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Decarburization-controlled internal oxidation of rolling bearing steel SAE 52100 at the dissociation pressure of wüstite

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Veröffentlicht/Copyright: 5. Januar 2022
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International Journal of Materials Research
Aus der Zeitschrift International Journal of Materials Research Band 94 Heft 1

Abstract

Incomplete internal oxidation of rolling bearing steel SAE 52100 in Rhines pack consisting of Fe2O3 and Fe powder was applied to determine the permeability for oxygen, at the dissociation pressure of wüstite, between 1073 and 1373 K. Simultaneous rim decarburization permitted the examination of ferritic and austenitic base material and the ascertainment of the influence of the α – γ phase transformation on the oxidation rate. The narrow transition range at around 1170 K is characterized by oxygen partly diffusing in ferrite and in austenite. Bulk diffusion of oxygen was found to be the main transport mechanism. The slight preceding of grain boundary oxidation diminishes with increasing temperature in both investigated iron phases. The permeation constants of ferrite and austenite for oxygen, in equilibrium with wüstite, can be described by Arrhenius-type equations. From these expressions, the solid solubilities of oxygen in ferrite and austenite were derived by inserting literature data on the concerning diffusivities. These results are comparable with literature data published previously. Incomplete oxidation of alloying elements due to the formation of protective oxide layers around precipitated particles and accelerated oxygen diffusion along metal/oxide phase boundaries may raise the deduced permeability for oxygen.

Abstract

Die unvollständige innere Oxidation von Wälzlagerstahl SAE 52100 im Rhines-Pack, bestehend aus Fe2O3- und Fe- Pulver, wurde zur Ermittlung der Sauerstoffpermeabilität, am Zersetzungsdruck von Wüstit, zwischen 1073 und 1373 K verwendet. Die gleichzeitige Randentkohlung erlaubte die Untersuchung von ferritischem und austenitischem Grundmaterial und die Bestimmung des Einflusses der α – γ-Phasenumwandlung auf die Oxidationsgeschwindigkeit. Der schmale Übergangsbereich um 1170 K ist dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff teilweise im Ferrit und im Austenit diffundiert. Volumendiffusion von Sauerstoff wurde als hauptsächlicher Transportmechanismus festgestellt. Das schwache Vorauseilen der Korngrenzenoxidation lässt mit steigender Temperatur in beiden untersuchten Eisenphasen nach. Die Permeationskonstanten von Ferrit und Austenit für Sauerstoff, im Gleichgewicht mit Wüstit, können durch Gleichungen vom Arrhenius-Typ beschrieben werden. Durch Einsetzen von Literaturdaten der betreffenden Diffusionskoeffizienten in diese Ausdrücke wurden die Löslichkeiten im festen Zustand von Sauerstoff in Ferrit und Austenit abgeleitet. Diese Ergebnisse sind mit früher publizierten Literaturdaten vergleichbar. Unvollständige Oxidation von Legierungselementen infolge der Entstehung oxidischer Schutzschichten um ausgeschiedene Teilchen und beschleunigte Sauerstoffdiffusion entlang der Metall/Oxid-Phasengrenzen können die abgeleitete Sauerstoffpermeabilität erhöhen.

Keywords: Rolling bearing steel; Internal oxidation; Rim decarburization; Rhines pack; Ferrite–austenite phase transformation; Oxygen permeability; Scanning electron microscopy
Dr. Jürgen Gegner SKF GmbH (Material Physics) Ernst-Sachs-Str. 5, D-97424 Schweinfurt, Germany Tel.: +49 9721 563 763 Fax: +49 9721 562 729

Funding statement: The author is grateful to Dipl.-Ing. A. Weible (Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, Germany) for supporting the sample preparation.

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Received: 2002-09-19
Published Online: 2022-01-05

© 2003 Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Frontmatter
  2. Editorial
  3. Editorial
  4. Preisverleihung
  5. Werner-Köster-Preis 2001
  6. Aufsätze
  7. On crystallographic texture in real face-centred cubic single crystals
  8. Thermodynamic assessment of the Pb–Zn system
  9. Lattice misfit in CMSX4-like nickel-base superalloys and its temperature dependence
  10. Surface gas nitriding of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si alloys
  11. The effect of Nd substitution for mischmetal on creep performance of Mg-2.5 RE-0.35 Zn-0.3 Mn-0.03 Zr alloy
  12. Decarburization-controlled internal oxidation of rolling bearing steel SAE 52100 at the dissociation pressure of wüstite
  13. Oxidation behavior of TiNi–Pd shape memory alloys
  14. Recrystallization and particle growth in Al-based SiC particle-reinforced composites
  15. Artificial aging and creep of an Al–Ge–Si alloy
  16. Effect of solution hardening on high-speed deformation for ferritic steels
  17. Transient temperature and internal stress analysis of quenched centric and eccentric cylindrical tubes
  18. Instructions for Authors/Richtlinien Für Autoren
  19. Instructions to authors/Richtlinien Für Autoren
  20. Notifications/Mitteilungen
  21. Personal/Personelles
  22. Books/Bücher
  23. Conferences/Konferenzen
https://doi.org/10.3139/ijmr-2003-0008
Schlagwörter für diesen Artikel
Rolling bearing steel; Internal oxidation; Rim decarburization; Rhines pack; Ferrite–austenite phase transformation; Oxygen permeability; Scanning electron microscopy

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  8. Thermodynamic assessment of the Pb–Zn system
  9. Lattice misfit in CMSX4-like nickel-base superalloys and its temperature dependence
  10. Surface gas nitriding of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si alloys
  11. The effect of Nd substitution for mischmetal on creep performance of Mg-2.5 RE-0.35 Zn-0.3 Mn-0.03 Zr alloy
  12. Decarburization-controlled internal oxidation of rolling bearing steel SAE 52100 at the dissociation pressure of wüstite
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  16. Effect of solution hardening on high-speed deformation for ferritic steels
  17. Transient temperature and internal stress analysis of quenched centric and eccentric cylindrical tubes
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