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

Podobne dokumenty
WPŁYW PRĘDKOŚCI GŁOWICY W PROCESIE HARTOWANIA LASEROWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

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

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

T R I B O L O G I A 93

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

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

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

COMPARISON OF THE WEAR RESISTANCE OF HARDOX 500 STEEL AND 20MnCr5

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

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

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

DIFFUSION LAYERS FORMED ON STEEL AND THEIR WEAR BEHAVIOUR

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

p ISSN TRIBOLOGIA 1/2018 Key words: Abstract

OBRÓBKA CIEPLNA STOPOWYCH KOMPOZYTÓW POWIERZCHNIOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

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

EFFECT OF GAS NITRIDING PROCESS ON TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF CONSTRUCTIONAL STEEL

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

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

APARATURA BADAWCZA I DYDAKTYCZNA

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

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

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

Jan SENATORSKI *, Jan TACIKOWSKI *, Paweł MĄCZYŃSKI *

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA ZUŻYCIE EROZYJNE STALI 40Cr4

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

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

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

ON INFLUENCE OF DIESEL OIL SORT ON FRICTION AND WEAR PROCESSES Tarkowski Piotr, Paluch Roman Katedra Pojazdów Samochodowych Politechnika Lubelska

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

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

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

TECHNICAL CATALOGUE WHITEHEART MALLEABLE CAST IRON FITTINGS EE

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

ANALIZA ZUŻYCIA STALOWYCH PIERŚCIENI WSPÓŁPRACUJĄCYCH Z ŻELIWEM SFEROIDALNYM PODDANYM LASEROWEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

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

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

88 MECHANIK NR 3/2015

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

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

WEAR TEST STAND FOR OILS APPLIED IN REFRIGERATING COMPRESSORS

NOŚNOŚĆ POWIERZCHNI A RODZAJ JEJ OBRÓBKI

MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS AND THEIR EROSIVE WEAR

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

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

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE DWUSKŁADNIKOWYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH PRACUJĄCY W WĘZŁACH CIERNYCH

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI STALI NARZĘDZIOWYCH NADTAPIANYCH LASEREM CO 2

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

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

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

ODPORNOŚĆ NA ZUŻYCIE CIERNE KOMPOZYTÓW WARSTWOWYCH NA BAZIE STOPÓW ŻELAZA

CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNE WĘGLIKOWYCH WARSTW CHROMOWANYCH WYTWARZANYCH METODĄ PROSZKOWĄ PRZY OBNIŻONYM CIŚNIENIU

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

Streszczenie rozprawy doktorskiej

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

NUMERYCZNA ANALIZA ROZKŁADÓW NACISKU WYSTĘPUJĄCYCH W STANDARDOWYCH WĘZŁACH TRIBOLOGICZNYCH

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

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 2 DOI: /v x

1. Miejsce pracy: Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej

Auditorium classes. Lectures

ANALIZA PROCESU ZUŻYWANIA PARY KINEMATYCZNEJ BRĄZ ŻELIWO STOPOWE PRZY TARCIU MIESZANYM

DELTIM Sp. z o.o. S.K.A ul. Rząsawska 30/38; Częstochowa. Bumper bar X-Lander X-Move

WPŁYW PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

FRICTION PROCESSES OF SELECTED POLYMERS SLIDING ON STEEL AND DURALUMIN IN A LUBRICANT ENVIRONMENT

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

TOPOGRAFIA WSPÓŁPRACUJĄCYCH POWIERZCHNI ŁOŻYSK TOCZNYCH POMIERZONA NA MIKROSKOPIE SIŁ ATOMOWYCH

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

FREZY PM; END MILLS PM

THE INFLUENCE OF THE LASER AND DIFFUSION BORONIZING ON THE SURFACE LAYER OF NODULAR IRON

BARIERA ANTYKONDENSACYJNA

OpenPoland.net API Documentation

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURALNA WARSTWY WIERZCHNIEJ W STALIWIE Cr Mo W WARUNKACH ŚCIERANIA

BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA ŁOŻYSKA ŚLIZGOWEGO Z WYKORZYSTANIEM BILANSU CIEPLNEGO

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

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

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym


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

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

WPŁYW OBCIĄŻENIA I PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ N A ZUŻYCIE STALI BAINITYCZNEJ W SKOJARZENIU ŚLIZGOWYM NA STANOWISKU AMSLERA

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż. Piotr Smurawski

DM-ML, DM-FL. Auxiliary Equipment and Accessories. Damper Drives. Dimensions. Descritpion

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

ODPORNOŚĆ NA ZUŻYCIE ŚCIERNE WARSTW WYTWARZANYCH METODĄ LASEROWO-MECHANICZNĄ 1. WSTĘP

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

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

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

European Crime Prevention Award (ECPA) Annex I - new version 2014

STATISTICAL METHODS IN BIOLOGY

Transkrypt:

5-2016 T R I B O L O G I A 183 Wojciech TARASIUK *, Mariusz LISZEWSKI **, Bazyli KRUPICZ ***, Ewa KASPRZYCKA **** THE ANALYSIS OF THE SELECTED PROCESSES OF THERMO-CHEMICAL HEAT TREATMENT OF 20MnCr5 STEEL IN THE CONTEXT OF ABRASIVE WEAR ANALIZA WYBRANYCH METOD ULEPSZANIA CIEPLNO- -CHEMICZNEGO STALI 20MnCr5 W KONTEKŚCIE ZUŻYCIA ŚCIERNEGO Key words: heat treatment, steel 20MnCr5, abrasive wear Słowa kluczowe: obróbka cieplna, stal 20MnCr5, zużycie ścierne Abstract This paper presents the results of tribological tests performed on a T-11 pin-ondisc type, which made it possible to determine the intensity of abrasive wear of * ** *** **** Bialystok University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok, Poland, e-mail: w.tarasiuk@pb.edu.pl, tel. 571 443 038. ML-Tech Sp. z o. o., Poland, e-mail: m.liszewski@interia.pl, tel. 535 620 033. Bialystok University of Technology, Faculty of Management, Department of Production Management, Poland, e-mail: b.krupicz@pb.edu.pl, tel. 85 746 98 44. University of Technology in Warsaw, Institute of Mechanical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Mechanics, and Petrochemistry, Branch in Plock, Poland, e-mail: kasprzyckaewa@gmail.com, tel.(24) 367 21 15.

184 T R I B O L O G I A 5-2016 steel 20MnCr5 subjected to selected thermo-chemical heat treatments. The tested steel, after the hardening and tempering process, is characterized by high endurance parameters and is used on heavily loaded machine parts. It is frequently used for elements subjected to intense abrasion. The analysis involved the following: carburizing, boronizing, and various methods of diffusion chromizing. For large loads, it is advisable to apply boronizing or carburizing with hardening. Chrome plating entails a very thin layer of increased hardness, which is characterised by a low abrasive wear resistance at high loads. INTRODUCTION Resistance to abrasive wear is a crucial parameter in the process of selecting materials for machine parts. Hardness is an indicator for resistance to abrasive wear for steel. However, methods involving a plastic deformation of the surface layer do not always improve wear resistance [L. 1, 2]. This can occur, for instance, in the production of silicate bricks that are made in the process of densifying a calcium-sand mixture. The conditions of mixture densification (high pressure, dry friction) cause intensive wear of matrixes (or their sheeting). Due to high tensions achieved with desirable methods improving hardness, the sheetings constantly feature possibly high hardness without plastic deformation. This can be achieved by applying, e.g., heat or thermo-chemical heat treatment, welding, and alloying [L. 3, 4, 8]. The type of the proper treatment must correspond to a specific type of steel or the desired technological process. RESEARCH PROCEDURE The tested material and types of heat-chemical treatment The research involved 20MnCr5 Chrome Manganese alloy steel intended for carburizing. In an improved state, it is characterised by a significant resistance to abrasive wear [L. 4 6]. It can be used for large-intersection elements, including the plates of matrixes of silicate products. Its applied parameters can also be significantly improved through thermo-chemical heat treatment. The analysis of literature [L. 5 12] and the experiments performed at the Institute of Precision Mechanics in Warsaw lead to the following types of thermo-chemical heat treatment of steel 20MnCr5: Carburizing, Boronizing, Vacuum chromizing, and Powder pack chromizing.

5-2016 T R I B O L O G I A 185 Each sample, regardless of the type of thermo-chemical heat treatment, was subjected to normalising annealing and tempering. Carburizing and tempering lead to the creation of a hard surface layer of high resistance to abrasive wear. The time of carburizing (6 h) was selected in such a manner so as to obtain the surface layer of high hardness over 2 mm deep. In this process, which was applied to large-dimension elements [L. 2], the endurance properties of the core change to a minor or to no extent. In the case of samples for tribological studies, the process of carburizing caused carbon saturation in the total volume. High hardness and micro-hardness values shall occur throughout the total thickness of the sample. Boronizing is another applied method of thermo-chemical heat treatment. The hardness of boride layers resulting from this process can be higher than carburized and nitrogenized layers [L. 6, 7]. FeB borides may reach the hardness of 1800 2350 µhv, and Fe2B borides 1400 1800 µhv [L. 7]. High hardness of the resulting layers features good resistance to abrasion without lubrication [L. 7]. The study also involved two methods of diffusion chromizing: vacuum and powder. They both lead to the creation of surface layers of small thickness and hardness reaching 1600 1800 µhv [L. 11, 12]. The selected methods were conducted on steel plates 4 mm thick. Table 1 presents the summary of parameters of the performed thermo-chemical heat treatments of steel 20MnCr5 samples. Table 1. Parameters of the thermo-chemical heat treatment of 20MnCr5 steel Tabela 1. Parametry obróbki cieplno-chemicznej próbek ze stali 20MnCr5 20MnCr5 Sample marking 1 2 3 4 Performed processes Parameters of the sample Temperature [ C] Time [h] carburizing 930 6 hardening 900 0.5 tempering 200 2 powder boronizing 950 6 hardening 900 0.5 tempering 200 2 vacuum chromizing 1110 8 hardening 900 0.5 annealing 700 0.33 tempering 200 2 powder pack chromizing 950 8 hardening 900 0.5 tempering 200 2

186 T R I B O L O G I A 5-2016 Research method and conditions The usefulness of steel 20MnCr5 upon the chosen thermo-chemical heat treatment for working at high loads was determined based on the results of friction tests. The samples used in the research had a shape of an intersection approximate to a square. The reason for applying such a shape was the technology of performing specific thermo-chemical heat treatments, where: 4- mm-thick plates at the size of 4 x 4 cm were subjected to carburizing, boronizing, and diffusion chromizing. Thus, such plates were used for extracting samples of desirable dimensions. The criterion for choosing the load was the endurance of the silicate disc. The time of the test was estimated at t = 1200 s, i.e. the time that allows for determining the intensity of the wear. The tests were conducted at unit pressures of p = 1.5 MPa. During the experiment, the value of the frictional force T was registered, which allowed the determination of the frictional coefficient µ using the following: T µ =, P (1.1) where: T frictional force, P load of the steel sample perpendicular towards the surface of the silicate disc (a counter-sample shown in Fig. 1b). The unit pressure p t was calculated based on the following relation: p t P = ab N m 2, (1.2) where: P force loading the sample, a and b lengths of the sides of the sample (Fig. 1a). a) b) Fig. 1. Images of: (a) a steel sample, and (b) a silicate counter-sample Rys. 1. Schemat: a) próbki, b) przeciwpróbki

5-2016 T R I B O L O G I A 187 Measuring the mass of the sample before and after the test made it possible to determine wear intensity based on the following relation: I M1 M2 mg = SF m 3, (1.3) where: M 1 and M 2 mass of the sample before and after the friction test [mg], S path of friction [m], F surface of sample intersection [m 2 ]. Research position T11 pin-on-disc tester The laboratory of the Faculty of Mechanical Engineering at Bialystok University of Technology is equipped with the adequate research facilities. Its major element is a T11 pin-on-disc tester. It allows for studying tribological properties of materials comprising friction pairs of machines and appliances. This ensures constant measurement and registration of frictional forces, and the temperature of the environment of the friction pair and linear wear [L. 13, 14, 15]. In the case of the conducted studies, the appliance T-11 allowed identifying the following: Wear intensity of the materials subjected to various thermo-chemical heat treatments, Average frictional force, and The average value of frictional coefficient. Fig. 2 presents the position together with all components. Fig. 2. A scheme of the position for the T-11 pin-on-disc-type tribological test, 1 digital amplifier 8 Spider, 2 controller BT-11, 3 controller BT-03, 4 sensors and transducers 5 computer set Rys. 2. Stanowisko do badań tribologicznych typu tarcza trzpień T-11: 1 cyfrowy wzmacniacz Spider 8, 2 sterownik BT-11, 3 sterownik BT-03, 4 czujniki i przetworniki pomiarowe, 5 zestaw komputerowy

188 T R I B O L O G I A 5-2016 The test stand is composed of a digital amplifier Spider 8 (1), controllers BT-11 and BT-03 (2, 3), sensors and transducers (4), and a computer (5) equipped with software registering the parameters of the experiment. The desired pressure on the sample was performed by means of applied weights. In order to determine wear intensity of the studied materials, before the test, each sample was weighed with a precision down to ten-thousandth parts of a gram with the use of laboratory scales RADWAG. RESULTS OF THE RESEARCH Before the friction tests, the hardness of the samples was determined (with Vicker s method) on the improved side of the surface layer of steel 20MnCr5. Table 2 presents the obtained measurements. Table 2. A summary of the hardness of the surface layer of steel samples 20MnCr5 Tabela 2. Zestawienie twardości ulepszonej warstwy wierzchniej próbek stali 20MnCr5 Material and the applied sample Hardness [HV] Carburized, hardened and tempered steel 20MnCr5 744 Boronized, hardened and tempered steel 20MnCr5 794 Vacuum chromizing, hardened and tempered steel 20MnCr5 230 Powder pack chromizing, hardened and tempered steel 20MnCr5 291 Fig. 3. The structure and distribution of micro-hardness of the surface layer of steel 20MnCr5 after carburizing (930 C, 6 h), hardening (900 C, 0.5 h) and tempering (200 C, 2 h) Rys. 3. Struktura oraz rozkład mikrotwardości w warstwie wierzchniej stali 20MnCr5 po: nawęglaniu (930 C, 6 h), hartowaniu (900 C, 0,5 h) i odpuszczaniu (200 C, 2 h)

5-2016 T R I B O L O G I A 189 Subsequently, metallographic specimens were produced in order to assess the surface layer. Next, the distribution of micro-hardness was determined. Figures 3, 4, 5, and 6 below present the achieved structures. At the depth of 0.5 mm, the value of micro-hardness exceeds 1700 µhv, and upon exceeding 0.5 mm, it falls systematically, reaching a value below 1600 µhv at the depth of 2 mm. Fig. 4. The structure and distribution of micro-hardness of the surface layer of the steel 20MnCr5 after boronizing (950 C, 6 h), hardening (900 C, 0.5 h) and tempering (200 C, 2 h) Rys. 4. Struktura oraz rozkład mikrotwardości w warstwie wierzchniej stali 20MnCr5 po borowaniu (950 C, 6 h), hartowaniu (900 C, 0,5 h) i odpuszczaniu (200 C, 2 h) Fig. 5. The structure and distribution of micro-hardness of the surface layer of steel 20MnCr5 after vacuum chromizing (1110 C, 8 h), hardening (900 C, 0.5 h), annealing (700 C, 0.33 h) and tempering (200 C, 2 h) Rys. 5. Struktura oraz rozkład mikrotwardości w warstwie wierzchniej stali 20MnCr5 po chromowaniu próżniowym (1110 C, 8 h), hartowaniu (900 C, 0,5 h), wyżarzaniu (700 C, 0,33 h) i odpuszczaniu (200 C, 2 h)

190 T R I B O L O G I A 5-2016 At the depth of 0.1 mm, the obtained micro-hardness exceeds 2000 µhv. Below this depth, hardness dramatically falls and assumes values approximate to the value of the material (steel 20MnCr5) without thermo-chemical heat treatment, i.e. down to the value of 200 µhv. The obtained micro-hardness in the surface layer is approximately 450 µhv. In its layer carbides (Cr, Fe) are formed. The obtained hardness results from the process of hardening. Due to the temperature and the duration of chromizing process (8 hours) in the total volume of the material, there occurred changes causing the unification of micro-hardness in the surface layer. Fig. 6. The structure and distribution of micro-hardness of the surface layer of steel 20MnCr5 after powder chromizing process (950 C, 8 h), hardening (900 C, 0.5 h) and tempering (200 C, 2 h) Rys. 6. Struktura oraz rozkład mikrotwardości w warstwie wierzchniej stali 20MnCr5 po chromowaniu metodą proszkową (950 C, 8 h), hartowaniu (900 C, 0,5 h) i odpuszczaniu (200 C, 2 h) The obtained value of micro-hardness in the surface layer reaches 450 µhv and falls to the level of ca. 440 µhv from the depth approximately 0.2 mm. This layer is too thin to allow for determining its hardness at the load of HV 0.1. In such a case, the thickness of the layer of carbides and nitrides is too small for this layer to endure high loads during dry friction. Results of friction tests Three friction tests were performed for each type of a material. The obtained results were used for determining an average wear intensity I av, an average frictional coefficient µ av and an average frictional force T av. Table 3 presents the results of the tests at unit pressures equalling p t = 1.5 MPa.

5-2016 T R I B O L O G I A 191 Table 3. A summary of the average frictional force, the frictional coefficient and wear intensity values for the tested samples of steel 20MnCr5 after thermo-chemical heat treatment at unit pressures p t = 1.5 MPa Tabela 3. Zestawienie wartości średnich: siły tarcia, współczynnika tarcia oraz intensywności zużycia próbek ze stali 20MnCr5 poddanych obróbce cieplno-chemicznej przy naciskach jednostkowych p t = 1,5 MPa No. 1. 2. 3. 4. Material and the applied treatment Carburized, hardened and tempered steel 20MnCr5 Boronized, hardened and tempered steel 20MnCr5 Vacuum chromizing, hardened, annealed and tempered steel 20MnCr5 Powder pack chromizing, hardened and tempered steel 20MnCr5 Average wear intensity I av [mg/m 3 ] p t = 1.5 MPa Average frictional coefficient µ av p t = 1.5 MPa Average frictional force T av [N] p t = 1.5 MPa 1296.9 0.49 12.08 483.3 0.43 10.01 15509.9 0.5 12.42 14255.8 0.45 10.58 CONCLUSIONS The conducted tribological tests on wear intensity of specific materials indicate that the highest resistance to abrasive wear is characteristic of steel 20MnCr5 upon boronizing and classic carburizing with hardening. However, boronizing leads to the creation of a very hard surface layer. Its thickness reaches ca. 100 µm. The samples subjected to vacuum and powder diffusion chromizing featured intensive wear. This corresponds to the thickness of their surface layer that did not exceed 10 µm. Hence, in the conditions of high loads, and dry friction such type of treatment is undesirable. REFERENCES 1. Tarasiuk W., Krupicz B., (2009) Analiza właściwości materiałów stosowanych na płyty form cegły silikatowej, Acta Mechanica & Automatica, Vol. 3, No 1, s. 107-110.

192 T R I B O L O G I A 5-2016 2. Tarasiuk W., Krupicz B., (2010) Doświadczalne określenie rozkładu nacisków bocznych w formie podczas zagęszczania mieszanki wapienno-piaskowej. Tribologia, nr 6, s. 117-122. 3. Węgrzyn T., Piwnik J., Silva A., Plata M., Hadryś D., (2013) Micro-jet technology in welding, Proc of ISOPE, Anchorage, USA, June 30 July 5, 178-180. 4. Piwnik J., Hadryś D., Skorulski G., (2013) Plastic properties of weld after microjet cooling; Journal of Achievements in Material and Manufacturing Engineering, 59. 5. Dobrzański L. A., (2006) Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Warszawa, WNT. 6. Dobrzański L. A., (2009) Podstawy metodologii projektowania materiałowego. Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. 7. Burakowski T., (2004) Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchni. Radom, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej. 8. Burakowski T., Napadłek W., (2008) Laserowe umacnianie udarowe materiałów konstrukcyjnych stan aktualny oraz perspektywy technologiczne. Prace Instytutu Elektrotechniki, nr 237, s. 45-60. 9. Paczkowska M., Waligóra W., (2005) Wpływ borowania laserowego na strukturę warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego. Journal of Reserch and Applicatios Agricultural Engineering, Vol. 59-64. 10. Babul T., Nakonieczy A., Senatorski J., (2006) Możliwości podwyższenia właściwości eksploatacyjnych stali narzędziowych przy wykorzystaniu procesów nawęglania. Inżynieria Powierzchni nr 2, s. 3-8. 11. Kasprzycka E., Senatorski J., Bogdański B., (2013) Tribological properties of chromized tool steel in conditions of sliding friction and concentrated contact, w: Proceedings Conference BALTTRIB, ss. 79-82. 12. Bogdański B., Kasprzycka E., (2008) Multifunkcjonalne warstwy węglikowe typu CrC+(ni-Mo) wytwarzane w procesie chromowania próżniowego. Inżynieria Materiałowa, nr 6, s. 819-822. 13. Bortoleto E.M., Rovani A.C., Seriacopi V., Profito F.J., Zachariadis D.C., Machado I.F., Sinatora A., Souza R.M., (2013) Experimental and numerical analysis of dry contact in the pin on disc test, Wear 301, s. 19 26. 14. Bressana J.D, Darosa D.P., Sokolowskib A., Mesquitac R.A., Barbosa C.A., (2008) Influence of hardness on the wear resistance of 17-4 PH stainless steel evaluated by the pin-on-disc testing, journal of materials processing technology 205, 353 359. 15. Instrukcja obsługi (2005) Tester typu trzpień tarcza T-11, Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu. The studies were performed within the projects S/WM/1/2013 and S/WZ/1/2015 financed from the science fund by The Ministry of Science and Higher Education.

5-2016 T R I B O L O G I A 193 Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych wykonanych na stanowisku typu trzpień-tarcza T-11, które pozwoliły określić intensywność zużycia ściernego stali 20MnCr5 poddanej wybranym obróbkom cieplno- -chemicznym. Badana stal po procesie ulepszania cieplnego charakteryzuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi i jest wykorzystywana na mocno obciążone elementy maszyn. Często wykorzystuje się ją na elementy poddawane intensywnemu zużyciu ściernemu. Analizie poddano procesy: nawęglania, borowania oraz różne metody chromowania dyfuzyjnego. W przypadku dużych obciążeń wskazane jest borowanie lub nawęglanie z hartowaniem. Chromowanie odznacza się bardzo cienką warstwą o zwiększonej twardości, dlatego charakteryzuje się małą odpornością na zużycie ścierne przy dużych obciążeniach.