Combined method for surface hardening of Р6M5 steel by deposition of N + Ti and N + Cr diffusion coatings and selective laser post-treatment of substrate

• Autorzy: Pashechko Mykhaylo , Kindrachuk Myroslav , Khyzhnyak Viktor , Tisov Oleksandr , Zagrebelniy Volodymyr , Yurchuk Alina

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2019.1.2

Warianty tytułu

PL

Utwardzanie powierzchni stali P6M5 metodą łączącą osadzanie powłok dyfuzyjnych N + Ti i N + Cr oraz obróbkę laserową podłoża

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of current research is to improve wear resistance of tool steels. Chemical heat treatment is a well-known method to do this. Nitriding is a well known method of improving surface hardness and wear resistance. Due to high hardness, low thickness, these coatings often crack and spall out of the substrate. We supposed that varying hardness and composition of the coating will facilitate wear resistance and will help to avoid coating cracking. In this order we propose to use selective laser treatment of cutting edge by laser beam after chemical heat treatment. This locally changes the structure of steel, thus changing the thickness and hardness of coating. A following chemical heat treatment was done — single- (nitriding with laser pre-treatment) and bilayer (nitriding + metallization with laser post-treatment) coatings. Laser post-treatment provides local hardening of steel substrate, with no influence on diffusion layer chemistry. In a work we considered the structure, phase and chemical composition, microhardness of surface areas of steel P6M5 (substitute of PN SW7M, EN HS6–5–2) after chemical heat treatment: nitriding with further titanizing or chromizing and laser post-treatment. For this we used laser installation LATUS-31, radioelectron microscope REMMA 101A. The content of chemical elements was determined by EDS (heavy elements) and WDS (light elements) methods using REMMA 101A built-in facilities. Dry wear test was performed in sliding conditions using block-on-ring test layout. It is proved that combined coatings have better wear resistance versus coatings formed by common nitriding. Laser treatment of substrate prior to chemical heat treatment has a superior effect on the properties of diffusion coatings, increasing their wear resistance in order of two (compared with untreated coatings) Results of analysis indicate that nitrochromized coating on laser post-treated tool steel P6M5 has the best wear resistance under dry sliding friction.

PL

Nowoczesny materiał do produkcji narzędzi skrawających musi mieć dużą wytrzymałość mechaniczną, odporność na zużycie i efektywny stosunek ceny do jakości. Obecnie większość materiałów ma niewystarczającą odporność na zużycie, co powoduje brak narzędzi do cięcia materiałów. Skuteczną metodą wzmacniania stosunkowo niedrogich materiałów takich jak stal P6M5 i inne (substytut PN SW7M, EN HS6– 5–2) jest stosowanie ochronnych powłok dyfuzyjnych. Jedną z powszechnych metod obróbki cieplno-chemicznej jest azotowanie. Jednak taka obróbka ma szereg wad: długi czas trwania procesu, mała grubość powłoki, której duża twardość prowadzi do znacznego gradientu właściwości mechanicznych między warstwą dyfuzyjną a materiałem osnowy. Aby zredukować czas azotowania, proponujemy wstępną obróbkę laserową materiału podstawowego. Azotowanie z następującym nasyceniem tytanem i chromem pozwala dodatkowo poprawić właściwości skrawające stali P6M5. Jednak nasycenie metalu w temperaturze powyżej 1000°С prowadzi do całkowitego odpuszczania materiału osnowy pod badaną powłoką. Aby temu zapobiec, proponujemy przeprowadzenie obróbki laserowej po obróbce cieplno-chemicznej.

Słowa kluczowe

EN

steel P6M5; nitrotitanizing; nitrochromizing; selective laser treatment; friction; wear resistance

PL

stal P6M5; azototytanowanie; azotochromowanie; obróbka laserowa; tarcie; odporność na zużycie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 9--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Pashechko Mykhaylo

• Department of Fundamentals of Technology, Lublin University of Technology

autor

Kindrachuk Myroslav

• Engineering Department, National Aviation University, Kyiv

autor

Khyzhnyak Viktor

• Department of Fundamentals of Technology, National Technical Univerity of Ukraine “KPI”, Kyiv

autor

Tisov Oleksandr

• Engineering Department, National Aviation University, Kyiv, Ukraine, 3Department of Fundamentals of Technology, National Technical Univerity of Ukraine “KPI”, Kyiv

autor

Zagrebelniy Volodymyr

• Engineering Department, National Aviation University, Kyiv

autor

Yurchuk Alina

• Computerized Electrical Systems and Technology Department, National Aviation University, Kyiv

Bibliografia

• [1] Aleksandrov V. A.: Combined TCT process for surface hardening of steels. Metal Science and Heat Treatment 52 (5) (2010) 214÷218.
• [2] Baiyang L., Lingchuan X., Keer Y.: Wear behavior of chromizing-titanizing coating. Advanced Tribology: Proceedings of CIST 2008 & ITSIFTOMM 2008 (2010) 623÷624.
• [3] Lin N., Xie F., Zhou J., Zhong T., Wu X., Tian W.: Microstructures and wear resistance of chromium coatings on P110 steel fabricated by pack cementation. Journal of Central South University of Technology 17 (6) (2010) 1155÷1162.
• [4] Pashechko M., Dziedzic K., Barszcz M.: Badania struktury i właściwości warstw wierzchnich powłok ze stopów eutektycznych Fe–Mn–C–B. Inzynieria Materiałowa 2 (2012) 82÷85.
• [5] Kindrachuk M., Golovko L., Pysarenko V., Ishchuk N.: Patent No. 19551 of Ukraine MPC (2006) С23С8/02. Method of combined laser-chemical heat treatment of materials. Application date. 04.07.2006. No. С23С 8/02 Published. 15.12.2006, bull. No. 12.
• [6] Brover A., Kreinin S., Priimak A.: Strength of laser-treated tool steel. Russian Engineering Research 30 (11) (2010) 1169÷1171.
• [7] Payne D.: Microhardness of laser treated carbide coatings on metal cutting tools. Wear. 33 (2) (1975) 377÷379.
• [8] Pellizzari M., Flora M.: Influence of laser hardening on the tribological properties of forged steel for hot rolls. Wear 271 (9–10) (2011) 2402÷2411.
• [9] Koval’chenko M., Paustovskii A., Botvinko V., Tamarov A.: Electrospark alloying followed by laser treatment of high-speed steel cutting tools. Powder Materials, Parts And Coatings 35 (5) (1996) 227÷230.
• [10] Kindrachuk M., Ishchuk N., Pysarenko V., Golovko L., Iahia М.: Patent 25412 of Ukraine, MPC (2006) С23С 8/02. Method of forming of wear resistant descrete nitrided coatings. Application date 22.03.07, published. 10.08.07, bull. No. 12. 5p.
• [11] HishimotoT., Jzumi T., Hayashi S., Narita T.: Two-sten? Cr and Al diffusion on TiAl at high temperatures. Intermetallies 11 (2003) 225÷235.
• [12] Khyzhniak V., Kurylo N., Shahrajchuk М.: The structure and wear resistance of carbide and nitride coatings of titanium, vanadium and chromium on steel C–0.9 surface. Scientific news of NTUU «КPI» 3 (2007) 105÷109.
• [13] Kulu P., Kulcicky J., Petrdlik M.: Nitrotitanizing of sintered iron articles. Powder Metallurgical Materials, Parts And Coatings 14 (5) (1975) 396÷398.
• [14] Tisov O.: New pecularities of generation of friction-induced leyers on the wear surface of Cо–TіC cemented carbides. Problems of Tribology 77 (3) (2015) 6÷13.
• [15] Zheng-yang Li Xu-hui Xing, Ming-jiang Yang, Bing Yang, Zhi-yuan Ren, Hua-qiang Lin: Investigation on rolling sliding wear behavior of wheel steel by laser dispersed treatment. Wear 314 (1–2) (2014) 236÷240.
• [16] Sagaro R., Ceballos J. S., Blanco A., Mascarell J.: Tribological behaviour of line hardening of steel U13A with Nd:YAG laser. Wear 225–229 (1) (1999) 575÷580.
• [17] Colaço R., Gordo E., Ruiz-Navas E. M., Otasevic M., Vilar R.: A comparative study of the wear behaviour of sintered and laser surface melted AISI M42 high speed steel diluted with iron. Wear 260 (9–10) (2006) 949÷956.
• [18] Heitkemper M., Fischer A., Bohne Ch., Pyzalla A.: Wear mechanisms of laser-hardened martensitic high-nitrogen-steels under sliding wear. Wear 250 (1–12) (2001) 477÷484.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).