Park, Yong-Gwon;Kim, Taek-Su;Ji, Tae-Gu;Wey, Myeong-Yong
Korean Journal of Materials Research
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v.12
no.5
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pp.341-346
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2002
In order to improve the low wear resistance of Ti-6Al-4V alloy, plasma carburization treatment was newly carried out without consumption of its good specific strength and fatigue life over the temperature. Effect of the plasma carburization was analyzed and compared with the non-treated alloy by microstructural observation, structure characterization and mechanical property test. The plasma treated alloy formed a carburized layer of about 150$\mu\textrm{m}$ in depth from the surface, where a fine and hard particles of TiC and $V_4C_3$ were homogeneously dispersed through the layer. It was also found that an increase of the wear resistance, fatigue life and hardness, due to the hard and fine dispersoids.
In order to examine the effect of cementite precipitated on the steel surface on the carburizing rate, the carburizing process was carried out at various boost times to measure the mass gain and carbon flux, phase analysis and carbon concentration analysis were performed on the surface of the carburized specimen. In the case of the only boost type, the longer the boost time, the more the mass gain by the diffused carbon follows the parabolic law and tends to increase. In particular, as the boost time increased, the depth of cementite precipitation and the average size of cementite on the steel surface increased. At a boost time of 7 min, the fraction of cementite precipitated on the surface is 7.32 vol.%, and the carburizing rate of carbon into the surface (surface-carbon flux) is about 17.4% compared to the calculated value because the area of the chemical (catalyst) where the carburization reaction takes place is reduced. The measured carbon concentration profile of the carburized specimen tended to be generally lower than the carbon concentration calculated by the model without considering precipitated cementite. On the other hand, in the pulse type, the mass gain by the diffused carbon increased according to the boost time following a linear law. At a boost time of 7 min, the fraction of cementite precipitated on the surface was 3.62 vol.%, and the surface-carbon flux decreased by about 4.1% compared to the calculated value. As a result, a model for predicting the actual carbon flux was presented by applying the carburization resistace coefficient derived from the surface cementite fraction as a variable.
Nanosized WC and WC-Co powders were synthesised by chemical vapor condensation(CVC) process using the pyrolysis of tungsten hexacarbonyl(W(CO)$_6$) and cobalt octacarbonyl(Co$_2$(CO)$_8$). The microstructural changes and phase evolution of the CVC powders during post heat-treatment were studied using the XRD, FE-SEM, TEM, and ICP-MS. CVC powders were consisted of the loosely agglomerated sub-stoichimetric WC$_{1-x}$ and the long-chain Co nanopowders. The sub-stochiometric CVC WC and WC-Co powders were carburized using the mixture gas of CH$_4$-H$_2$ in the temperature range of 730-85$0^{\circ}C$. Carbon content of CVC powder controlled by the gas phase carburization at 85$0^{\circ}C$ was well matched with the theoretical carbon sioichiometry of WC, 6.13 wt%. During the gas phase carburization, the particle size of WC increased from 20 nm to 40 nm and the long chain structure of Co powders disappeared.
SCR420H steel is a low-carbon chromium alloy steel designed for carburizing heat treatment. Recently, research is being conducted on high-temperature carburization heat treatment to reduce costs and CO2 emissions by shortening the carburization time to meet the international carbon neutral policy. However, this high-temperature carburization heat treatment coarsens the steel grains and causes a decrease in mechanical properties. In this study, a large amount of Ti was added to increase the grain refinement effect in the high-temperature carburizing process. We investigated the microstructure and precipitates of SCR420H steel without Ti (Al steel) and with Ti (AlTi steel). Thermodynamic calculations showed that the AlN and (Ti,Nb)(C,N) precipitated in Al steel, while (Ti,Nb)(C,N) and Ti4C2S2 precipitated in AlTi steel. Addition of Ti increases the fraction of bainite after reheating process. Transmission electron microscopy analysis shows that small amounts of AlN and (Ti,Nb)(C,N) precipitates are formed in the Al steel. The addition of Ti increases the density of (Ti,Nb)(C,N) precipitates and induces the formation of Ti4C2S2 precipitates, increasing the grain coarsening temperature (GCT) under all heat treatment conditions. Higher reheating temperatures also resulted in higher GCT values due to increased precipitation.
Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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1999.06a
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pp.7-12
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1999
This study deals with effects of heat-treatment on the bending fatigue of spur gears. The test gears are heat-treated by two different treatments. After carburization, one group of the test gears is quenched directly, while another group is furnace cooled, reheated then quenched. The fatigue test at a constant stress amplitude is performed by using an electrohydraulic serve-controlled pulsating tester. The S-N curves are obtained and illustrated.
This study presents the carburization process for recycling sludge, which was formed during silicon wafer machining. The sludge used in the carburization process is a mixture of silicon and silicon carbide (SiC) with iron as an impurity, which originates from the machine. Additionally, the sludge contains cutting oil, a fluid with high viscosity. Therefore, the sludge was dried before carburization to remove organic matter. The dried sludge was washed by acid cleaning to remove the iron impurity and subsequently carburized by heat treatment under vacuum to form the SiC powder. The ratio of silicon to SiC in the sludge was varied depending on the sources and thus carbon content was adjusted by the ratio. With increasing SiC content, the carbon content required for SiC formation increased. It was demonstrated that substoichiometric SiCx (x<1) was easily formed when the carbon content was insufficient. Therefore, excess carbon is required to obtain a pure SiC phase. Moreover, size reduction by high-energy milling had a beneficial effect on the suppression of SiCx, forming the pure SiC phase.
The influence of acetylene flow rates on the carburizing behavior of an AISI 4115 steel in 1 ton-class mass production-type vacuum carburizing furnace has been studied through microstructure, carbon concentration, hardness analyses. The AISI 4115 steels were carburized with various flow rates (20, 32.7, 60 l/min) and locations in the furnace (top, center, bottom) at 950℃. The acetylene flow rate played an important role in controlling the carburizing properties of carburized samples, such as effective case depth and uniformity carburizing according to location in the furnace. At an acetylene flow rate of 20 l/min, the carburized samples had a shallow average hardened layer (0.645 mm) compared to the target hardening depth (1 mm) due to low carbon flux and spatial uniformity of carburization (17.8%) in the furnace. At a flow rate of 60 l/min, the carburized samples showed an average hardened layer (1.449 mm) deeper than the target hardening depth and had the spatial uniformity of carburization (98.8%). In particular, at a flow rate of 32.7 l/min, the carburized samples had an average hardened layer (1.13 mm) close to the target hardening depth and had the highest carburizing uniformity (99.1%). As a result, an appropriate flow rate of 32.7 l/min was derived to satisfy the target hardening depth and to have spatial uniform hardened layer in the furnace.
In this study, the carburizing heat treatment process used in aircraft gear manufacturing was compared with the general carburizing heat treatment process using AISI 9310 steel. The process of carburizing followed by slow cooling, and then quenching after austenitizing(Process A) showed less compressive residual stress and less retained austenite in the surface layer compared to the process of quenching directly after carburizing(Process B). In prpcess B, there was a large amount of retained austenite when quenched immediately after carburization, and when treated with subzero, martensite rapidly increased and the compressive residual stress increased significantly, but at the same time, there is a risk of cracking due to severe expansion in volume. Therefore, in the case of aviation parts, it is believed that a step-by-step heat treatment cycle was adopted to ensure stability against heat treatment cracks. As a result of the final tempering after sub-zero treatment, the A process specimen showed a deeper effective case depth and HV700 depth and a higher hardness value above HV700 than the B process specimen.
The effects of duplex-treatment of plasma carburization and CrN coating onto Ti-6Al-4V alloy on its creep properties were investigated by means of a constant stress creep tester. Applying duplex-treatment, specimens having an inner carburized layer of about $150{\mu}m$ in depth and outer CrN layer of about $7.5{\mu}m$ in thickness were prepared. The hardness of duplex-treatment surface was about 1,960 VHN. It also appeared that the duplex-treatment improved the roughness of the surface significantly; $Ra=0.045{\mu}m$ for treated alloy while $Ra=0.321{\mu}m$ for untreated alloy. The steady-state creep behaviors were investigated in a temperature range of $510{\sim}550^{\circ}C$ ($0.42{\sim}0.44T_m$) under an applied stress range of 200~275 MPa. The stress exponent, n, was derived assuming the power law creep behavior. The surface treatment showed a decrease in a value from 9.32 (untreated) to 8.79 (treated). Also the activation energy obtained from an Arrhenius plot increased from 238 to 257 kJ/mol.
This study deals with effects of heat-treatment on the bending fatigue of SCM420 spur gears. The test gears are heat-treated by two different treatments. After carburization, one group of the test gears is quenched directly, while another group is furnace cooled, reheated then quenched. The fatigue test at a constant stress amplitude is performed by using an electrohydraulic serve-controlled pulsating tester. The S-N curves are obtained and illustrated. By comparing the estimated strength with the experimental results, the validity of the previous experimental formula, presented by the authors for estimating the fatigue strength of carburized gears, was discussed for these tested gears.
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