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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter April 4, 2020

Influence of Nitriding and Multiple Peening on Surface Characteristic of Tool Steel AISI D2

Der Einfluss des Nitrierens und des Mehrfachstrahlens auf die Oberflächeneigenschaft des Werkzeugstahls X153CrMoV12
K. Nambu, M. Nishio, M. Okumiya and J. Miyamoto

Abstract

The purpose of this study is to clarify the effect of the combined treatment of nitriding and multi-stage peening on the friction and wear characteristics of tool steel AISI D2. In the measurement of the surface roughness, it was clarified that the size of the dimple changes by the multiple peening treatment when the nitriding treatment is not applied. It was indicated that the surface roughness increased by forming the Sn layer on the surface when the nitriding treatment was performed. It was revealed that the hardness increased significantly by applying multiple peening treatment after nitriding treatment in hardness measurement. In residual stress measurement, it was revealed that residual stress of about −1500 MPa is imparted by multiple peening treatment. In addition, it could be shown that higher residual stress is given after the nitriding treatment. It became obvious the friction coefficient of AISI D2 can be greatly reduced by nitriding multiple peening treatment. In addition, it was clarified that the friction coefficient can be reduced even with only the multiple peening treatment.

Kurzfassung

Der Zweck dieser Studie ist es, den Effekt der kombinierten Behandlung von Nitrieren und Mehrfachstrahlen auf die Reibungs- und Abriebeigenschaften von X153CrMoV12 zu klären. Bei der Messung der Oberflächenrauheit wurde gezeigt, dass sich die Größen der Vertiefungen um das Vielfache durch Mehrfachstrahlen ändern, wenn die Nitrierbehandlung nicht angewendet wird. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Oberflächenrauheit durch Bilden der Sn-Schicht auf der Oberfläche anstieg, wenn die Nitrierbehandlung durchgeführt wurde. Zudem wurde beobachtet, dass die Härte durch Anwendung einer Mehrfachstrahlbehandlung nach der Nitrierbehandlung bei der Härtemessung signifikant anstieg. Bei der Eigenspannungsmessung wurde gezeigt, dass eine Druckeigenspannung von etwa −1500 MPa durch Mehrfachstrahlen erzeugt wird. Darüber hinaus wurde ersichtlich, dass nach der Nitrierbehandlung eine höhere Druckeigenspannung auftritt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Reibkoeffizient von X153CrMoV12 durch Nitrieren mit Mehrfachstrahlen stark verringert werden kann. Darüber hinaus war es nachweisbar möglich, den Reibkoeffizient auch nur mittels der Mehrfachstrahlbehandlung zu verringern.


3 (corresponding author/Kontakt)

References

1. Nambu, K.; Matsuzaka, K.; Egami, N.: Influence of Fine Particle Bombarding on Various Characteristics of SUP10. Transact. Japan Soc. Mechan. Eng.A 76 (2010) 768, pp. 10961102, 10.1299/kikaia.76.1096 (in Japanese)Search in Google Scholar

2. Nambu, K.; Egami, N.: Influence of vacuum carburizing treatment on fatigue crack growth characteristic in DSG2. Fract. Struct. Integr.9 (2015) 34, pp. 271279, 10.3221/IGF-ESIS.34.29Search in Google Scholar

3. Kikuchi, S.; Nakamura, Y.; Nambu, K.; Ando, M.: Effect of shot peening using ultra-fine particles on fatigue properties of 5056 aluminum alloy under rotating bending. Mater. Sci. Eng. A652 (2016), pp. 279286, 10.1016/j.msea.2015.11.076Search in Google Scholar

4. Morita, T.; Noda, S.; Kagaya, C.: Influence of Fine-Particle Bombarding and Conventional Shot Peening on Surface Properties of Steel. Mater. Trans.55 (2014) 4, pp. 646652, 10.2320/matertrans.M2013322Search in Google Scholar

5. Nakamura, Y.; Aoki, T.; Shimizu, T.; Kikuchi, S.; Nambu, K.; Akahori, T.: Effect of Fine Particle Peening using Hydroxyapatite Shot Particles and Plasma Sprayed Hydroxyapatite Coating on Fatigue Properties of Beta Titanium alloy. WIT Transactions on Engineering Sciences116 (2017), pp. 205211, 10.2495/MC170211Search in Google Scholar

6. Nambu, K.; Monda, K.; Inagaki, K.; Maeyama, Y.; Kikuchi, S.: Effect of hardness ratio on the behavior of plastic deformation in various metallic materials treated with fine particle peening. Proc. 30th International conference on Surface Modification Technology, 29.06.-01.07.16, Milan, Italy, POLIMI, 2016, on CDSearch in Google Scholar

7. Nambu, K. Monda, K.; Toya, H.Usami, H.: Effect of mechanical properties on the erosion mechanism by fine particle peening. Proc. Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength, 19.–22.09.16, Tomaya, Japan, CSJ, 2016, on CDSearch in Google Scholar

8. Nambu, K.; Toya, H.Usami, H.; Takizawa, Y.; Keju-Chou, Y.; Saito, M.; Yamada, Y.; Ando, A.: Erosive wear mechanism of metal on fatigue particle peening process. Proc. 6th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology, 22.-25.04.15, Okinawa, Japan, JSME, KSME, 2015, on CDSearch in Google Scholar

9. Kikuchi, S.; Mizutani, M.; Kameyama, Y.; Komotori, J.: Effect of fine particle peening on Ni ion elution behavior of Ni-Ti shape memory alloy. J. Japan Soc. Abras. Technol.57 (2013) 8, pp. 530535 (in Japanese), open accessSearch in Google Scholar

10. Cao, Q.; Tuchiya, K.; Harada, Y.; Tomus, D.; Morii, K.; Todaka, Y.; Umemoto, M.: Influence of Shot Peening Condition on Surface Amorphization/Nanocrystallization in TiNi Shape Memory Alloy. J. Japan Inst. Met. Mater.70 (2006) 6, pp. 473477, 10.2320/jinstmet.70.473 (in Japanese)Search in Google Scholar

11. Poon, R. W. Y.; Yeung, K. W. K.; Liu, M. Y.; Chu, P. K.; Chung, C. Y.; Lu, W.; Cheung, K. M. C.; Chan, D.: Carbon plasma immersion ion implantation of nickel – titanium shape memory alloys. Biomaterials26 (2005) 15, pp. 22652272, 10.1016/j.biomaterials.2004.07.056Search in Google Scholar PubMed

12. Kikuchi, S.; Hirota, Y.; Komotori, J.: Effect of particle size for peening on microstructural changes in steel. J. Soc. Mater. Sci.60 (2011) 6, pp. 547553, 10.2472/jsms.60.547 (in Japanese)Search in Google Scholar

Published Online: 2020-04-04
Published in Print: 2020-04-09

© 2020, Carl Hanser Verlag, München

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