The influence of laser boronizing parameters on the mechanism of formation and properties of surface layers produced on iron alloys with various carbon content

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

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2017.6.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów borowania laserowego na mechanizm tworzenia i właściwości warstw wierzchnich otrzymanych na stopach żelaza o zróżnicowanej zawartości węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper analyses the boronizing treatment which was performed by means of CO2 molecular laser with a power of 2600 W. Boron was introduced by remelting the paste with a thickness of 40÷120 mm, containing amorphous boron or iron-boron, use the material of the substrate, such as Armco iron or C45 and C90 types of steel. The influence of the boron paste thickness, variable P power from P = 0.78 kW to 1.82 kW, with the constant laser beam scanning velocity v = 2.88 m/min and material type on the mechanism of formation, microstructure, microhardness and frictional wear resistance of the formed layers (surface structure). After laser boronizing the surface layer consists of zone-structured tracks: melted zone, heat affected zone and the substrate. The melted zone contains boride-martensitic eutectic, in C45 and C90 types of steel there under the remelted zone there is a heat affected zone which is composed of a martensitic structure. With the increase in the laser power, width and depth of laser tracks increases in all the iron alloys with variable thickness of the applied amorphous boron paste. With the increase in the thickness of the boron paste, width of the laser tracks increases and depth of the laser tracks decreases with the constant beam power. The maximum dimensions of the remelted zone for C45 steel were: approx. 600 μm (width) and 350 μm (depth). The highest average microhardness of the surface layer reaches approx. 1500 HV0.1 and it decreases with the increase in power for all the iron alloys. Microhardness and frictional wear resistance of the layer boronized by means of laser with the use of the paste containing iron-boron is lower than that of the layer boronized with the use of the paste containing only boron.

PL

W pracy przeanalizowano mechanizm procesu borowania z użyciem lasera molekularnego TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2. Bor wprowadzano przez przetopienie laserem pasty zawierającej bor z materiałem podłoża w postaci żelaza Armco oraz stali C45 i C90. Badania miały na celu określenie wpływu zawartości węgla w stopie żelaza oraz parametrów obróbki (moc lasera, prędkość posuwu wiązki, rodzaj i grubość warstwy pasty borującej) na mikrostrukturę, mikrotwardość oraz odporność na zużycie przez tarcie wytworzonej warstwy wierzchniej.

Słowa kluczowe

EN

laser boronizing; microstructure; microhardness; frictional wear resistance

PL

borowanie laserowe; mikrostruktura; mikrotwardość; odporność na zużycie przez tarcie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 38, nr 6
• Strony: 266--271
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Pertek-Owsianna A.

• Faculty of Engineering, State University of Applied Science in Konin, Konin

autor

Wiśniewska K.

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznan University of Technology, Poznan,
• Faculty of Engineering, State University of Applied Science in Konin, Konin

autor

Bartkowska A.

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

Bibliografia

• [1] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni. WNT, Warszawa (1995).
• [2] Kusiński J.: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo Naukowe „Akapit”, Kraków (2000).
• [3] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce (2000).
• [4] Pertek-Owsianna A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymywanych w procesie borowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań (2001).
• [5] Tayal M., Mukherjee K.: Localized boriding of low-carbon steel using a Nd:YAG laser. Journal of Materials Science (1994) 5699÷5702.
• [6] Podczernjajeva I. A.: Formirovanije i svojstva poverchnostnogo sloja pri kompleksnom lazernom borirovanii uglerodistych stalej. Poroszkovaja Metallurgija 1–2 (1997) 74÷78.
• [7] Safonov A. N.: Special features of boronizing iron and steel using a continuous- wave CO2 laser. Metal Science and Heat Treatment 40 (1998) 6÷10.
• [8] Avril L., Courant B., Hantzpergue J. J.: Tribological performance of α-Fe(Cr)–Fe2B–FeB and α-Fe(Cr)–h-BN coatings obtained by laser melting. Wear 4–5 (2006) 351÷360.
• [9] Major B.: Laser processing for surface modification by remelting and alloying of metallic system. Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques, Chapter 7, Elsevier (2006) 241÷ 274.
• [10] 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.
• [11] Lubas J.: Practical application of boron-modyfied sliding pairs in I.C engine. Tribology International 43 (2010) 2046÷2150.
• [12] Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W.: Microstructure of laser boronized nodular iron. Surface & Coatings Technology 205 (2010) 2542÷2545.
• [13] Kinal G., Paczkowska M.: The evaluation of wear resistance of nodular iron crankshaft journals after laser alloying. Inżynieria Materiaowa 6 (2012) 697÷700.
• [14] Senatorski J., Tacikowski J., Mączyński P.: Diffusion layers formed on steel and their wear behavior. Tribologia 3 (2016) 161÷169.
• [15] Campos-Silva I., Flores-Jiménez M., Rodríguez-Castro G., Hernández- Sánchez E., Martínez-Trinidad J., Tadeo-Rosas R.: Improved fracture toughness of boride coating developed with a diffusion annealing process. Surface & Coatings Technology 237 (2013) 429 ÷439.
• [16] Palumbo M., Cacciamani G., Bosco E., Baricco M.: Driving forces for crystal nucleation in Fe-B liquid and amorphous alloys. Intermetallics 11 (2003) 1293÷1299.
• [17] Piasecki A., Kulka M., Kotkowiak M.: Wear resistance improvement of 100CrMnSi6–4 bearing steel by laser boriding using CaF2 self-lubrication addition. Tribology International 97 (2016) 173÷191.
• [18] Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Przestacki D.: Laser hardening and laser boriding of constructional steel. Inżynieria Materiałowa 6 (2013) 610÷614.
• [19] Kulka M., Makuch N., Pertek-Owsianna A.: Microstructure and properties of laser-borided 41Cr4 steel. Optics & Laser Technology 45 (2013) 308÷318.
• [20] Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Influence of boronizing on microstructure and selected properties of constructional steel. Journal of Research and Application in Agricultural Engineering 58 (2013) 147÷150.
• [21] Petrova R. S., Suwattananont N., Pallegar K. K., Vangaveti R.: Boron coating to combat corrosion and oxidation. Corrosion Reviews 25 (5–6) (2007) 555÷569.
• [22] Kiratli N., Findik F.: Research on wear characteristics of AISI 1035 steel boronized at various parameters. Industrial Lubrication and Tribology 63/2 (2011) 127÷133.
• [23] Konat Ł., Napiórkowski J., Kołakowski K.: Odporność na zużywanie w funkcji mikrostruktury i wybranych właściwości mechanicznych mikrostopowych stali z borem. Tribologia 4 (2016) 101÷114.
• [24] Bartkowiak K., Waligóra W.: Laser treatment application for combusition engine piston pinnis hardening. Materialy miezdunarodnogo naucznoprakticzeskogo sympozjuma Interstate Constantly Acting Creative Co- Society ‘SLAVYANTRIBO” Petersburg, Rosja 26-30 June (2000).
• [25] Tang, G.-P., Zhou, W.-F.: Wear resistance of laser remelted boronizing layer. Heat Treatment of Metals 32 (6) (2007) 60÷65.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).