Prof. dr hab. inŜ. Leopold BERKOWSKI
Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań e-mail: inop@inop.poznan.pl
Umocnienie zgniotowe wybranych
stali konstrukcyjnych
Strain hardening of selected constructional steels
StreszczenieW artykule przedstawiono wyniki doświadczeń, których celem była ocena skutków umocnienia zgniotowego na zimno (w obniŜonej temperaturze) stali konstrukcyjnych E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ i 33H3MF z pomocą swo-bodnego spęczania oraz wgniatania twardej kulki. Stwierdzono, Ŝe największe umocnienie wykazywała stal 33H3MF w stanie ulepszonym cieplnie.
Abstract
The paper presents results of the experiment, where the aim was an assessment of results of the strain hardening (in a low temperature) of constructional steels E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ i 33H3MF after free upsetting and indents the hard globule into materials. According to this methods proves, that the highest of the strain harde-ning had 33H3MF steel in tougheharde-ning state.
Słowa kluczowe: odkształcenie plastyczne, umocnienie, stal konstrukcyjne, twardość Keywords: plastic deformation, strain hardening, constructional steel, hardness
1. WSTĘP
Współczesne maszyny i środki transportu są bardzo wyspecjalizowane, a ich charaktery-styki eksploatacyjne dostosowane są ściśle do przeznaczenia. Z funkcji, jaką one spełniają w Ŝyciu codziennym, wynikają cechy uŜytko-we waŜnych elementów takich wyrobów. Za-równo w pojazdach, jak i maszynach pewne części zuŜywają się w wyniku ścierania lub mogą ulec uszkodzeniu skutkiem dynamicz-nych, zmiennych obciąŜeń. W pewnych przy-padkach decydujące znaczenie ma twardość materiału i sposób smarowania, w innych - sposób obciąŜenia, występowanie korzystnego układu napręŜeń w wierzchniej warstwie nara-Ŝonego elementu. W artykule pominięte zosta-ną metody, których celem jest wyłącznie po-prawa warunków tarcia. Interesować nas bę-dzie umacnianie zgniotowe, sposób, który przy jednoczesnej poprawie odporności na ścieranie
1. INTRODUCTION
Present day machines and means of trans-port are highly specialized and their exploita-tion characteristics are strictly adapted to the destination. The functions they fulfill in everyday life determine the utilization fea-tures of the essential parts of such products. Both in vehicles and in machines, some parts are worn due to abrasion or can be damaged as result of variable dynamic loads. In some cases, the material hardness and the way of is of lubrication are of major importance; in ot-hers, the manner of load, occurrence of advan-tageous stress arrangement in the top layer of the exposed material. The paper does not deal with the methods whose purpose is merely to improve the friction conditions. We will fo-cus on strain hardening, a method which not only improves the abrasion resistance as result of the increase of hardness, but also causes
w wyniku wzrostu twardości, powoduje zmianę układu napręŜeń własnych, wpływający na wzrost wytrzymałości zmęczeniowej materiału. Stosowanie odkształcenia plastycznego na zimno, w wielu przypadkach, pozwala zastąpić kosztowne materiały, bogate w drogie składni-ki, stalami, w których udział takich drogich składników jest znacznie mniejszy.
2. ZMIANY STRUKTURALNE I POWIERZCHNIOWE
Skutki obróbki plastycznej na zimno (obję-tościowej i powierzchniowej) zaleŜą od struk-tury materiału. Największe zdolności do umac-niania mają stale z duŜą zawartością roztwo-rów, austenitu i ferrytu, oraz stopy metali nie-Ŝelaznych o sieci A1, jak stopy miedzi i stopy aluminium. Stale ulepszone cieplnie o struktu-rze sorbitycznej według [1] wykazują mniejsze skłonności do umocnienia, nawet od stali za-hartowanej, o strukturze martenzytycznej.
Wytrzymałość zmęczeniowa części ma-szyn i pojazdów zaleŜy takŜe od gładkości po-wierzchni. Poprawę tej właściwości moŜna uzyskać przez nagniatanie gładkościowe, po-wodujące umocnienie stosunkowo cienkiej warstwy materiału. Zmianie ulega takŜe chro-powatość powierzchni; znikają nierówności tworzące karby i powodujące spiętrzenie na-pręŜeń, prowadzące do tworzenia się pęknięć, awarii. Głębokość zgniotu zaleŜy od konstruk-cji nagniataka, warunków obróbki i struktury obrabianego materiału.
Nagniatanie powoduje w strefie styku na-rzędzia z przedmiotem dwojakiego rodzaju odkształcenia: odkształcenie spręŜyste i pla-styczne. Jednocześnie w warstwie wierzchniej obrabianego przedmiotu następuje zmiana struktury ziaren; zmiana orientacji i pierwotne-go kształtu (wydłuŜenie) ziaren oraz ich roz-drobnienie. Struktura materiału o wyraźnie uporządkowanych kierunkach krystalograficz-nych ziaren nosi nazwę tekstury i ma właści-wości anizotropowe. Zmiana stanu warstwy wierzchniej powoduje wzrost własności me-chanicznych półwyrobu na pewnej głębokości od powierzchni.
modification of the internal stress arrangement influencing the increase of the material fatigue strength. In many cases, the application of cold plastic deformation allows for the substitution of expensive materials, rich in expensive com-ponents, with steels in which the content of such expensive components is much less.
2. STRUCTURAL AND SURFACE MODIFICATIONS
The results of cold plastic forming (volu-metric and surface) depend on the structure of material. The materials with the highest ability of strain hardening are steels with high content of austenite and ferrite solutions, as well as non-ferrous metal alloys with A1 lattice, such as copper alloys and aluminium alloys. Toughened steels with sorbitic structure according to [1] show less tendency to strain hardening, even as compared to hardened steel with martensitic structure.
Fatigue strength of machine and vehicle parts depends also on the surface smoothness. This property can be improved by smoothness burnishing resulting in hardening of a rela-tively thin material layer. The surface rough-ness is also modified; notches causing stress build-up leading to crack formation and failu-res disappear. The depth of strain hardening depends on the design of the burnishing tool, the processing conditions and on the structure of the material being processed.
Burnishing causes two kinds of deforma-tions in the zone of the tool contact with the ob-ject: elastic and plastic deformation. At the same time, modification of the grain struc-ture, orientation and the primary shape (elon-gation) as well as comminution of the grains takes place in the top layer of the object under processing. Material structure with clearly ordered crystallographic directions of the grains is referred to as texture and has ani-sotropic properties. Modification of the top layer condition results in an increase of the semi-product mechanical properties at cer-tain depth from the surface.
Właściwości te zaleŜą od czynników związa-nych z procesem nagniatania, zwłaszcza z pa-rametrami procesu oraz ze strukturą materiału wejściowego.
Przy kształtowaniu objętościowym wymia-ry, kształt półwyrobu i strefa styku narzędzia z obrabianym materiałem decyduje o wielkości obszaru uplastycznionego. Na rys.1a pokazano stan odkształcenia przy zgniataniu szerokiej płyty, dwoma przeciwnie skierowanymi stem-plami. Zakreskowany obszar uplastyczniony zmienia się zaleŜnie od stosunku szerokości stempla (a) do grubości płyty (g) i zwiększa się ze wzrostem tego stosunku. Inaczej wygląda strefa uplastyczniona, na przykład, przy wal-cowaniu poprzecznym wałka (rys.1b).
Those properties are related to the factors in-volved in the process of burnishing, particu-larly to the parameters of the process and to the structure of the initial material.
In solid forming, the semi-product size, shape and the zone of the tool contact with the material under processing determine the size of the plasticized area. Fig. 1a shows the state of deformation when extruding a wide plate by two oppositely directed punches. The shaded plasticized area changes depend-ing on the ratio of the punch width (a) to the plate thickness (g) and it increases with the growth of the ratio. The plasticized zone is different, for example in the case of trans-verse rolling of a shaft (fig. 1b).
Rys. 1. Obszary uplastycznione, przy: a) kształtowaniu stemplami płaskimi, b) przy walcowaniu; 1 – blacha, 2 – stempel, 3 – materiał walcowany, 4 – walec
Fig. 1. Areas plasticized in: a) forming by flat punches, b) rolling; 1 – metal sheet, 2 – punch, 3 – rolled material, 4 – roll
2.1. Umocnienie
Istotne znaczenie ma umocnienie materia-łu: wzrost napręŜeń uplastyczniających wywo-łanych odkształceniem trwałym. Wzrost ten – w ujęciu teorii dyslokacji – spowodowany jest przez przeszkody występujące na drodze ruchu dyslokacji niestacjonarnych. NaleŜą do nich układy dyslokacji stacjonarnych, granice ziaren i inne przeszkody, które skracają drogę dyslo-kacji, powodując ich zagęszczenie. Proces umacniania trwa tak długo, jak długo wzrasta gęstość dyslokacji, zaleŜnie od temperatury i działających w strefie zgniotu napręŜeń. W przypadku granicznym następuje naruszenie spójności materiału, tworzenie się pęknięć.
2.1. Hardening
Material hardening is an important thing: increase of yield stresses resulting from per-manent deformation. That increase, in the light of the dislocation theory, is due to the obstacles occurring in the way of the motions of non-stationary dislocations. These include the ar-rangements of stationary dislocations, grain boundaries and other obstacles which shorten the dislocation path and cause their concentra-tion. The process of hardening goes on as long as the concentration of dislocations increases, depending on the temperature and stresses acting in the zone of cold work. In an extreme case, material coherence is broken, cracks arise. a g Obszar silnie uplastyczniony 1 2 2 Obszar uplastyczniony a) b) 3 4
2.2. Stan napręŜeń własnych
Stan napręŜeń wpływa na właściwości mechaniczne materiału, zwłaszcza na wytrzy-małość zmęczeniową części maszyn i pojaz-dów naraŜonych na wielokrotne, zmienne ob-ciąŜenia, jak, łoŜyska, koła zębate, wały kor-bowe, korbowody, elementy zawieszenia w sa-mochodach i inne. Podczas eksploatacji mak-symalne napręŜenia rozciągające występują przy powierzchni, a ich przekroczenie (prze-kroczenie wytrzymałości rozdzielczej materia-łu) powoduje tworzenie się mikropęknięć, prowadzące niekiedy do całkowitego zniszcze-nia wyrobu. Niszczące napręŜezniszcze-nia rozciągające mogą być kompensowane przez napręŜenia ściskające powstające jako skutek znanych zabiegów technologicznych, nagniatania lub obróbki cieplno-chemicznej, np. nawęglania lub azotowania. W pierwszym przypadku wy-korzystywany jest efekt tworzenia i wzrost gęstości dyslokacji, wad liniowych powodują-cych wzrost objętości materiału przy po-wierzchni obrabianego plastycznie elementu. Tworzy się wtedy charakterystyczny, korzystny układ napręŜeń; ściskających przy powierzchni, rozciągających w głębszej strefie wyrobu (rys. 2).
2.2. Internal stress state
The stress state influences the mechanical properties of the material, particularly the fa-tigue strength of machine and vehicle parts exposed to repeated variable loads like bea-rings, gear wheels, crankshafts, connecting rods, suspension elements in motor cars and others. During exploitation, maximum tensile stresses occur at the surface and exceeding of them (exceeding the cohesion strength of the material) results in formation of micro cracks, sometimes leading to total destruction of the product. Destructive tensile stresses can be compensated by compressive stresses resul-ting from known technological operations of burnishing or thermochemical treatment, e.g. carbonizing or nitriding. In the first case, the effect of forming dislocation concentra-tions, linear defects, is utilized. The defects cause material volume increase at the surface of the plastically processed element. Then a characteristic, advantageous arrangement of stresses arises: compressive ones at the sur-face, tensile ones in the deeper zone of the pro-duct (fig. 2).
Rys. 2. Schemat napręŜeń wyjaśniający wzrost wytrzymałości zmęczeniowej wałka, po nagniataniu Fig. 2. Stress diagram to explain the increase of fatigue strength of a shaft after burnishing
σ
+
Charakter układu, wielkość i rozkład na-pręŜeń zaleŜy od sposobu obróbki plastycznej, parametrów technologicznych zabiegu i wła-ściwości materiału. Do podstawowych parame-trów obróbki powierzchniowej naleŜy nacisk jednostkowy, którego zwiększenie powoduje wzrost zalegania umocnienia, a w efekcie, wzrost wartości napręŜeń ściskających, oraz posuw, wpływający odwrotnie proporcjonalnie na wartość tych napręŜeń. Prędkość zadawania nacisków ma mniejsze znaczenie. Od warun-ków obróbki zaleŜą skutki procesu. W przy-padku kulkowania przy mniejszej sile docisku i większym promieniu kulki mamy procesy nagniatania gładkościowego, odwrotnie – na-gniatanie wzmacniające, z umocnieniem na większą głębokość.
3. WYNIKI BADAŃ
Celem doświadczenia była ocena skutków obróbki, powierzchniowej pięciu wybranych gatunków stali o róŜnej strukturze. śelazo techniczne ARMCO (stal E04J) miało strukturę ferrytyczną, pozostałe, to stal konstrukcyjna do ulepszania cieplnego o średniej zawartości wę-gla (40H), stal do nawęwę-glania 18HGT oraz dwie stale do azotowania; tradycyjna 38HMJ i bardziej nowoczesna 33H3MF. Stale były w stanie wyŜarzonym hutniczo, z wyjątkiem stali 33H3MF, która była w stanie ulepszonym cieplnie (hartowanie 950 oC, 0,5 h i odpuszcza-nie 620 oC, 2 h). Badania miały dać odpowiedź na pytanie, która z badanych stali wykazuje największe umocnienie przy spęczaniu (obrób-ka plastyczna objętościowa) i przy swobodnym wgniataniu twardej, stalowej kulki i średnicy 10 mm (obróbka plastyczna powierzchniowa).
Pomiar twardości na próbce spęczanej wy-konano na maksymalnej średnicy próbki (próbki po spęczeniu miały kształt beczki), w odległości 0,1 mm od powierzchni (rys. 3). W przypadku próbki z odciskiem kulki pomia-ry wykonano prostopadle do powierzchni cza-szy (rys. 4). Twardość próbek HV0,1 mierzono na zgładach z pomocą twardościomierza ZWICK 3212.
The character of the arrangement, the stress magnitude and distribution depends on the method of plastic forming, technological parameters of the operation and the material properties. One of the essential parameters of surface processing is specific load; its increase results in an increase of cold work deposition and, consequently, increase of com-pressive stress values and travel having inversely proportional influence on the value of those stresses. The speed of the pressure application is of less importance. The process results depend on forming conditions. In the case of ball peening, with less pressing force and larger ball radius, the processes of smoothness burnishing take place, in an opposite case – reinforcing burnishing with strain hardening to a larger depth.
3. INVESTIGATION RESULTS
The purpose of the experiment was to assess the results of surface treatment of five selected steel grades of various structures. Technical iron, ARMCO (E04J steel) had ferritic structure, the others were construc-tional toughening steel with medium carbon content, 18HGT carbonizing steel and two nitriding steels: the traditional 38HMJ and the more modern 33H3MF. The steels were in a condition after metallurgical annealing except the 33H3MF which had been toughened (hardening 960 oC, 0.5 h and tempering 620 oC, 2 h). The investigation was to answer the question, which of the steels under the ex-amination shows more hardening in upsetting (solid forming) and in free extrusion of a hard steel ball with the diameter of 10 mm (surface treatment).
Hardness measurement on the upset ple has been performed on the maximum sam-ple diameter (after upsetting, the samsam-ples had barrel shapes), at the distance of 0.1 mm from the surface (fig. 3.). In the case of a sample with a ball imprint, the measurements have been performed perpendicularly to the bowl surface (fig. 4.). HV0.1 hardness has been measured on microsections by means of a ZWICK 3212 hardness tester.
Rys. 3. Spęczanie walca z płaskimi płytami, z tarciem. Obszary: 1 – nie doznający odkształcenia (stoŜki), 2 – odkształcony, takŜe skutkiem występowania napręŜeń obwodowych, 3 – intensywnego płynięcia (między stoŜkami)
Fig. 3. Upsetting of a cylinder with flat plates, with friction. Areas: 1 – not subjected to deformation (cones), 2 – deformed, also due to the occurrence of circumferential stresses, 3 – of intensive flow (between the cones)
Rys. 4. Nagniatanie z pomocą kulki: 1 – kulka, 2 – materiał obrabiany, 3 – strefa odkształceń plastycznych, 4 – kierunki pomiarów twardości
Fig. 4. Burnishing by means of a ball: 1 – ball, 2 – processed material, 3 – plastic deformation zone, 4 – hardness measurement directions
3.1. Badanie twardości próbek spęczanych
Próbki swobodnie spęczane, bez smarowa-nia, mają kształt beczki i charakteryzują się nierównomiernym umocnieniem na przekroju [2]. Dlatego celem porównania skutków ob-róbki plastycznej wybrano stałe miejsce – w drugiej strefie pomiarów twardości, jak na rys. 3.
Wyniki pomiarów twardości oraz jej przy-rosty, po róŜnym gniocie, podano w tablicy 1 oraz na rys. 5. Z badań wynika, Ŝe największy przyrost twardości w pierwszej fazie odkształ-cenia wykazuje Ŝelazo techniczne.
3.1. Examination of the hardness of upset samples
Samples freely upset without lubrication are characterized by uneven strain hardening on their cross section [2]. Therefore, in order to compare the effects of plastic forming, a fixed location of hardness measurement has been selected, as in fig. 3.
The results of hardness measurements and its increases after various drafts can be found in table 1 and in fig. 5. The investigation indi-cates that the largest hardness increase in the first phase of deformation is that of techni-cal iron. 0,9D D 1 2 3 1 2 3 4
Tablica 1. Twardość i przyrost twardości HV0,1 po odkształceniu spęczaniem próbek ze stali E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ i 33H3MF
Table 1. Hardness and HV 0.1 hardness increase after upsetting of E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ and 33H3MF steel samples
Stopień odkształcenia, % Degree of deformation, % Gatunek stali Steel grade 0 20 33,3 46,7 Twardość, HV0,1 Hardness, HV0,1 E04J 139 186 196 203 40H 196 244 257 269 18HGT 190 239 256 271 38HMJ 247 313 346 359 33H3MF 448 548 582 593 Przyrost twardości, ∆ΗV0,1 i w %
Increase of hardness, ∆HV0,1 and in %
E04J 47/34 57/41 64/46 40H 48/24 61/31 79/37 18HGT 49/26 66/35 81/43 38HMJ 66/27 99/40 112/45 33H3MF 100/22 134/30 145/32 0 100 200 300 400 500 600 700 E04J 40H 18HGT 38HMJ 33H3MF Gatunek stali T w a rd o ś ć , H V 0 ,1 0% 20% 33,30% 46,70% a) 0 10 20 30 40 50 E04J 40H 18HGT 38HMJ 33H3MF Gatunek stali P rz y ro st t w a rd o śc i, j .H V 0 ,1 20% 33,30% 46,70% b)
Rys. 5. Wyniki pomiarów twardości próbek spęczanych płytami: a) twardość HV0,1, b) przyrost twardości j. HV0,1 Fig. 5. Hardness measurement results of samples upset with plates: a) HV0.1 hardness, b) increase of HV0.1 hardness
Pozostałe stale, na początku, mają podobny przyrost – od 22 do 27%. Z badanych stali, największa tendencje do umocnienia miała stal do azotowania 38HMJ oraz stal, którą równieŜ moŜna azotować – 18HGT. Stal 33H3MF wy-kazywała, po swobodnym spęczaniu, najmniej-sze przyrosty twardości. Przy większym gnio-cie, w kaŜdym przypadku, przyrost twardości był mniejszy. Największeumocnienie (przyrost twardości) wykazała stal 38HMJ.
3.2. Umocnienie powierzchniowe przez wci-skanie kulki
Zmiany twardości po odkształceniu wci-skaniem na głębokość 0,2 mm, kulki z twardej, hartowanej stali, oceniano na podstawie pomia-rów poprowadzonych w kierunku prostopa-dłym do powierzchni czaszy na głębokość 5 mm. Wyniki pomiarów przedstawiono na rys. 6. Z rysunku wynika, Ŝe skutki odkształce-nia plastycznego zaleŜą od składu chemicznego stali. śelazo techniczne wykazuje, jak po-przednio, największy przyrost umocnienia, lecz nie na duŜej głębokości; na głębokości około 4 mm twardość próbki była zbliŜona do twar-dości rdzenia (w strefie nieodkształconej). Na-tomiast twardość w warstwie pozostałych stali zmieniała się podobnie w całym badanym ob-szarze i zaleŜała od twardości początkowej próbki. Największą twardość miała stal 33H3MF, a następnie, tradycyjna stal do azo-towania 38HMJ. Stwierdzono, Ŝe wielkość umocnienia po odkształceniu kulką (róŜnica pomiędzy twardością przy powierzchni i w rdzeniu) jest zbliŜona do przyrostu twardo-ści próbki z największym gniotem 46,7%, z wyjątkiem stali 38HMJ, o największej twar-dości początkowej. Jest to skutek mniejszej róŜnicy twardości kulki i materiału odkształco-nego, skutek odkształcenia spręŜystego kulki.
4. PODSUMOWANIE
Niezawodność środków transportu i ma-szyn, zaleŜy od trwałości silnie, zmiennie ob-ciąŜonych elementów.
The other steels have similar increase at the beginning – from 22 to 27%. Among the steels under investigation, the strongest tendency to strain hardening was that of the 38HMJ nitriding steel as well as 18HGT which also can be nitrided. The 33H3MF steel showed the least increase of hardness after free upsetting. With larger draft, the hardness in-crease was less in each case. The largest hard-ness increase was shown by the 38HMJ steel.
3.2. Surface hardening by ball thrusting
Hardness changes after deformation by pressing in of a ball made of hardened steel to the depth of 0.2 mm has been assessed basing on measurements performed in the di-rection perpendicular to the bowl surface to the depth of 5 mm. The measurement results have been shown in fig. 6. The figure indicates that the results of plastic deformation depend on the chemical composition of steel. Technical iron shows the highest hardness increase, as before, but not at large depth.; at the depth of about 4 mm the sample hardness was close to that of the core (in the not deformed zone). On the other hand, hardness in the layer of the other steels varied similarly in the whole area and depended on the initial hardness of the sample. The highest hardness was that of the 33H3MF steel followed by the tradi-tional 38HMJ nitriding steel. It has been found that the magnitude of hardness increase after deformation with a ball (the difference of hard-ness at the surface and that in the core) is close to the hardness increase of the sample with the largest draft of 46.7%, except the 38HMJ steel with the highest initial hardness. This is a result of less difference between the hardness of the ball and that of the deformed material, an effect of elastic deformation of the ball.
4. SUMMARY
Reliability of machines and means of transport is closely related to the durability of severely and variably loaded elements.
0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 Odległość od powierzchni, mm T w ar d o ść , H V 0 ,1 E04J 40H 18HGT 38HMJ 33H3MF
Rys. 6. Rozkłady twardości HV0,1 próbek ze stali E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ i 33H3MF, nagniatanych kulką o średnicy 10 mm
Fig. 6. HV0.1 hardness distributions of E04J, 40H, 18HGT, 38HMJ and 33H3MF steels burnished with a ball of 10 mm diameter
W pojazdach samochodowych najbardziej ob-ciąŜonymi elementami są części silnika, zawie-szenia, a w przypadku maszyn: koła zębate, łoŜyska, wałki przenoszące duŜe obciąŜenia, róŜnego rodzaju dźwignie. Części takie nara-Ŝone są w duŜym stopniu na zuŜycie cierne oraz na duŜe, zmienne obciąŜenia. Odpowied-nimi wskaźnikami uŜytkowymi takich zjawisk jest odporność na ścieranie oraz wytrzymałość zmęczeniowa. Te dwie właściwości wyraźnie poprawia obróbka plastyczna, zwłaszcza proces nagniatania, wyraźnie zwiększający twardość przy powierzchni, tworząc struktury gradien-towe, charakteryzujące zmianę właściwości w głąb obrabianego materiału, co potwierdzają profile twardości próbek na przekroju odcisku wygniecionego zahartowaną, stalową kulką.
W pracy oceniono skutki odkształcania (objętościowego i powierzchniowego) pięciu wybranych stali, stosowanych na elementy maszyn i pojazdów. Badania wykazały, Ŝe: 1. badane materiały, po spęczeniu, wykazują
podobny przyrost twardości (umocnienia), malejący ze wzrostem stopnia odkształce-nia,
2. największe umocnienie wykazuje stal 33H3MF, względne – E04J,
In automotive vehicles the most loaded ele-ments are parts of the engine and suspension in machines; gear wheels, bearings, shafts carrying high loads, various kinds of levers. Such parts are much exposed to abrasive wear and to high variable loads. Proper indicators of those phenomena are abrasion resistance and fatigue strength. Those two properties are clearly improved by plastic forming, particu-larly the process of burnishing which increases hardness at the surface forming gradient struc-tures characterizing modification of properties towards the depth of the material, which is proved by the hardness o profiles of the sam-ples on the section of an imprint made with a hardened steel ball.
The paper includes assessment of the effects of solid and surface deformation of five selected steels used for the elements of machines and vehicles. The investigation has shown that:
1. the examined materials, after upsetting, re-veal similar increase of hardness (consoli-dation), decreasing with the increase of the degree of deformation,
2. the highest consolidation is that of 33H3MF steel, the relative – E04J,
3. po nagniataniu kulka stale wykazywały po-dobne profile twardości; niewielki wzrost twardości na głębokości do około 4 mm od powierzchni,
4. największą twardość, przed i po obróbce plastycznej kulką, wykazała ulepszona cieplnie stal 33H3MF,
5. wielkość umocnienia po nagniataniu kulką pozostałych materiałów jest zbliŜona do zmian twardości próbek spęczanych.
3. after burnishing with a ball, the steels re-vealed similar hardness profiles; a slight in-crease of hardness at the depth of about 4 mm from the surface,
4. the highest hardness, before and after plas-tic forming, has been revealed by the toug-hened 33H3MF steel,
5. the magnitude of consolidation of the other materials, after burnishing with a ball, is close to the hardness modification of the up-set samples.
LITERATURA/REFERENCES
[1] Przybylski W.: Obróbka nagniataniem. Technologia i oprzyrządowanie. Wyd. WNT, Warszawa 1979 s. 494, 333 rys. 96 tab. bibliogr. 195 poz.
[2] Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka Plastyczna. Wyd. PWN, Warszawa 1986 s. 325, 251 rys. 36 tab. bibliogr. 16 poz.
[3] Kolej A.: Analiza umocnienia zgniotowego uzyskanego róŜnymi metodami w materiałach stosowanych w prze-myśle samochodowym. Politechnika Poznańska. Wydział Maszyn Roboczych i Transportu. Poznań 2000 s. 73, 57 rys. 19 tab. bibliogr. 10 poz.
