Laser alloying of 316L steel with boron

• Autorzy: Kulka M. , Mikołajczak D. , Makuch N. , Dziarski P.

Warianty tytułu

PL

Laserowe stopowanie stali 316L borem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Austenitic 316L steel is known for its good resistance to corrosion and oxidation. Therefore, this material is often used wherever corrosive media or high temperature are to be expected. However, under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), this steel have to characterize by suitable wear protection. The diffusion boronizing is the thermochemical treatment, which improves tribological properties of 316L steel. In this study, instead of diffusion process, the laser boriding was used in order to produce boride layer on this material. The external cylindrical surface of base material was coated by paste including amorphous boron. Then the surface was remelted by laser beam. TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser was used for laser alloying. The microstructure and properties of this layer were investigated. The continuous laser-borided layer was obtained at the surface. The layer was uniform in respect of the thickness because of the high overlapping used during the laser treatment (86%). The laser-borided layer was significantly thicker than that-obtained in case of diffusion boriding. The remelted zone was characterized by higher hardness in comparison with the base material. The significant increase in wear resistance of laser-borided layer was observed in comparison with 316L austenitic steel without the treatment.

PL

Stal austenityczna 316L jest znana z dużej odporności na korozję i utlenianie. Dlatego materiał ten jest stosowany często tam, gdzie spodziewane jest agresywne środowisko lub wysoka temperatura. Jednakże w warunkach znacznego zużycia mechanicznego (ściernego, czy adhezyjnego) materiał ten powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością na zużycie. Borowanie dyfuzyjne jest obróbką cieplno-chemiczną, która poprawia właściwości tribologiczne stali 316L. W pracy zamiast procesu dyfuzyjnego zastosowano borowanie laserowe w celu wytworzenia warstwy borków na tej stali. Zewnętrzną, walcową powierzchnię próbek pokryto pastą zawierającą bor amorficzny. Następnie powierzchnię przetapiano wiązką laserową. Do laserowego stopowania stosowano laser CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Badano mikrostrukturę i właściwości wytworzonej warstwy. Przy powierzchni powstała ciągła warstwa borowana laserowo. Otrzymana warstwa była jednorodna pod względem grubości dzięki zastosowaniu zachodzenia na siebie ścieżek laserowych na poziomie 86%. Warstwa borowana laserowo była znacznie grubsza niż otrzymywane w przypadku borowania dyfuzyjnego. Strefa przetopiona charakteryzowała się znacznie większą twardością w porównaniu z materiałem podłoża. Zaobserwowano znaczny wzrost odporności na zużycie w porównaniu z austenityczną stalą 316L bez obróbki.

Słowa kluczowe

EN

laser boriding; 316L steel; microstructure; hardness; wear resistance

PL

borowanie laserowe; stal 316L; mikrostruktura; twardość; odporność na zużycie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 6
• Strony: 512--515
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kulka M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Mikołajczak D.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Makuch N.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Dziarski P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Glaeser W. A.: Materials for Tribology. Tribology Series, 20, Elsevier (1992).
• [2] Skołek-Stefaniszyn E., Kaminski J., Sobczak J., Wierzchoń T.: Modifying the properties of AISI 316L steel by glow discharge assisted lowtemperature nitriding and oxynitriding. Vacuum 85 (2010) 164÷169.
• [3] Skołek-Stefaniszyn E., Burdynska S., Mroz W., Wierzchoń T.: Structur and wear resistance of the composite layers produced by glow discharge nitriding and PLD method on AISI 316L austenitic stainless steel. Vacuum 83 (2009) 1442÷1447.
• [4] Li Y., Wang Z., Wang L.: Surface properties of nitrided layer on AISI 316L austenitic stainless steel produced by high temperature plasma nitriding in short time. Applied Surface Science 298 (2014) 243÷250.
• [5] Frączek T., Olejnik M., Jasiński J., Skuza Z.: Short-term low-temperature glow discharge nitriding of 361L austenitic steel. Metalurgija 50 (3) (2011) 151÷154.
• [6] Sun Y., Li X., Bell T.: Structural characteristics of low temperature plasma carburised austenitic stainless steel. Materials Science and Technology 15 (1999) 1171÷1178.
• [7] García Molleja J., Nosei L., Ferrón J., Bemporad E., Lesage J., Chicot D., Feugeas J.: Characterization of expanded austenite developed on AISI 316L stainless steel by plasma carburization. Surface and Coatings Technology 204 (2010) 3750÷3759.
• [8] Ceschini L., Chiavari C., Lanzoni E., Martini C.: Low-temperature carburised AISI 316L austenitic stainless steel: Wear and corrosion behavior. Materials and Design 38 (2012) 154÷160.
• [9] Sun Y.: Tribocorrosion behaviour of low temperature plasma carburized stainless steel. Surface and Coatings Technology 228 (2013) S342÷S348.
• [10] Ozdemir O., Omar M. A., Usta M., Zeytin S., Bindal C., Ucisik A. H.: An investigation on boriding kinetics of AISI 316 stainless steel. Vacuum 83 (2009) 175÷179.
• [11] Balusamy T., Sankara Narayanan T. S. N., Ravichandran K., Park I. S.,Lee M. H.: Effect of surface mechanical attrition treatment (SMAT) onpack boronizing of AISI 304 stainless steel. Surface & Coatings Technology 232 (2013) 60÷67.
• [12] Kayali Y., Büyüksagis A., Yalçin Y.: Corrosion and wear behaviours of boronized AISI 316L stainless steel. Metals and Materials International 19 (5) (2013) 1053÷1061.
• [13] 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).
• [14] Goły M., Kusiński J.: Microstructure and properties of the laser treated 30CrMnMo16-8 chromium steel. Problems of modern techniques in aspect of engineering and education, eds.: Paweł Kurtyka [et al.], Monography, Pedagogical University. Cracow. Institute of Technology (2006) 183÷188.
• [15] Bartkowiak K., Waligóra W.: Laser alloying of the construction steel 45 with boron. TRANSFER 2001, Trenčin, Slovak Republic, 23-24 October (2001) 175÷180.
• [16] Kulka M., Makuch N., Pertek A.: Microstructure and properties of laserborided 41Cr4 steel. Optics & Laser Technology 45 (2013) 308÷318.
• [17] Paczkowska M., Ratuszek W., Waligora W.: Microstructure of laser boronized nodular iron. Surf. Coat. Technol. 205 (2010) 2542÷2545.
• [18] Filip R., Sieniawski J., Pleszakov E.: Formation of surface layers on Ti– 6Al-4V titanium alloy by laser alloying. Surf. Eng. 22 (1) (2006) 53÷57.
• [19] Tian Y. S., Zhang Q. Y., Wang D. Y.: Study on the microstructures and properties of the boride layers laser fabricated on Ti-6Al-4V alloy. J. Mater. Process. Technol. 209 (2009) 2887÷2891.
• [20] Guo C., Zhou J., Zhao J., Guo B., Yu Y., Zhou H., Chen J.: Microstructure and friction and wear behavior of laser boronizing composite coatings on titanium substrate. Appl. Surf. Sci. 257 (2011) 4398÷4405.
• [21] Kulka M., Makuch N., Dziarski P., Piasecki A., Miklaszewski A.: Microstructure and properties of laser-borided composite layers formed on commercially pure titanium. Optics and Laser Technology 56 (2014) 409÷424.
• [22] Kulka M., Dziarski P., Makuch N., Piasecki A., Miklaszewski A., Microstructure and properties of laser-borided Inconel 600-alloy. Applied Surface Science 284 (2013) 757÷771.
• [23] Kulka M., Makuch N., Dziarski P., Piasecki A.: A study of nanoindentation for mechanical characterization of chromium and nickel borides' mixtures formed by laser boriding. Ceramics International 40 (4) (2014) 6083÷6094.
• [24] Ayers J. D., Tucker T. R.: Particulate-TiC-hardened steel surfaces by laser melt injection. Thin Solid Films 73 (1980) 201÷207.
• [25] Kim T. H., Kim B. C.: Chromium carbide laser-beam surface-alloying treatment on stainless steel. Journal of Materials Science 27 (1992) 2967÷2973.
• [26] Tassin C., Laroudie F., Pons M., Lelait L.: Improvement of the wear resistance of 316L stainless steel by laser surface alloying. Surface and Coatings Technology 80 (1996) 207÷210.
• [27] Rieker C., Morris D. G., Steffen J.: Formation of hard microcrystalline layers on stainless steel by laser alloying. Materials Science Technology 5 (1989) 590÷594.
• [28] Kwok C. T., Cheng F. T., Man H. C.: Laser-fabricated Fe-Ni-Co-Cr-B austenitic alloy on steels. Part I. Microstructures and cavitation erosion behaviour. Surface and Coatings Technology 145 (2001) 194÷205.
• [29] Kwok C. T., Lo K. H., Chan W. K., Cheng F. T., Man H. C.: Effect of laser surface melting on intergranular corrosion behaviour of aged austenitic and duplex stainless steels, Corrosion Science 53 (2011) 1581÷1591.