Dalarna University's logo and link to the university's website

A hardened and tempered component of boron steel, which revealed

an intergranular fracture after fatigue testing, have been studied. It was suspected

that the component was embrittled by boron precipitation in the grain boundaries.

This hypothesis is the motivation for this work. A reference component which

exhibits good fatigue properties was used. In order to understand the different

mechanical properties, both samples was studied in detail.

A small notched specimen from each component were fractured

in-situ in an auger

electron microscope (AES) to study the fracture surfaces with minimum oxygen

contamination. During the AES-analysis, boron nitride in grain boundaries and

particles containing Ca and Mn was found in both specimen. The fracture was of

both brittle and ductile mode for both specimen. P and C were found on every

intergranular surface studied.

Fracture surfaces, polished and etched cross sections were studied using scanning

electron microscope (SEM). Micro hardness measurement reveal that the

microstructure in the material with low fatigue resistance consists of large fraction

of a softer phase.

Since both specimen show a lot of defects, boron embrittlement is not the

contributing factor for low fatigue resistance. The quality of the product would

probably increase by reducing the amount of defects. The challenging issue is

quantification of the amount of the softer phase. It is believed that the softer phase

can be retained austenite or ferrite. Both can occur as a consequence of faulty heat

treatment, but with different process parameters. A Jominy test showed equal

hardenability for both components, this indicates heat treatment differences.

En komponent av härdat och anlöpt borstål som uppvisat

interkristallint restbrott och oönskat låg utmattningshållfasthet har studerats.

Misstankar fanns att komponenten försprödats genom utskiljning av borpartiklar i

materialets korngränser. Denna misstanke är grunden till arbetet. Som referens har

en likadan komponent studerats med skillnaden att denna visat god

utmattningshållfasthet och problemfri användning. För att förstå orsaken bakom de

skiftande egenskaperna har de båda komponenterna undersökts i detalj.

Provstavar har slagits av

in-situ i vakuum i ett Augerelektronmikroskop (AES) för

att undersöka brottytan med minimerade möjligheter för denna att oxidera. Vid

AES-analysen fann man bornitrider i korngränserna samt kalcium- och

manganpartiklar från stålframställningen i båda proverna. Brottytorna bestod i

båda fallen av duktila och spröda områden där fosfor och kol förekom på alla

interkristallina brottytor som undersöktes.

Brottytorna samt polerade och etsade tvärsnitt av proverna har studerats i ett

svepelektronmikroskop (SEM), det senare för att bestämma mikrostrukturen.

Studien av tvärsnitten kombinerat med mikrohårdhetsmätning visade att provet

med sämst utmattningsegenskaper innehåller en större mängd av en mjukare fas.

Då både proverna innehåller stora mängder defekter var problemet inte kopplat till

borförsprödning i sig även om en minimering av dessa och andra partiklar höjer

komponentens kvalitet. Orsaken finns istället i den större andelen mjukare fas som

det sämre provet innehåller. Fasen tros vara restaustenit eller ferrit. De båda

faserna kan uppkomma genom felaktig värmebehandling men vid olika avvikande

processparametrar. Ett jominytest visade att komponenternas härdbarhet är lika,

detta tyder på att värmebehandlingen för dem varit annorlunda i tillverkningen.