The effect of shielding gas composition on microstructure and abrasive wear resistance fabricated with PTA alloying technique

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.

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, Cr₃C₂, 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.