Laser modification of B-Ni galvanic-diffusion layer

• Autorzy: Bartkowska A. , Pertek-Owsianna A. , Przestacki D.

Warianty tytułu

PL

Laserowa modyfikacja warstwy B-Ni galwaniczno-dyfuzyjnej

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań boroniklowanej stali C45 po laserowej modyfikacji. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę, mikrotwardość, kohezję i odporność na zużycie przez tarcie wytworzonej warstwy. Proces wytwarzania galwaniczno-dyfuzyjnej warstwy boroniklowanej składał się z: nakładania wstępnej powłoki galwanicznej niklu i następnego borowania dyfuzyjnego. Do niklowania galwanicznego użyto kąpieli Wattsa, która składała się z siarczanu niklawego, chlorku niklawego, kwasu borowego. Borowanie dyfuzyjne prowadzono metodą gazowo-kontaktową w temperaturze 950o C w proszku borującym zawierającym bor amorficzny, aktywator KBF4 i wypełniacz w postaci sadzy. Laserowa obróbka cieplna (LOC) była wykonana przy użyciu lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPF TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW. Laserową modyfikację warstwy boroniklowanej przeprowadzono przy użyciu mocy lasera P = 1,04 kW i prędkości skanowania wiązką laserową v: 0,67 m∙min-1, 1,12 m∙min-1, 2,88 m∙min-1, średnicy wiązki lasera d = 2 mm. Po boroniklowaniu struktura warstwy wierzchniej składa się z: przypowierzchniowej zwartej ciągłej strefy o mikrotwardości 1200 HV0,1 i głębiej położonej o strukturze iglastej odpowiadającej mikrotwardości borkom żelaza oraz rdzenia. Po laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymano nową warstwę składającej się z: strefy przetopionej (SP), strefy wpływu ciepła (SWC) i rdzenia o łagodnym gradiencie mikrotwardości od powierzchni do rdzenia. Mikrotwardość w osi ścieżki warstwy wierzchniej laserowo obrobionej cieplnie wynosiła 1100 HV0,1. W wyniku oddziaływania wiązki lasera otrzymana warstwa charakteryzowała się dobrymi właściwościami w stosunku do warstw borowanej i boroniklowanej.

EN

The paper presents test results for boronickelized C45 steel after laser surface modification. Influence of laser heat treatment on the microstructure, microhardness, cohesion and wear resistance of surface layer was investigated. The process of galvanic-diffusion boronickelized layer consists of nickel plating followed by diffusion boronizing. For nickel plating Watts bath was used, which uses a combination of nickel sulfate and nickel chloride, along with boric acid. Diffusion boronizing treatment was used in the gas-contact method at temperature 950ºC for 4 h in boronizing powder, containing: amorphous boron, KBF4 as activator and carbon black as a filler. The laser heat treatment (LHT) was carried out with technological laser TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 of nominal power 2.6 kW. Laser modification of the boronickelized layer was carried out with laser power P 1.04 kW and at laser beam scanning rate v: 0.67 m∙min-1, 1.12 m∙min-1, 2.88 m∙min-1 and laser beam d = 2 mm. After boronickelizing the microstructure of surface layer was composed of: compact-continuous subsurface zone of microhardness 1200 HV0,1, and deeper situated zone , at microhardness similar to needle-like iron borides. After laser heat treatment with re-melting, a new layer was obtained, which included: re-melted zone (MZ), heat affected zone (HAZ) and a substrate, with a mild microhardness gradient from the surface to the substrate. The microhardness measured along the axis of track after laser heat treatment of the boronickelized layer was about 1100 HV0,1. As a result of the influence of laser beam, the new layer was characterized by good properties in comparison to boronized and boronickelized layers.

Słowa kluczowe

PL

laserowe przetapianie; borowanie dyfuzyjne; niklowanie galwaniczne; modyfikacja; mikrostruktura; mikrotwardość

EN

laser remelting; diffusion boronizing; nickel plating; microstructure; microhardness

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, nr 1
• Strony: 6--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska A.

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznan University of Technology

autor

Pertek-Owsianna A.

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznan University of Technology

autor

Przestacki D.

• Institute of Mechanical Technology, Poznan University of Technology, pl. M. Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Burakowski T., Wierzchoń T: Inżynieria powierzchni metali. Warszawa 1995.
• [2] Kula P.: Inżynieria warstwy wierzchniej. Monografie. Łódź 2000.
• [3] Kusiński J.: Lasery w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo „Akapit”, Kraków 2000.
• [4] Napadłek W., Przetakiewicz W.: Struktura stali 40H hartowanej laserowo. Konferencja Naukowo-Techniczna „Nowe materiały - nowe technologie materiałowe w przemyśle okrętowym i maszynowym”, 1998, 169-176.
• [5] Steen W.M.: Laser material processing-an overview. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5, 2003, S3-S7.
• [6] Morimoto J., Ozaki T., Kubohori T., Morimoto S., Abe N., Tsukamoto M.: Some properties of boronized layers on steels with direct diode laser. Vacuum, 83, 2009, 185-189.
• [7] Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W.: Microstructure of laser boronized nodular iron. Surface & Coatings Technology 205, 2010, 2542-2545.
• [8] Safonov A. N.: Special features of boronizing iron and steel using a continuous-wave CO 2 laser. Metal Science and Heat Treatment, 1998, 40, 1-2, 6-10.
• [9] Pertek A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymanych w procesie borowania gazowego. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.
• [10] Kulka M.: The gradient Boride Layers Formed by Borocarborizing and Laser Surface Modification. Rozprawy nr 428. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2009.
• [11] Bartkowska A., Pertek A., Jankowiak M., Jóźwiak K.: Borided layers modyfied by chromium and laser treatment on C45 steel. Archives of Metallurgy and Materials, 2012, vol. 57, nr 1, 211-214.
• [12] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2000.
• [13] Balandin Yu. A.: Termochemical treatment in fluidized bed. Surface hardening of die steel by diffusion boronizing, borocopperizing and borochromizing in fluidized bed. Metal Science and Heat Treatment, 2005, vol. 47, 3-4, 103-106.
• [14] Bartkowska A., Pertek A.: Wpływ powłoki niklu na efekty borowania dyfuzyjnego stali konstrukcyjnej C 45. Inżynieria Powierzchni, 2009, 2, 89-92.
• [15] Grachev S.V., Mal’tseva L.A., Mal’tseva T.V., Kolpakovf A.S., Dmitriev M.Yu: Boronizing and borochromizing in a vibrofluidized bed. Materials Science and Heat Treatment, 1999, vol. 41, 11-12, 465-468.
• [16] Kolesnikov, Yu.V., Anan'evskii, V.A., Govorov, I.V.: Formation of coatings resistant to contact impact loading by various borochromizing methods. Soviet Materials Science, 1989,
• vol. 25, 1, 91-94.
• [17] Maragoudakis N.E., Stergioudis G., Omar H., Pavlidou E., Tsipas D.N.: Boro-nitriding of steel US 37-1, Materials Letters 2002, 57, 949-952.
• [18] Młynarczak A., Piasecki A.: Budowa i właściwości dyfuzyjnych warstw chromoborowanych wytwarzanych na stalach narzędziowych. Archiwum technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, vol. 24, 2, 173-184.
• [19] Özbek I., Akbulut H., Zeytin S., Bindal C., Ucisik A. H.: The characterization of borided 99.5% purity nickel. Surface and Coatings Technology, 2000, 126, 166-170.
• [20] Pertek A., Jóźwiak K.: Efect of silicon on the structure and properties of iron boride layers. VI Miedzynarodowa Konferencja, nt. Węgliki, azotki, borki. Kołobrzeg, 1993, 53-57.
• [21] Przybyłowicz K., Konieczny M., Depczyński W.: Borowanie w pastach z dodatkiem modyfikatorów: siarki, miedzi lub niklu Inżynieria Materiałowa, 1999, 3, 264-266.
• [22] Sen S., Sen U.: The effect of boronizing and boro-chromizing on tribological performance of AISI 52100 bearing steels. Industrial Labrication and Tribology, 2009, vol. 61, 3, 146-153.
• [23] Wierzchoń T., Bieliński P., Sikorski K.: Formation and propierties of multicomponent and composite borided layers on steel. Surface and Coatings Technology, 1995, vol. 73, 121-124.
• [24] Bartkowska A., Pertek A., Jankowiak M., Jówiak K., Klimek L.: Mikrostruktura, skład fazowy i mikrotwardość warstw boroniklowanych modyfikowanych wiązką laserową. Inżynieria Materiałowa, 2012, vol. 185, 1, 32-36.
• [25] Bartkowska A., Pertek A., Popławski M.: Wpływ modyfikacji laserowej na strukturę i mikrotwardość warstw boro niklowanych i borochromowanych. Inżynieria Materiałowa, 2012, vol. 189, 5, 452-455.
• [26] PN-EN ISO 6507–1, Metale, Pomiar twardości sposobem Vickersa. Część 1: Metoda badań. Warszawa, czerwiec 2007.
• [27] Verein Deutscher Ingenieure Normen, VDI 3198, 1991.
• [28] PN-EN ISO 6508–1, Metale, Pomiar twardości sposobem Rockwella. Część 1: Metoda badań (skale A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T). Warszawa, sierpień 2007.