Zastosowanie boru i miedzi do laserowej modyfikacji powierzchni stali C45

• Autorzy: Bartkowska A. , Pertek-Owsianna A. , Popławski M. , Bartkowski D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.16

Warianty tytułu

EN

Application of boron and copper to the laser modification of C45 steel surface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano wpływ miedzi na procesy borowania dyfuzyjnego i laserowego. Analizowano mikrostrukturę oraz wybrane właściwości stali konstrukcyjnej C45. Miedź nanoszono na stal przed procesami borowania w postaci powłoki galwanicznej. Proces borowania dyfuzyjnego przeprowadzono metodą gazowo-kontaktową w proszku zawierającym bor amorficzny, w temperaturze 950°C przez 4 h. Natomiast proces borowania laserowego polegał na naniesieniu pasty z borem amorficznym, a następnie przetopieniu jej wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną wykonano za pomocą lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPH typu TLF 2600 Turbo o mocy znamionowej 2,6 kW. Zastosowano następujące stałe parametry laserowej obróbki cieplnej: moc wiązki lasera P = 1,04 kW, prędkość skanowania wiązką lasera v = 2,88 m/min, średnica wiązki lasera d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Laserową obróbkę cieplną przeprowadzono dwoma metodami: 1) przetapiania laserowego warstwy galwaniczno-dyfuzyjnej, 2) stopowania laserowego, które polegało na przetopieniu powłoki galwanicznej z pastą borującą. W wyniku borowania dyfuzyjnego warstwa miała iglastą mikrostrukturę borków żelaza o twardości 1600÷1800 HV0,1, natomiast mikrostruktura warstwy borowanej laserowo była złożona ze strefy przetopionej zawierającej eutektykę borkowo–martenzytyczną, strefy wpływu ciepła oraz rdzenia o mikrotwardości w strefie przetopionej ok. 1400÷1600 HV0,1. Zastosowanie boru i miedzi oraz laserowej modyfikacji spowodowało uzyskanie warstw powierzchniowych o mikrotwardości rzędu 1200÷1800 HV0,1, które charakteryzowały się dobrą kohezją.

EN

The influence of copper on diffusion and laser boriding processes was investigated. Microstructure and selected properties of C45 steel were analyzed. Copper in the form of galvanic coating was applied on steel prior to the boriding process. Diffusion boriding process was performed at 950°C for 4 h in powder comprising amorphous boron using gas-contact method. Whereas laser boriding process consisted of applied a paste with amorphous boron on steel substrate, and then remelting using laser beam. TLF 2600 Turbo technological CO2 laser from TRUMPH with a rated output of 2.6 kW was used to laser heat treatment. In these studies, the following constant parameters of the laser heat treatment were used: laser beam power P = 1.04 kW, scanning speed v = 2.88 m/min, laser beam diameter d = 2 mm and the distance between tracks f = 0.50 mm. Laser heat treatment was carried out by two methods: 1) remelting the galvanic-diffusion layer by laser, 2) laser alloying, which consisted of remelted galvanic coating with boriding paste. As a result of diffusion boriding process the layer had needle-shape microstructure of iron borides with a hardness in the range from 1600 to 1800 HV0.1, whereas microstructure of laser borided layer was composed of remelted zone (containing boride–martensitic eutectic), heat affected zone and core. Microhardness in remelted zone was in the range from 1400 to 1600 HV0.1. Application boron, copper and laser modification leads to obtain microhardness of surface layers with the value from 1200 to 1800 HV0.1, and their good cohesion with substrate.

Słowa kluczowe

PL

borowanie; boromiedziowanie; obróbka galwaniczna; laserowe przetapianie; laserowe stopowanie

EN

boriding; borocopperizing; galvanic treatment; laser remelting; laser alloying

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 276--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Pertek-Owsianna A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Popławski M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Bartkowski D.

• Instytut Technologii Materiałów, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Kusiński J.: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Wyd. Naukowe „Akapit”, Kraków (2000).
• [2] Pertek A., Wiśniewski K.: Laser boriding of 41Cr4 steel. International Interdisciplinary Technical Conference of Young Scientists, Poznań (2008).
• [3] Safonov A. N.: Special features of boronizing iron and steel using a continuos- wave CO2 laser. Metal Science and Heat Treatment 40 (1998) 6÷10.
• [4] Woldan A., Kusiński J., Tasak E., Kąc S.: Wpływ laserowego stopowania stali węglowej chromem na strukturę i własności warstwy wierzchniej. Inżynieria Materiałowa 6 (2000) 478÷481.
• [5] Bartkowska A., Pertek A., Jankowiak M., Jóźwiak K.: Laser surface modification of borochromizing C45 steel. Archives of Metallurgy and Materials 57 (2012) 211÷214.
• [6] Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Bartkowski D., Popławski M., Przestacki D.: Wear and corrosion resistance of C45 steel laser alloyed with boron and silicon. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 59 (2014) 10÷14.
• [7] Bartkowski D., Młynarczak A., Piasecki A., Dudziak B., Gościański M., Bartkowska A.: Microstructure, microhardness and corrosion resistance of Stellite-6 coatings reinforced with WC particles using laser cladding. Optics and Laser Technology 68 (2015) 191÷201.
• [8] Kinal G., Bartkowska A.: Możliwości kształtowania odporności na procesy zużywania laserowego borowanych warstw powierzchniowych elementów stalowych oraz żeliwnych. Tribologia 3 (2014) 97÷107.
• [9] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce (2000).
• [10] Nowacki J.: Polyphase sintering of copper-iron-iron boride cermets. Inżynieria Materiałowa 3-4 (2007) 579÷582.
• [11] Pertek A., Wiśniewski K.: Właściwości aplikacyjne borowanej stali konstrukcyjnej. Inżynieria Powierzchni 3 (2007) 75÷78.
• [12] Pertek A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymywanych w procesie borowania gazowego. Wyd. Politechnika Poznańska, Poznań (2001).
• [13] Przybyłowicz K., Konieczny M., Depczyński W.: Borowanie w pastach z dodatkiem modyfikatorów: siarki, miedzi lub niklu. Inżynieria Materiałowa 5 (1999) 264÷266.
• [14] Balandin Yu. A.: Surface hardening of the steels by diffusion boronizing, borocopperizing, and borochromizing in fluidized bed. Thermochemical treatment in fluidized bed. Metal Science and Heat Treatment 47 (2005) 103÷106.
• [15] Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Bartkowski D.: Selected properties of diffusion boronized layer modified with copper. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 59 (2014) 15÷20.
• [16] Bartkowska A., Pertek A.: Wpływ temperatury i czasu borowania na kinetykę i właściwości warstwy wierzchniej wytworzonej na stali C45 wstępnie niklowanej galwanicznie. Inżynieria Materiałowa 1 (2012) 28÷31.
• [17] Yan P. X., Su Y. C.: Metal surface modification by B–C-nitriding in a twotemperature- stage process. Materials Chemistry and Physics 39 (1995) 304÷308.
• [18] Verein Deutscher Ingenieure Normen, DIN3198 (1991).
• [19] Vidakis N., Antoniadis A., Bilalis N.: The VDI 3189 indentation test evaluation of a reliable qualitative control for layered compounds. Journal of Materials Processing Technology 143-144 (2003) 481÷485.