Commercial carbon steels containing 0.2~0.55 wt.----C were plasma-nitrided or plasma nitrocarburized at $550^{\circ}C$ for 21.6Ks using $H_2-N_2$ or $H_2-N_2$-CO mixed gas respectively. The characteristics of hardening and wear-resistance of each treatment were studied and compared. And also microstructure of nitrided layer and nitrides formed in compound layer near surface were studied. All plasma-nitrided steels investigated showed remarkable increase of surface hardness with the increase of carbon content. But nitrocarburized steels resulted in higher surface-hardness than plasma-nitrided steels, which means that nitrocarburized has higher surface-hardening effect. Plasma-nitrided steels showed hardness increase in through-thickness direction near surface. And also nitrocarburized steels showed similar hardness distribution in through-thickness direction to that of plasma-nitrided steel. However, nitrocarburized steels had higher cross-sectional maximum-hardness than plasma-nitrided steels as much as 100Hv. Wear test showed that the amount of specific wear was reduced by both plasma-nitriding and nitrocarburized, showing that the amount of specific wear was not related to the hardness. But non-treated specimen showed that the amount of specific wear was related to the hardness.
The formation of a thicker hard alloyed layer have been investigated on the surface of aluminum cast alloy (AC2B) by PTA overlaying process with Cr, Cu and Ni motel powders under the condition of overlaying current 125-200A. overlaying speed 150 mm/min and different powder feeding rate 5-20 g/min. In addition the characteristics of hardening and wear resistance of alloyed layer here been examined in relation to the microstructure of alloyed layer. Main results obtained were summarized as follows: 1) There was an optimum overlaying condition to get a good alloyed layer with smooth surface. This good layer became easy to be formed as increasing overlaying current and decreasing powder feeding rate under a constant overlaying speed. 2) Cu powder was the most superior one in metal powders used due to a wide optimum overlaying condition range, uniform hardness distribution of Hv250-350, good oar resistance and freedom from cracking in alloyed layer with fine hyper-eutectic structure. 3) On the contrary, irregular hardness distribution was usually obtained in Cr ar Ni alloyed layers of which hardness was increased as Cr or Ni contents and reached to maximum hardness of about Hv400-850 at about 60wt%cr or 40wt%Ni in alloyed layer. 4) Cracking occurred in Cr or Ni alloyed layers with higher hardness than Hv250-300 at mere than 20-25wt% of Cr or Ni contents in alloyed layer. Porosity was observed in all alloyed layers but decreased by usage of spherical powder with smooth surface.
The thick and hard alloyed layer was formed on the surface of Aluminum Cast Alloy(AC2B) by PTA overlaying process with Cr, Cu and Ni metal powders under the condition of overlaying current 150A, overlaying speed 150mm/min and different powder feeding rate 5-20g/min. The characteristics of hardening and were resistance of alloyed layer have been investigated in relation to microstructure of alloyed layer. As a result, it was made clear that Cu powder was the most superier one in three metal powders used due to an uniform hardness distribution of Hv 250-350, good wear resistance and freedom from cracking in alloyed layer of which microstructure consisted of hypereutectic. On the contrary, irregular hardness distribution was usually obtained in Cr or Ni alloyed layers of which hardness was increased as Cr or Ni contents and reached to maximum hardness of about Hv 400-850 at about 60wt% Cr or 40wt% Ni in alloyed layer. However the cracking occurred in these alloyed layers with higher hardness than Hv 250-300 at more than 20-25wt% of Cr or Ni contents in alloyed layer. Wear rate of alloyed layer was decreased to 1/10 in Cu alloyed layer and 1/5 or 1/3 in Cr or Ni alloyed layer with same hardness of about Hv 300 in comparison with that of base metal at higher sliding speed.
A study has been investigated on the effect of mechanical properties (tension strength, rotary bending fatigue strength, wear resistance, hardness) according to the carbide particle size variation by the treatment of 1) quenching tempering, and 2) quenching, subzero treatment and tempering. The material used in this investigation was a typical bearing steel, high C high Cr, AISI E 52100. The result obtained in this study were as follows : (1) Finer the carbide particle size increasing the hardness and retained austenite in same quenching condition. (2) Finer the carbide particle size reduced the tension and rotary bending fatigue which were resulted from austenite grain growth and carbide precipitation on grain boundry that induced by carbide refine heat treatment. (3) Finer the carbide particel size increasing the wear resistance which were resulted by uniform distribution of carbide and increased hardness induced by microstructural uniform hardenability of matrix. (4) When the carbide particles were refinded, subzero treatment is effective only wear resistance and hardness.
The microstructure and the distribution of hardness of Co and A1 alloy powder cladding layer in high carbon 9CrSi alloy steel for roll materials cladded by laser surface cladding were investigated. And, for the evaluation of soundness as the roll materials, we examined the wear resistance of the cladding materials with the wear appratus of pin on disc type. The experimental results showed that the microstructure of laser cladding layer was constituted with the clad surface layer, the alloy layer, the heat treatment layer with base metal. The wear resistance of Ni alloy Powder cladding material was superior to that of Co alloy powder cladding material both at the low speed (0.46m/s) and the high speed(0.92m/s). It seemed that the behavior of wear showed the abrasive wear at the early stage and the adhesive wear at the late stage.
The formation of thick alloyed layer with high Si content have been investigated on the surface of Al alloy (A5083) plate by PTA process with Si powder. Hardening characteristics and wear resistance of alloyed layer was examined in relation to the microstructure of alloyed layer. Thick hardened layer in mm-order thickness on the surface of A5083 plate can be formed by PTA process with wide range of process condition by using Si powder as alloying element because of eutectic reaction of Al-Si binary alloy. High temperature and rapid solidification rate of molten pool, which are features of PTA process, enable the formation of high Si content alloyed layer with uniform distribution of fine primary Si paticle. High plasma arc current was beneficial to make the alloyed layer with smooth surface appearance in wide range of powder feeding rate, because enough volume of molten pool was necessary make alloyed layer. Uniform dispersion of fine primary Si particle with about 30${\mu}{\textrm}{m}$ in particle size can be obtained in layer with Si content ranging from 30 to 50 mass %. Hardness of alloyed layer increased with increasing Si content, but increasing rate of hardness differed with macrostructure of alloyed layer. Wear resistance of alloyed layer depended on $V_{si}$(volume fraction of primary Si) and was remarkably improved to two times of base metal at 20-30% $V_{si}$ without cracking, but no more improvement was obtained at larger $V_{si}$.
Kang Hyuk-Jin;Ahn Sung-Hoon;Lee Jae-Sang;Lee Jae-Hyung
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제7권1호
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pp.57-61
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2006
The research on surface modification technology has been advanced to improve the properties of engineering materials. Ion implantation is a novel surface modification technology that enhances the mechanical, chemical and electrical properties of substrate's surface using accelerated ions. In this research, nitrogen ions were implanted into AC7A aluminum substrates which would be used as molds for rubber molding. The composition of nitrogenion implanted aluminum and distribution of nitrogen ions were analyzed by Auger Electron Spectroscopy (AES). To analyze the modified surface, properties such as hardness, friction coefficient, wear resistance, contact angle, and surface roughness were measured. Hardness of ion implanted specimen was higher than that of untreated specimen. Friction coefficient was reduced, and wear resistance was improved. From the experimental results, it can be expected that implantation of nitrogen ions enhances the mechanical properties of aluminum mold.
In the present study, AZ91Mg/$\textrm{Al}_2\textrm{O}_3$ short fiber+SiC particulates hybrid metal matrix composites(MMCs) were fabricated by squeeze casting method. Different particulate sizes of 45, 29 and $9\mu\textrm{m}$ were hybridized with 5% volume fraction to investigate the effect of SiC particulates size on microstructure, mechanical and thermal properties such as hardness, flexural strength, wear resistance and thermal expansion. Results show that the microstructure of the hybrid composites were quite satisfactory, namely revealing relatively uniform distribution of reinforcements. Some aggregation of SiC particulates caused by particle pushing was observed especially in the hybrid composites containing in fine particulates($9\mu\textrm{m}$). The hardness and flexural strength were improved by decreasing particulates size, whereas wear resistance improved by increasing particulates size because of large particulates restricting matrix wear from contacted stress. Regardless of particulates size, thermal expansion of composites was the same. This may be because the content of particulates was in all cases 5 volume fraction.1
The Al/Al$_{2}$O$_{3}$ SiC and Al/Al$_{2}$O$_{3}$/C hybrid metal matrix composites (MMCs) were fabricated by squeeze infiltration method. Uniform distribution of reinforcements were found in the microstructure of metal matrix composites. Mechanical tests were carried out under various test conditions to clearly identify mechanical behavior of MMCs, and the wear mechanism of Al/Al$_{2}$O$_{3}$/(SiC or C) hybrid metal matrix composites were investigated. The tensile strength and hardness of hybrid composites was resulted in increasing compared with those of the unreinforced matrix alloy. Wear resistance was strongly dependent upon kinds of fiber, volume fraction and sliding speed. The wear resistance of metal matrix composites was remarkably improved by the addition of reinforcements. Especially, the wear resistance of the hybrid composites of carbon fibers was more effective than in the composites reinforced with alumina and SiC whiskers of reinforcements. This was due to the effect of carbon fiber on the solid lubrication. Wear mechanisms of hybrid composites were suggested from wear surface analyses. The major wear mechanism of hybrid composites was the abrasive wear at low to intermediate sliding speed, and the melting wear at intermediate to high sliding speed.
$Al_2O_3$, SiC reinforced Al matrix composites were fabricated by centrifugal spray casting method and their wear resistance characteristics have been studied. Particles are generally uniformly distributed in the microstructure of as-cast specimens. In order to investigate the effect of secondary deformation, hot rolling was performed for each specimen of pure Al matrix composites with a reduction of 10, 20, 30, 40 and 50% at $400{\sim}500^{\circ}C$, respectively. Microstructure of specimen showed that particle distribution density and hardness increased because of increasing of reduction ratio. Wear test with a various sliding velocity of 1.98, 2.38, 2.88 and 3.53m/sec showed that the wear resistance characterization of composite improved remarkably compared to the normal alloy and performs without reinforced particles. Microstructural observation for the worn surface of pure Al specimens without particles showed that a change in wear mechanism seemed to separate layer by surface fatigue. In other case of Al composite reinforced with $Al_2O_3$ and SiC, the grinder type of wear mechanism was shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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