Wear resistance of hypereutectoid steel, alloy with copper and aluminum

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Structure, mechanical properties and wear resistance of hypereutectoid steels with 0.09... 8.97 wt. %. Cu is investigated. Addition of 3 wt. % Cu to the steel is accompanied by an increase in microhardness of pearlite from 380 to 430 HV. At the same time Brinell hardness increases from 340 to 390 HB. A further increase in the concentration of copper has no significant effect on the microhardness of pearlite and the Brinell hardness of the steel. Increasing copper content is the reason for the growth of lamellar pearlite microhardness. Three types of copper-based particles are detected. The first type particles have a size of about 20 nm and are arranged at ferrite intervals of pearlite. The particles of the second type have a size of ~ 1 μm and are arranged at a former grain boundaries of γ-Fe. The particles of the third type have a circular shape and size of ~ 25 μm. Wear resistance of hypereutectoid steel, containing 8.97 wt. % copper, is 3.5 times higher compared to bronze and ~ 23 % in comparison with antifriction cast iron when tested according to the scheme of sliding friction. Mainly, this is due to nanoparticles precipitated in pearlite the copper-based ε-phase. Relative wear resistance of hypereutectoid steel with addition of copper is almost 3 times higher than the durability of bronze in the friction conditions of fixed abrasive particles. The increase in wear resistance in sliding friction conditions, associated with a high content of copper, is due to increases in the volume fraction of cupric nanoparticles.

About the authors

N. V Stepanova

Novosibirsk State Technical University

Email: naty@ya.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

A. A Bataev

Novosibirsk State Technical University

Email: bataev@adm.nstu.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

A. A Sitnicov

I.I. Polzunov Altai State Technical University

Email: sitalan@rambler.ru
46, Lenina avenue, Barnaul, Altai region, 656038, Russian Federation

T. N Oskolkova

Siberian State Industrial University

Email: oskolkova@kuz.ru
42, Kirov st., Novokuznetsk, 654007, Russian Federation

References

  1. Stepanova N.V., Razumakov A.A. The effect of doping with copper and aluminium on structure, mechanical and friction properties of steel // Proceedings of the 8th International Forum on Strategic Technology (IFOST-2013), 28 June - 1 July, Mongolian University of Science and Technology. - Ulaanbaator, Mongolia: IEEE organized, 2013. - Vol. 2. - P. 240-242.
  2. Влияние меди на антифрикционные свойства серых чугунов / Е.Д. Головин, В.А. Кузнецов, В. Кумар, П.А. Попелюх, Н.В. Степанова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2012. - № 1 (54). - С. 81-84.
  3. Stepanova N.V., Razumakov A.A., Lozhkina Е.А. Structure and mechanical properties of Cu-alloyed cast iron // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - Vol. 682. - P. 178-182.
  4. Influence of Surfactants on the Structure and wear resistance of copper alloyed hypereutectoid steel / N. Stepanova, A. Razumakov, E. Lozhkina, I. Zhil'tsov, V. Kuznetsov // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 1040. - P. 53-58. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.1040.53' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.1040.53.
  5. Sil'man G.I., Kamynin V.V., Tarasov A.A. Effect of copper on structure formation in cast iron // Metal Science and Heat Treatment. - 2003. - Vol. 45, iss. 7. - P. 254-258. - doi: 10.1023/A:1027320116132.
  6. Преварский А.П. Исследование системы Fe-Cu-Al // Известия Академии наук СССР. Металлы. - 1971. - № 4. - С. 220-222.
  7. Chairuangsri T., Edmonds D.V. The precipitation of copper in abnormal ferrite and pearlite in hyper-eutectoid steels // Acta Materialia. - 2000. - Vol. 48, iss. 15. - P. 3931-3949. - doi: 10.1016/S1359-6454(00)00176-2.
  8. Cao L., Wu S., Liu B. On the Cu precipitation behavior in thermo-mechanically embrittlement processed low copper reactor pressure vessel model steel // Materials & Design. - 2013. - Vol. 47. - P. 551-556. - doi: 10.1016/j.matdes.2012.12.055.
  9. Fourlaris G., Baker A.J., Papadimitriou G.D. Microscopic characterisation of ε-Cu interphase precipitation in hypereutectoid Fe-C-Cu alloys // Acta Metallurgica et Materialia. - 1995. - Vol. 43, iss. 7. - P. 2589-2604. - doi: 10.1016/0956-7151(94)00474-V.
  10. Chairuangsri T., Edmonds D.V. Abnormal ferrite in hyper-eutectoid steels // Acta Materialia. - 2000. - Vol. 48, iss. 7. - P. 1581-1591. - doi: 10.1016/S1359-6454(99)00442-5.
  11. Amorphous, quasicrystalline and other metastable structures produced at the interface of explosively welded dissimilar materials / I. Malutina, I. Bataev, D. Lazurenko, K. Hokamoto, M. Esikov, V. Mali, A. Jorge Junior, A. Bataev // 22nd International Symposium of Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials (ISMANAM 2015), Paris, France, 13-17 July 2015. - Paris, 2015. - P. 25.
  12. Медь в черных металлах / под ред. И. Ле Мэя, Л.М.-Д. Шетки; пер. с англ. И.Д. Марчуковой, А.Н. Штейнберга; под ред. О.А. Банных. - М.: Металлургия, 1988. - 311 с. - ISBN 5-229-00073-2.
  13. Диаграммы состояния металлических систем: cправочник. В 3 т. Т. 2 / под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1996. - 1024 с. - ISBN 5-217-01569-1.
  14. Shubhank K., Kang Y. Critical evaluation and the termodynamic optimization of Fe-Cu, Cu-C, Fe-C binary systems and Fe-Cu-C ternary system // Calphad. - 2014. - Vol. 45. - P. 127-137. - doi: 10.1016/j.calphad.2013.12.002.
  15. Sil’man G.I. About retrograde solidus and stratification of melt in the Fe-Cu and Fe-Cu-C systems // Metal Science and Heat Treatment. - 2009. - Vol. 51, iss. 1. - P. 19-24. - doi: 10.1007/s11041-009-9120-1.
  16. Яковлев А.Ю., Волчок И.П. Влияние меди на структуру и свойства графитизированной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2008. - № 1. - С. 44-46.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».