ENHANCEMENT OF THE ABRASIVE WEAR RESISTANCE

OF GRAY CAST IRON BY FERRITIC NITROCARBURIZING PROCESS

 

AMELIORATION DE LA RESISTANCE A L’USURE

PAR ABRASION DES FONTES GRISES

PAR LE PROCEDE DE NITROCARBURATION FERRITIQUE

 

M.Z. Touhami1*, S. Tlili1, A. Khettache2, Y. Khelfaoui3, A. Hadji1

1 Badji Mokhtar-Annaba University, Laboratory of Foundry: P.O. Box 12, 23000 Annaba, Algeria.

2 Badji Mokhtar-Annaba University, Laboratory of Physical Metallurgy and Properties of Materials,

3University of Bejaia-Algeria

* Corresponding author. E-mail: mohamedtouhami33@yahoo.fr

Received: 04 January 2012; revised version accepted: 29 January 2012

 

Abstract

     The aim of this work was to evaluate the abrasive wear resistance of a gray cast iron using salt bath nitrocarburizing. The samples were nitrocarburized at different treatment times using a constant temperature (580°C). The microstructures of the nitrocarburized layers were examined and various phases present were determined by low angle X-ray diffraction. The abrasive wear tests were conducted by means of a pin on disc under unlubricated conditions. The nitrocarburizing process affected the surface properties and diffusion layer. The results have shown that the compound layer was composed of

e-Fe2–3(C, N) and ?’-Fe4(C, N) iron carbonitrides with a thin overlayer of iron oxides Fe203 and Fe3O4, the thickness of these layers increased with increasing time. Also, it was observed that the surface hardness increased about two times depending on process parameters. The highest hardness and better abrasive wear resistance were obtained for sample nitrocarburized for 580°C/6h. The mechanism of surfaces damaged by the wear tests was explained by scanning electron microscopy.

 

Keywords: Gray cast irons; Salt bath nitrocarburizing; Surface properties; Abrasive wear.

 

Résumé

     L’objectif de ce travail est d’évaluer la résistance de l’usure abrasive des fontes grises par le procédé de nitrocarburation en bain de sel. Les échantillons ont été nitrocarburés à la température constante (580°C) et à différents temps de diffusion. Les microstructures des couches nitrocarburées ont été examinées et les variétés de phases présentes ont été déterminées en utilisant la diffraction des rayons X à incidence rasante. Les tests d’usure par abrasion type pion-disque ont été conduits dans les conditions non lubrifiées. Le processus de nitrocarburation a apporté de grandes modifications de propriétés au niveau des surfaces. Les résultats ont montré que la couche de combinaison est formée de carbonitrures de fer de types e-Fe2–3(C, N) et de la phase ?’-Fe4(C, N) en présence de couches d’oxydes de fer Fe203 et Fe3O4 situées en extrême surface et l’épaisseur de ces dites couches augmente avec l’augmentation du temps. Aussi, il a été observé que la dureté a augmenté de l’ordre de deux fois par rapport au substrat et cela en fonction des paramètres du procédé. La grande dureté et la meilleure résistance à l’usure par abrasion ont été obtenues dans le cas de l’échantillon nitrocarburé à 580°C/6h. Le mécanisme d’usure des surfaces endommagées par les tests d’usure a été expliqué par la microscopie électronique à balayage.

 

Mots clés : Fontes grises ; Nitrocarburation en bain de sels ; Propriétés de surfaces ; Usure abrasive.

 


 

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