Możliwości modyfikacji struktury i własności warstwy powierzchniowej elementów maszyn przez borowanie laserowe

• Autorzy: Paczkowska M.

Warianty tytułu

EN

The possibilities of surface layer structure and properties modification by laser boronizing of machine components

• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wpływ obróbki laserowej na strukturę i zużycie warstw powierzchniowych. Materiał do badań stanowiło żeliwo sferoidalne szeroko stosowane np. w przemyśle motoryzacyjnym. Do obróbki wykorzystany został technologiczny laser molekularnego CO2 firmy Trumph. Dobór parametrów obróbki laserowej pozwolił uzyskać różne szybkości chłodzenia podczas przeprowadzanej modyfikacji. Oceny struktury dokonano między innymi za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego oraz dyfraktometru RTG. Do jakościowej analizy składu chemicznego wykorzystano spektroskop elektronów Auger. Za pomocą maszyny tarciowej Amsler wykonano badania zużycia. Po borowaniu laserowym w strefach przetopionych wykazano obecność boru (AES), borków żelaza (RTG). Mikrotwardość powstałych stref borowanych jest przynajmniej 4,5-krotnie większa od materiału rodzimego. Ponadto wyniki badań pozwoliły stwierdzić wpływ szybkości chłodzenia podczas borowania laserowego na mikrotwardość i strukturę stref. Ubytek masy próbek po borowaniu laserowym i chłodzeniu z szybkością 8ź103Cźs-1 był 3,5-krotnie mniejszy od próbek hartowanych klasycznie. Podano również przykłady możliwości zastosowania borowania laserowego elementów maszyn w celu zwiększenia ich odporności na zużycie.

EN

In this paper the effect of the laser treatment on surface layer structure and properties was studied. Nodular iron was selected as a test material because of its wide application for example in automobile industry. Laser treatment was performed with molecular CO2 continuous Trumph laser. Laser treatment parameters have been selected in appropriate way to achieve different cooling rates of melted zones. Modified zones have been examined to reveal their structure using optical and scanning electron microscopy, chemical analysis (AES), phase composition (X-ray diffraction) and microhardness testing methods. Wear tests have been performed with Amsler machine tester. After laser boronizing in remelted zones boron (AES) and iron borides (X-ray diffraction) have been found. Microhardness of boronized zone was 4.5-times higher then untreated material, at least. Results allow to state cooling rate (during laser boronizing) influence on zones structure and their microhardness. Mass loss of laser boronized and cooled with 8ź103Cźs-1 rate samples was 3.5-times lower then after conventional hardening samples. Examples of potential application of laser boronizing on machine components (for improving their wear resistance) have been presented, as well.

Słowa kluczowe

PL

warstwy powierzchniowe; żeliwo sferoidalne; obróbka laserowa; wpływ szybkości chłodzenia na mikorotwardość; borowanie laserowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 585--590
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Binczyk, F.: Konstrukcyjne stopy odlewnicze, WPŚ, Gliwice (2003).
• [2] Gadag, S. P.; Srinivasan, M. N.: Cavitation erosion of laser-melted ductile iron, Journal of Materials Processing Technology 51 (1995) 150- 163.
• [3] Grum, J.; Šturm, R.: Microstructure analysis of nodular iron 400-12 after laser surface melt hardening, Materials Characterization 37 (1996) 81-88
• [4] Burakowski, T.; Wierzchoń, T.: Inżynieria powierzchni metali, WNT Warszawa (1995).
• [5] Wang, H. M.; Bergmann, H. W., Fabricating Fe-base alloys containing rapidly solidified eutectic cementite and ultra-fine graphite by heat treating laser-melted ductile iron, Scripta Metallurgica et Materialia 32 8 (1995) 1149-1152.
• [6] Gadag, S. P.; Srinivasan, M. N.; Mordike B. L.: Effect of laser processsing parameters on the structure of ductile iron, Materials Science and Engineering A 196 (1995) 145-151.
• [7] Choo, S-H.; Lee, S.; Kwon, S-J.: Surface hardening of gray cast iron used for a diesel engine cylinder block using high-energy electron beam irradiation, Metallurgical and materials transactions 30A (1999) 1211- 1218.
• [8] Li Z.; Zheng Q.; Li J.; Hu W.; Wang H.; Tian H.: Laser surface treatment of high-phosphorous cast iron, Journal of Applied Physics 58 10 (1985) 3860-3864.
• [9] Baptista, M. O. S; Vilar, R.: Laser surface melting of a mottled cast iron, Laser in Engineering 9 1 (1999) 57-75.
• [10] Bylica A.; Adamiak St., Bochnowski W.; Dziedzic A: Laserowe hartowanie staliw węglowych, żeliw niestopowych oraz stali szybkotnących. VI Sympozjum Techniki Laserowej Szczecin – Świnoujście, 27 września – 1 października (1999) 338-3530.
• [11] Paczkowska, M., Waligóra W.: Laser boronized bearing steel structure analysis, The international scientific conference Functional Surfaces 2003, Trenčín, 29th-30th May (2003) 174-179.
• [12] Pertek-Owsiana A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymywanych w procesie borowania gazowego, WPP Poznań (2001).
• [13] Sen, U.; Sen, S.; Yimaz, F.: Effect of copper on boride layer of boronized ductile cast irons, Vacuum 72 (2004) 199-204.
• [14] Merich, Ts.; Sakhin, S.; Bakir, B.; Koksal, N. S.: The effect of boronizing on the wear of cast irons, Metallovedenieo I Termicheskaya Obrabotka Metallov 9 (2003) 26-30.
• [15] Paczkowska M., Waligóra W.: The influence of the cooling rate on structure of laser boronizing layer on nodular iron, The International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, Scottsdale Arizona, USA October 30th –November 02nd (2006) 861-870.
• [16] Paczkowska M., Waligóra W: Struktura stref warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego EN-GJS-500 po borowaniu laserowym, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji PAN 26 1 (2006) 157-166.
• [17] Kusiński J.: Zmiany struktury i własności mechanicznych stali pod wpływem obróbki laserowej, Metalurgia i odlewnictwo, Zeszyty naukowe 132, Kraków (1989).