Właściwości zmęczeniowe stali 40H hartowanej laserowo.

• Autorzy: Napadłek W. , Przetakiewicz W.

Warianty tytułu

EN

Fatigue properties of 40H steel hardened by laser radiation.

• Konferencja: II Ogólnopolska Konferencja Naukowa "Nowe Technologie w Inżynierii Powierzchni", Łódź-Spała, 12-14 października 2000
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano wyniki badań zmęczeniowych (zginanie jednostronne w ruchu obrotowym próbek ze stali 40H ulepszanych cieplnie, hartowanych indukcyjnie oraz laserowo (ścieżki laserowe w układzie 1,5d, d - szerokość ścieżki laserowej). Proces zmęczeniowy próbek ulepszanych cieplnie przebiegał wieloogniskowo, a w końcowej fazie pękanie resztkowe występowało w środkowej części próbki. Na powierzchni przełomów obserwowano charakterystyczne pasma i prążki zmęczeniowe. Pękanie zmęczeniowe próbek hartowanych indukcyjnie, w pierwszej fazie występowało wieloogniskowo w warstwie powierzchniowej strefy zahartowanej, a następnie w materiale rodzimym rdzenia. Badania stali 40H przeprowadzone na próbkach cylindrycznych z klepsydrowym przewężeniem potwierdziły korzystny wpływ spiralnych ścieżek laserowych na wytrzymałość zmęczeniową. Zaobserwowano interesujący mechanizm pękania. Inicjacja pękania występuje w strefie przejściowej i strefie nieutwardzonej. Powstające mikropęknięcia w powyższych strefach rozwijają się w charakterystyczną siatkę spękań, która jest blokowana w strefie utwardzenia laserowego. Wytworzona w wyniku procesu niszczenia zmęczeniowego siatka spękań w strefie przejściowej tworzy na powierzchni materiału mikroobszary, które w dalszym etapie ulegają procesowi destrukcji poprzez wykruszanie. W następnym etapie procesu niszczenia strefy przejściowej występują mikropęknięcia wzdłuż mikrorys oraz mikropęknięcia w strefie nie utwardzonej wzdłuż osi próbki. Pękanie w tej strefie przebiega wieloogniskowo. W efekcie końcowym powstają rozwarstwienia a następnie niszczenie zmęczeniowe materiału. W ostatniej fazie destrukcji materiału następuje pękanie strefy zahartowanej laserowo. Obserwacje powierzchni przełomów ujawniły występowanie różnych rodzajów pękania od kruchego w płaszczyznach łupliwości i po granicach pierwotnych ziaren w strukturze martenzytycznej, poprzez quasiłupliwe w mieszanej strukturze martenzytyczno-bainitycznej i bainitycznej do pękania plastycznego i plastyczno-kruchego w materiale rodzimym. Badania te potwierdziły dobre właściwości zmęczeniowe badanej stali hartowanej laserowo i wskazują na dobre perspektywy w zastosowaniach technologicznych elementów maszyn obciążonych dynamicznie (osie, wałki itp.)

EN

In the text we present the results of fatigue tests made by unidirectional rotary bending of the 40H steel samples, beeing previously thermaly toughened, induction hardened, as well as laser radiation hardened (laser radiation paths arranged with the distance 1,5 d, d - width of the radiation path). The fatiguing processing of thermally toughened 40H steel samples proceeded simultanously in many places, finaly the residual cracking occured in the midle part of the sample. On the fracture surface there occured specific fatigue bands and lines. Fatigue cracking of the induction hardened samples initially occured simultanously in many places in the surface layer of the hardened zone, then in the material core. Tests of the 40H cylindrical steel samples, with radial narrowing in the middle part along the longitudinal axis, confirmed the proper influence of the helical laser radiation path arrangement on the fatigue capacity. We observed interesting cracking process. The cracking began in the transient zone, as well as in unhardened zone. The microcrackings occuring there are developing a specific net of cracking, which is blocked in the laser radiation hardened zone. The cracking net, occuring in the transient zone as a result of fatigue destruction, makes specific microareas on the material surface, which are being crumbled out later. Next step of the transient zone destruction relates to the occurance of microcrackings along the microscratches, and microcrackings in unhardened zone along the sample axis. Cracking in that zone proceedes in many places. Finally lamination occures, and then the fatigue destruction of the material. Last step of the material destruction is connected with the cracking of the zone being laser radiation hardened previously. On the fracture surface there occured various modes of cracking, from the brittle cracking on cleavable surfaces and on the border of crystallite in martensitic structure, through the quasibrittle in the mixed (martensitic-bainite and bainite) structure, to the ductile or ductile/brittle fracture in the native core. Our test results confirmed good fatigue properties of the laser radiation hardened steel and show that process being perspective in technological applications of dynamically loaded mechanical elements (like axles, shafts, etc.).

Słowa kluczowe

PL

stal; własności zmęczeniowe; hartowanie laserowe; przełom; pękanie; niszczenie zmęczeniowe; obciążenie dynamiczne; elementy maszyn; części maszyn

EN

steel; fatigue properties; laser radiation; hardening; fracture; cracking; fatigue destruction; dynamic load; machine elements; mechanical elements

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2000
• Tom: R. XXI, nr 6
• Strony: 365--369
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Napadłek W.

• Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Przetakiewicz W.

• Wydział Mechaniczny Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Warszawa

Bibliografia

• [1] Ciszewski B., Bojar Z.: Hartowanie laserowe stali i żeliw. Biuletyn WAT nr 5, 1989, s. 99.
• [2] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali, WNT. Warszawa 1995; s. 292.
• [3] Kusiński J.: Zmiany struktury i własności mechanicznych stali pod wpływem obróbki laserowej. Zeszyty naukowe AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, nr 132, 1989.
• [4] Kusiński J.: Naprężenia własne w konstrukcyjnych stalach chromowych poddanych laserowej obróbce cieplnej II Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Obróbka Powierzchniowa – Kule k/Częstochowy, 1993, s. 121-127.
• [5] Kocańda D., Kocańda S., Śnieżek L.: Zmęczeniowe pękanie laserowo hartowanych elementów ze stali konstrukcyjnych, II Konfer. Naukowo-Techniczna pt; Nauka i Praktyka w Rozwoju Uzbrojenia i Sprzętu Inżynieryjnego, Szklarska Porębą 1995 Materiały konfer.. Wojskowy Techniki Inżynieryjnej, s. 37-48.
• [6] Kocańda D.: Analiza rozwoju krótkich pęknięć zmęczeniowych. Biul. WAT, 1996.
• [7] Bogdanowicz Z.: Trwałość zmęczeniowa, przebieg pękania i zużycie laserowo hartowanych elementów maszyn. Biul. WAT, 1999.
• [8] Napadłek W., Przetakiewicz W., Bojar Z., Raczkowski D., Kalita W.: Hartowanie laserowe wybranych części silnika wykonanych z żeliwa. Przegląd Mechaniczny 7-8, 1995, s. 15
• [9] Przetakiewicz W., Napadłek W., Bogdanowicz Z.: Laserowe hartowanie tulei cylindrowych silnika spalinowego. XX Jesienna Szkoła Tribologiczna nt.: Tribologia a inżynieria powierzchni”. Spała 12-15 wrzesień 1995 r.,s. 9-18.
• [10] Napadlek W., Przetakiewicz W.: Stopowanie laserowe na przykładzie elementów układu rozrządu silnika 359. Sympozjum naukowe nt.: Technika laserowa w inżynierii powierzchni materiałów, WAT, 1997, s. 106-129.
• [11] Napadłek W.: Hartowanie laserowe czopów wału korbowego silnika 359. IV Konferencja Naukowo –Techniczna, Pojazdy Samochodowe – Problemy Rozwoju i eksploatacji “AUTOPROGRES’ 93”, Jachranka k/Warszawy, 1993
• [12] Przetakiewicz W., Napadłek W., Kalita W., Hoffman J.: Hartowanie laserowe stali 40H oraz napoiny niskowęglowej SpG3Sl, VIII Szkoła Optoelektroniki nt: Laserowe technologie obróbki materiałów, Gdańsk- Sobieszewo, 1993.
• [13] Napadłek W., Przetakiewicz W.: Struktura stali 40H hartowanej laserowo. Konferencja Naukowo – Techniczna nt Nowe Materiały – Nowe Technologie Materiałowe w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym, Szczecin – Świnoujście,1998, s. 169-176.
• [14] Napadłek W.: Właściwości mechaniczne stali 40H hartowanej laserowo. Krzepnięcie metali i stopów, PAN, 2000, s. 343-355.