The Effect of Shielding Gas Composition on Microstructure and Abrasive Wear Resistance Fabricated with PTA Alloying Technique

Abstract

Powierzchnie stalowe SAE 1020 były oddzielnie stopowane z wcześniej nałożonymi proszkami wysokowęglowego żelazo- chromu (FeCr), żelazo-molibdenu (FeMo) i żelazo-tytanu (FeTi) za pomocą techniki PTA. Dzięki zastosowaniu trzech różnych typów gazu osłonowego w trakcie procesu wytwarzania stopu, badano wpływ modyfikacji składu gazu osłonowego na mikro- strukturę, twardość i odporność na ścieranie próbek. Najbardziej jednorodną mikrostrukturę i najwyższą odporność na ścieranie otrzymuje się w środowisku gazowym, które zawiera 3% H2. Zwiększenie zawartości H2 do 5% w składzie gazu osłonowego spowodowało powstanie luk i porów w mikrostrukturze oraz spadek odporności na ścieranie. Badania dyfrakcji rentgenowskiej próbek pozwoliły zidentyfikować roztwory stałe żelazo-molibdenu i żelazo-tytanu, ferryt, austenit i martenzyt jako pierwszą fazę w ich mikrostrukturze, oraz FeC. Cr7C3, G3C2, Fe3C, Fe7C3. MoC i TiC jako drugą fazę. W związku z tym stwierdzono, że zmiany w składu gazu osłonowego w procesie stopowania wpłynęły na mikrostrukturę próbek i właściwości ścierne.

Keywords

• In this study
• SAE 1020 steel surfaces were separately alloyed with preplaced high-carbon-ferro-chromium (FeCr)
• ferro-molybdenum (FeMo) and ferro-titanium (FeTi) powders by using plasma transferred arc (PTA) heat source. By using three different types of shielding gas compositions during the alloying process
• the study investigated the effects of modified shielding gas composition on the microstructure
• hardness
• and abrasive wear resistance of specimens. The most homogenous microstructure and the highest wear resistance was obtained in the gaseous environment which included 3% of H2. Increasing this rate to 5 % in the shielding gaseous composition caused gaps and pores in the microstructure and caused a decrease in the wear resistance. The x-ray examinations of the specimens identified ferro-molybdenum and ferro-titanium solid solutions
• ferrit
• austenite and martensite phases in their microstructure as the first phase and FeC
• Cr7C3
• Cr3C2
• Fe3C
• Fe7C3
• MoC and TiC phases as the second phase. As a result
• it was concluded that changes in shielding gas composition in surface alloying process affected specimens’ microstructure and abrasive wear properties