Surface processing to improve the fatigue resistance of advanced bar steels for automotive applications

Abstract

With the development of new steels and processing techniques, there have been corresponding advances in the fatigue performance of automotive components. These advances have led to increased component life and smaller power transfer systems. New processing approaches to enhance the fatigue performance of steels are reviewed with an emphasis on carburizing and deep rolling. Selected examples are presented to illustrate the importance of the base steel properties on the final performance of surface modified materials. Results on carburized gear steels illustrate the dependence of the fatigue behavior on carburizing process control (gas and vacuum carburizing), alloy additions and microstructure. The importance of retained austenite content, case and core grain size as controlled by processing and microalloy additions, extent of intergranular oxidation, and the residual stress profile on fatigue performance is also illustrated. Specific recent results on the use of microalloying elements (e.g. Nb) and process history control to limit austenite grain growth at the higher carburizing temperatures associated with vacuum carburizing are highlighted. For crankshaft applications, deep rolling is highlighted, a process to mechanically work fillet surfaces to improve fatigue resistance. The influence of the deformation behavior of the substrate, as characterized by standard tensile and compression tests, on the ability to create desired surface properties and residual stress profiles will be illustrated with data on several new steels of current and future interest for crankshaft applications

Crescimento Anormal Do Grão Austenítico E Sua Influência Na Fração Volumétrica De Austenita Retida Após a Têmpera De Um Aço Abnt 5135

“…Contudo, os valores obtidos experimentalmente de M i e M f e o valor calculado de Mi sugerem que não deveria ser esperada a presença de austenita nas amostras analisadas. Neste sentido, o enriquecimento gradual em carbono da austenita em função do aumento da temperatura de austenitização não poderia justificar um aumento da fração de austenita retida, como ocorre nos aços de alto carbono ou nos aços ferramentas [6].…”

“…Geralmente, a transformação não é completa, pois à medida que as placas ou ripas de martensita se formam durante o resfriamento elas circundam e isolam pequenas áreas de austenita, que recebe a denominação de austenita retida; a qual poderá ser transformada para martensita por resfriamento sub-zero ou no revenimento subsequente [1][2][3]. Frequentemente, a austenita retida é indesejável, pois degrada as propriedades mecânicas do aço temperado, leva a alterações dimensionais, diminuição em sua dureza, redução da tenacidade e do limite de resistência à fadiga [4,5] Em outras situações, esta pode até ser benéfica, pois proporciona uma maior ductilidade da peça temperada após cementação [4,6]. Independentemente de sua influência, a sua quantificação é fundamental quando se avalia o desempenho mecânico dos aços temperados [1,4,6].…”

“…Frequentemente, a austenita retida é indesejável, pois degrada as propriedades mecânicas do aço temperado, leva a alterações dimensionais, diminuição em sua dureza, redução da tenacidade e do limite de resistência à fadiga [4,5] Em outras situações, esta pode até ser benéfica, pois proporciona uma maior ductilidade da peça temperada após cementação [4,6]. Independentemente de sua influência, a sua quantificação é fundamental quando se avalia o desempenho mecânico dos aços temperados [1,4,6]. Vários trabalhos foram relatados ao longo dos anos sobre a dependência da temperatura M i em relação ao tamanho de grão da austenita; incluindo pesquisas recentes que envolvem a formação de estruturas com grãos ultrafinos e nanométricos [7][8][9][10].…”

Failure Analysis of Reverse Shaft in the Transmission System of All-Terrain Vehicles

“…Therefore, to prevent fatigue damage and increase the service life of the driven shaft, material strengths are critical. In practice, manufacturing processes and metallurgical techniques are known to have a significant effect on fatigue properties of mechanical parts [14]. In the case of carbon steel with hardened surface, the ultimate tensile strength (UTS) has been shown to be experimentally related to the Brinell hardness number (BHN) by the form of UTS (MPa) = 3.4 9 BHN [9].…”

The Influence of Niobium Microalloying on Austenite Grain Coarsening Behavior of Ti-modified SAE 8620 Steel

“…Thus, several recent studies have considered alloy and process modifications designed to produce suitable precipitate distributions to suppress austenite grain coarsening at carburizing temperatures. [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17] Previous studies have considered processing to control aluminum nitride precipitates 8) and alloying to control precipitates based on titanium and nitrogen additions, 7) niobium, 9) or titanium plus niobium additions. [10][11][12][13][14][15][16] While the previous studies have illustrated the potential of utilizing precipitates to limit austenite grain coarsening during carburizing, there have been no systematic studies designed to provide the necessary fundamental information to optimize precipitate distributions to minimize grain coarsening during carburizing.…”