, from which the conical counterspecimens were made. The overall time of the test was 100 min, while the friction velocity v was 60 rad/s. The depth of the wear scar was measured every 10 min during an interruption of the test. These sliding wear tests were conducted with lubrication by metered Lux -10 oil. Linear wear was characterized by total wear z l [μm], as well as by wear rate I l [μm/m]. Results of tribological testing are shown in Figs. 1 and 2. They constituted a service-oriented criterion of rating of the effects of precipitation hardening after nitriding. Versions of this hardening, which were diversified from the point of view of microstructure and thickness of the original nitrided layer and differing by austenitising parameters, were selected, based on metallurgical evaluations. Results of testing of tribological properties of carbon steel, which were nitrided and precipitation hardened after nitriding, were compared with those obtained after carburizing, as shown in Fig. 3.

174 T R I B O L O G I A 3/2017 Fig. 1. A comparison of linear wear of precipitation hardened C45 (1045) grade steel, and the effect of the initial nitrided layer. Ferritic nitriding (Af) and austenitic nitriding (AA). Symbols used on plots: thickness of nitrided layer gmp/gbr/gc. Labelling (Ic): 1 50 MPa; 2 200 MPa Rys. 1. Porównanie zużycia liniowego stali C45 utwardzanej wydzieleniowo. Wpływ pierwotnej warstwy azotowanej. Azotowanie ferrytyczne (Af) i austenityczne (AA). Zapis na wykresach grubość warstwy azotowanej gmp/gbr/gc. Oznaczenia (Ic): 1 50 MPa; 2 200 MPa

T R I B O L O G I A 3/2017 175 Fig. 2. A comparison of linear wear of C45(1045) grade steel, nitrided (A) and precipitation hardened after nitriding (A + H + S). Tests were conducted at the surface and at a depth of 0.02mm. Labelling: 1 50 MPa; 2 200 MPa Rys. 2. Porównanie zużycia liniowego stali C45 azotowanej (A) i utwardzanej wydzieleniowo po azotowaniu (A + H + S). Badania na powierzchni i w odległości 0,02 mm od powierzchni. Oznaczenia: 1 50 MPa; 2 200 MPa

176 T R I B O L O G I A 3/2017 Fig. 3. A comparison of linear wear of carburized 8620, nitrided 18HGT and 40H steels, and precipitation hardened C45 (1045) steel. Labelling: 1 50 MPa; 2 100 MPa, 3 200 MPa Rys. 3. Porównanie zużycia liniowego nawęglanej stali 8620, azotowanych stali 18HGT i 40H oraz utwardzanej wydzieleniowo stali 45. Oznaczenia: 1 50 MPa; 2 100 MPa, 3 200 MPa The investigations carried out showed that, in a process comprising controlled nitriding, followed by austenitization, rapid quenching, and aging, it is possible to produce an alloy (Fe-M)-C-N in the region of the former nitrided layer and to harden it. A significant role in shaping of the microstructure of the subsurface zone is played by the original nitrided layer. It constitutes storage of nitrogen, which diffuses in the direction of the steel s core, and it determines the level and distribution of nitrogen concentration.

TRIBOLOGIA 3/2017 177 Basic hardening effects usually occur below the original former nitride layer. Besides the initially formed nitrided layer, a significant factor affecting hardening is constituted by the parameters of the austenitising process. The investigations carried out here showed that the biggest hardening effect with respect to carbon steel can be achieved by austenitising at a temperature of the order of 740 C. Carbon steels, initially nitrided in a controlled process, exhibit, after precipitation hardening, very good resistance to friction wear, clearly superior to that after nitriding only, and that is true not only of the surface but also of deeper-lying zones. The best initial microstructures were found to be nitride layers with a thickness of 1 20 µm, obtained in a controlled ferritic nitriding process, or thin nitride layers (< 10 μm) containing braunite, or braunite layers, obtained in a controlled austenitic nitriding process. Conclusions 1. Precipitation hardening of low carbon steel, following its nitriding, enhanced its resistance to friction wear. 2. By appropriate design of the nitrided layer through the nitriding process, it is possible, with subsequent hardening, to achieve lower total linear wear, as well as reduced wear rate in comparison with steel that has been nitrided only. 3. Thanks to precipitation hardening of prior nitrided steel, the zone of good wear resistance reaches several times deeper than after nitriding only. 4. Tribological properties of medium carbon steel precipitation hardened after nitriding are more beneficial than those of nitrided only low alloy steels, as well as those of carburized steels. References 1. Burakowski T., Senatorski J., Tacikowski J.: Badania odporności na zużycie azotowanych, nawęglanych i chromowanych warstw dyfuzyjnych. (Investigations of wear resistance of nitrided, carburized and chromized diffusion layers) Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń. Vol. 3 4/90, p. 57 71. 2. Burakowski T., Senatorski J., Tacikowski J.: Comparison of sliding wear resistance of carburized and nitrided layers on 18HGT steel. Surface Engineering, t. 3, no. 3, 1987, p. 239 245. 3. Senatorski J.: Instrumentalna analiza zużycia tribologicznego materiałów utwardzonych powierzchniowo. (Instrumental analysis of tribological wear of surface hardened materials). Zagadnienia Eksploatacji Maszyn. Z 4 (96), 1993, p. 397 404. 4. Habig K.M.: Reibung und Verschleiss von gehärten, nitrierten und borierten Stahl Gleitparungen in Luft und Vakuum. Zeitschrift für Metallunde 1984, no. 8, p. 630 634. 5. Senatorski J.: Einfluss verchiedener Diffusionsschiechlen auf das verschleissverhalten von Eisenwerkostoffen. Ifl Mitteilungen, no. 6, 1986, p. 186 191. 6. Senatorski J., Tacikowski J., Kasprzycka E., Bogdański B.: Appication of Nitriding to improve tribological properties of constructional steel. Engineering & Automation Problems, No 4, 2013, p. 61 63. 7. Piekoszewski W., Szczerek M., Wiśniewski M.: Metody oceny właściwości eksploatacyjnych materiałów węzłów tarcia. (Methods of evaluation of service properties of materials for friction nodes) ZEM z. 1, 1990, p. 151 163. 8. Burakowski T., Senatorski J., Tacikowski J.: Aktualny stan i perspektywy przemysłowego stosowania warstw dyfuzyjnych o wysokich własnościach tribologicznych. (Current state and perspectives of industial application of diffusion layers with superior tribological properties) Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna, no. 59 60, 1982, p. 2 9. 9. PN-83/H-04302. Próba tarcia w układzie: 3 wałeczki stożek. (Wear test by the cone-3 cylinder system). 10. Senatorski J., Tacikowski J., Mączyński P.: Analiza odporności na zużycie przez tarcie warstw dyfuzyjnych w świetle próby 3 wałeczki stożek. (An analysis of wear resistance of diffusion layers, as shown by the 3 cylinder-cone test). Inżynieria Powierzchni, no. 4, 2015, p. 51 55. 11. Senatorski J., Tacikowski J., Mączyński P.: Badania porównawcze odporności na zużycie przez tarcie azotowanych i nawęglanych stali konstrukcyjnych. (Comparative investigations of wear resistance of nitrided and carburized structural steels). Tribologia, no. 3, 2015, p. 163 172. 12. Tacikowski J.: Opracowanie procesu utwardzania wydzieleniowego stopów (Fe, Mn) C N. (Development of precipitation hardening process of (Fe, Mn) C N) alloys. Problemy Eksploatacji, no. 6, 1995, p. 235 240. 13. Burakowski T., Senatorski J., Tacikowski J.: Vergleich des Verschleiβwiderstandes nach Einsatzhärten und Nitrieren. HTM, 1985, nr 40, s. 211 215.

178 TRIBOLOGIA 3/2017 14. Senatorski J., Tacikowski J., Trojanowski J.: Ocena wpływu utwardzania cieplnego warstwy azotowej na właściwości tribologiczne stali węglowych. (An evaluation of the influence of thermal hardening of a nitrided layer on the tribological properties of carbon steels). Tribologia, no. 3, 1994, p. 310 316. 15. Senatorski J., Tacikowski J., Liliental W.: Tribological properties of Nitrided layers, as determined by cone three-cylinder wear test. Tribology Transactions v. 41, 1998, 2, p. 199 208. 16. Hanisch T., Diem A., Lingenhole K., Surberg C.H.: Influence of different steels on the tribological behavior of nitrocarburized layers. Proceedings of the 2nd European Conference on Tribology Ecotrib 2009 Pisa, Italy 7 10.06.2009, vol. 2, p. 1009 1014.