Laser heat treatment of gas-nitrided layer produced on 42CrMo4 steel

• Autorzy: Kulka M. , Michalski J. , Panfil D. , Wach P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.21

Warianty tytułu

PL

Laserowa obróbka cieplna warstwy azotowanej wytworzonej na stali 42CrMo4

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gas nitriding, together with gas carburizing and gas carbonitriding, is the most commonly used thermochemical treatment. This process resulted in many advantageous properties: high hardness, enhanced corrosion resistance, and considerably improved wear resistance and fatigue strength. A wide range of steels, including special nitriding steels (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), low alloy steels, tool steels as well as austenitic steels, can be nitrided. Special attention requires the nitride layer at the surface that is mainly critical to such properties as corrosion resistance or resistance to friction wear. In this study, gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel resulting in ε + γ′ compound layer at the surface. Next, the nitrided layer was laser heat treated (LHT) using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as a single tracks and as multiple tracks with overlapping of about 86%. LHT caused the decomposition of continuous compound layer and an increase in hardness of previously nitrided layer, enlarging the hardened zone. The results showed an advantageous influence of laser heat treatment on the wear resistance.

PL

Azotowanie gazowe, obok gazowych procesów nawęglania i azotonawęglania, jest najpowszechniej stosowaną obróbką cieplno-chemiczną. Proces ten skutkuje wieloma korzystnymi właściwościami: dużą twardością, poprawą odporności korozyjnej oraz znacznie zwiększoną odpornością na zużycie i wytrzymałością zmęczeniową. Proces jest szeroko stosowany w odniesieniu do stali, w tym specjalnych stali do azotowania (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), stali niskostopowych, narzędziowych, jak również stali austenitycznych. Szczególnej uwagi wymaga warstwa azotków przy powierzchni, która ma istotne znaczenie dla takich właściwości jak odporność na korozję czy na zużycie przez tarcie. W pracy przeprowadzono azotowanie gazowe stali 42CrMo4, wytwarzając przy powierzchni strefę związków ε + γ′. Następnie, warstwę azotowaną poddano laserowej obróbce cieplnej (LOC) za pomocą lasera CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Wykonano pojedyncze ścieżki laserowe, a także ścieżki wielokrotne ze stopniem zachodzenia około 86%. LOC powodowała rozpad ciągłej strefy związków i zwiększenie twardości wcześniej azotowanej warstwy, rozszerzając strefę utwardzoną. Wyniki wykazały korzystny wpływ obróbki laserowej na odporność na zużycie.

Słowa kluczowe

EN

gas nitriding; laser heat treatment; microstructure; hardness; wear resistance

PL

azotowanie gazowe; laserowa obróbka cieplna; mikrostruktura; twardość; odporność na zużycie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 301--305
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Kulka M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

autor

Michalski J.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie

autor

Panfil D.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

autor

Wach P.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie

Bibliografia

• [1] Michalski J., Wach P., Tacikowski J., Betiuk M., Burdyński K., Kowalski S., Nakonieczny A.: Contemporary industrial application of nitriding and its modifications. Materials and Manufacturing Processes 24 (2009) 855÷858.
• [2] Mittemeijer E. J., Planck M.: Fundamentals of nitriding and nitrocarburizing. Steel Heat Treating Fundamentals and Processes 4A (2013) 619÷646.
• [3] Sommers M., Mittemeijer E.: Layer, growth, kinetics on gaseous nitriding of pure iron: evolution of diffusion coefficients for nitrogen in iron nitrides. Metallurgical and Materials Transactions A 26 (1995) 57÷74.
• [4] Altinsoy I., Onder K. G., Celebi Efe F. G., Bindal C.: Gas nitriding behavior of 34CrAlNi7 nitriding steel. Acta Physica Polonica A 125 (2014) 414÷416.
• [5] Michalski J., Tacikowski J., Wach P., Lunarska E., Baum H.: Formation of single-phase layer of g′-nitride in controlled gas nitriding. Metal Science and Heat Treatment 47 (2005) 516÷519.
• [6] Fra̧czek T., Olejnik M., Tokarz A.: Evaluation of plasma nitriding efficiency of titanium alloys for medical applications. Metalurgija 48 (2) (2009) 83÷86.
• [7] Conci M. D., Bozzi A. C., Franco Jr. A. R.: Effect of plasma nitriding potential on tribological behaviour of AISI D2 cold-worked steel. Wear 317 (2014) 188÷193.
• [8] Ogórek M., Skuza Z., Frączek T.: The efficiency of ion nitriding of Austenitic stainless steel 304 using the “Active screen”. Metalurgija 54 (1) (2015) 147÷150.
• [9] Yan M. F., Wang Y. X., Chen X. T., Guo L. X., Zhang C. S., You Y., Bai B., Chen L., Long Z., Li R. W.: Laser quenching of plasma nitride 30CrMnSiA steel. Material and Design 58 (2014) 154÷160.
• [10] Schwartz B., Goehring H., Meka S. R., Schacherl R. E., Mittemeijer E. J.: Pore formation upon nitriding iron and iron-based alloys: The role of alloying elements and grain boundaries. Metallurgical and Materials Transactions A 45A (2014) 6173÷6186.
• [11] Major B.: Chapter 7: Laser processing for surface modification by remelting and alloying of metallic systems in “Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques”. Edited by Yves Paleau, Elsevier (2006).
• [12] Goły M., Kusiński J.: Microstructure and properties of the laser treated 30CrMnMo16-8 chromium steel. In: Problems of modern techniques in aspect of engineering and education, eds. Paweł Kurtyka et al., Monography, Pedagogical University, Institute of Technology Cracow (2006) 183÷188.
• [13] Schaaf P.: Laser nitriding of metals. Progress in Materials Science 47 (2002) 1÷161.
• [14] Carpene E., Schaaf P.: Laser nitriding of iron and aluminum. Applied Surface Science 186 (2002) 100÷104.
• [15] Colombini E., Sola R., Parigi G., Veronesi P., Poli G., Laser quenching of ionic nitrided steel: effects of process parameters on microstructure and optimalization. Metallurgical and Material Transaction 45A (2014) 5562÷5573.
• [16] Pertek A., Kulka M.: Microstructure and properties of nitrided 40HM steel after laser surface modification. Inżynieria Materiałowa 3 (2004) 629÷632.
• [17] Wang Y. X., Yan M. F., Li B., Guo L. X., Zhang C. S., Zhang Y. X., Bai B., Chen L., Long Z., Li R. W.: Surface properties of low alloy steel treated by plasma nitrocarburizing prior to laser quenching process. Optics & Laser Technology 67 (2014) 57÷64.
• [18] Makuch N., Kulka M., Dziarski P., Przestacki D.: Laser surface alloying of commercially pure titanium with boron and carbon. Optics and Lasers in Engineering 57 (2014) 64÷81.
• [19] Michalski J., Tacikowski J., Wach P., Ratajski J.: Controlled gas nitriding of 40 HM and 38 HMJ steel grades with and without the surface compound layer, composed of iron nitrides. Maintenance Problems 2 (2006) 43÷52.