Analiza mikrostruktury i właściwości warstw wierzchnich otrzymanych w wyniku borowania dyfuzyjnego i laserowego stali z mikrododatkiem boru

• Autorzy: Pertek-Owsianna A. , Kapcińska-Popowska D. , Bartkowska A. , Wiśniewska K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.11

Warianty tytułu

EN

Analysis of microstructure and properties of the surface layer obtained of results diffusion and laser boriding of steel with microaddition of boron

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na wybrane właściwości stali Hardox 450 i borowej B27. Proces borowania dyfuzyjnego przeprowadzono w temperaturze 950°C przez 4 h metodą gazowo-kontaktową w proszku zawierającym bor amorficzny. Laserowe borowanie polegało na nałożeniu pasty z borem amorficznym i przetopieniu ją wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną przeprowadzono za pomocą lasera CO2. Zastosowano następujące parametry wiązki laserowej: gęstość mocy q = 28,98 kW/cm2, prędkość skanowania v = 3,84 m/min, średnica wiązki d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Mikrostruktura po borowaniu dyfuzyjnym w obu stalach składała się z iglastych borków żelaza FeB i Fe2B o mikrotwardości ok. 1800 HV0,1. W wyniku laserowego borowania otrzymano mikrostrukturę złożoną z trzech stref: eutektyki borkowo-martenzytycznej w strefie przetopionej, zawierającej borki żelaza Fe3B i Fe2B, martenzytycznej strefy wpływu ciepła i rdzenia. W wyniku laserowego borowania otrzymano łagodny gradient mikrotwardości między warstwą a rdzeniem, dzięki obecności strefy wpływu ciepła. Mikrotwardość w strefie przetopionej wynosiła ok. 1600÷1100 HV0,1. Stwierdzono, że warstwy borowane laserowo na obu stalach charakteryzowały się większą odpornością na zużycie przez tarcie, dobrą kohezją oraz lepszą odpornością na kruche pękanie niż warstwy borowane dyfuzyjnie. Stal Hardox 450 ze względu na swój skład chemiczny i stan wyjściowy podłoża ma korzystniejsze właściwości od stali borowej B27.

EN

The influence of diffusion and laser boriding on selected properties of Hardox 450 and boron B27 steels was presented. The diffusion boriding was performed at 950°C for 4 hours using the gas-contact method in powder containing amorphous boron. Laser boriding consisted of applying the paste with amorphous boron, and then the remelted it by laser beam. Laser heat treatment was carried out with a CO2 laser. The laser parameters were as follows: power density q = 28.98 kW/cm2, the scanning speed v = 3.84 m/min, the beam diameter d = 2 mm and the distance between the tracks f = 0.50 mm. Microstructure after diffusion boriding in both steels consist of needle-like iron borides FeB and Fe2B and its microhardness was approx. 1800 HV0.1. As a result of laser boriding, the new microstructure consisted of three zones: boron-martensite eutectic in remelted zone with containing Fe2B and Fe3B iron boride phases, marteniste heat-affected zone and the core. As a result of laser boriding the mild microhardness gradient between the layer and the core was obtained, due to the presence of heat affected zone. Microhardness in remelted zone was approx. 1600÷1100 HV0.1. It was found that a laser borided layers in both steels characterized by a higher wear resistance, good cohesion and better fracture toughness than the diffusion borided layers. Hardox 450 steel due to its chemical composition and initial state of the substrate has advantageous properties than of B27 boron steel.

Słowa kluczowe

PL

borowanie dyfuzyjne; borowanie laserowe; mikrotwardość; odporność na kruche pękanie; kohezja; odporność na zużycie przez tarcie

EN

diffusion boriding; laser boriding; microhardness; fracture toughness; cohesion; wear resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 256--259
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pertek-Owsianna A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Kapcińska-Popowska D.

• Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu

autor

Bartkowska A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Wiśniewska K.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce (2000).
• [2] Burakowski T., Wierzchoń T. W.: Inżynieria powierzchni. WNT, Warszawa (1995).
• [3] Pertek-Owsianna A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymywanych w procesie borowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań (2001).
• [4] Pertek A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A.: Wpływ borowania dyfuzyjnego na mikrostrukturę i wybrane właściwości stali konstrukcyjnej. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 58 (1) (2013) 147÷150.
• [5] Wiśniewski K., Pertek A.: Struktura i właściwości stali konstrukcyjnej borowanej laserowo. Inżynieria Powierzchni 2 (2009) 84÷88.
• [6] Pertek A., Wiśniewski K.: Właściwości aplikacyjne borowanej stali konstrukcyjnej. Inżynieria Powierzchni 3 (2007) 75÷78.
• [7] Pertek-Owsianna A., Kulka M., Jankowiak M.: Badania struktury i właściwości borowanej stali konstrukcyjnej 41Cr4 i narzędziowej 102Cr6. Komisja budowy maszyn PAN 26 (1) (2006) 170÷176.
• [8] Pertek A.: Borowanie dyfuzyjne i laserowe części maszyn i narzędzi. Inżynieria Powierzchni 4 (2010) 28÷34.
• [9] Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Przestacki D.: Hartowanie i borowanie laserowe stali konstrukcyjnej C45. Inżynieria Materiałowa 6 (2013) 610÷614.
• [10] Kusiński J.: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo Naukowe „Akapit”, Kraków (2000).
• [11] Ücisik A.H., Bindal C., Fracture toughness of boride formed on low - alloy steel, Surface and Coatings Technology, 94 – 95 (1997) 561 – 565.
• [12] 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.
• [13] Verein Deutsche Ingenieure Normen, VDI 3198 (1991).
• [14] Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Wiśniewski K.: Wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na mikrostrukturę i wybrane właściwości stali Hardox 450. Inżynieria materiałowa 5 (2013) 530÷533.
• [15] Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Bartkowski D.: Selected properties of diffusion bornized layer modified with copper. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 59 (2) (2014) 15÷20.
• [16] Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A.: Wpływ parametrów laserowego borowania na właściwości stali średniowęglowej z mikrododatkiem boru. Inżynieria Powierzchni 3 (2014) 49÷53.