Wpływ parametrów obróbki laserowej na budowę warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego

• Autorzy: Paczkowska M.

Warianty tytułu

EN

The influence of laser treatment parameters on surface layer formation of nodular iron

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono badania dotyczące modyfikacji warstwy po-wierzchniowej ferrytyczno-perlitycznego żeliwa sferoidalnego za pomocą obróbki laserowej z przetopieniem. Celem badań było określenie wpływu parametrów obróbki laserowej na ta-kie wielkości, jak: wymiary strefy przetopionej (głębokość / i szerokość a) i mikrotwardość strefy HV0,1 oraz porównanie wpływu zastosowanych po-kryć na te wielkości. Do obróbki wykorzystano dwa rodzaje pokrycia: substan-cję absorbującą promieniowanie laserowe oraz substancję zawierającą amor-ficzny bor w celu uzyskania efektu stopowania warstwy powierzchniowej. W wyniku tego zabiegu na jednych próbkach uzyskano przetopienie, a na drugich przetopienie wraz ze zmianą składu chemicznego (obecność boru potwierdzono za pomocą spektroskopu elektronów Auger), uzyskując w ten sposób stopowanie laserowe. Wykazano, że w obu przypadkach istnieje zależność wymiarów strefy przetopionej od zastosowanej energii dostarczonej do jednostki powierzch-ni Ej. Ze wzrostem tej energii zwiększa się głębokość i szerokość przetopio-nych stref. W przypadku borowania odnotowano większe wymiary uzyska-nych stref niż w przypadku samego przetapiania. Strefy przetopione charakteryzowały się drobną, dendrytyczną mikro-strukturą, podczas gdy borowane zawierały drobne borki żelaza. Mikrotwardość strefy po samym przetapianiu laserowym wyraźnie zależy od zastosowanej energii Ej. Rezultatem zastosowania wyższej energii była wyższa mikrotwardość strefy przetopionej. W zależności od zastosowanych energii uzy-skano mikrotwardość w zakresie ok. 850+1200 HV0,1. Takiej zależności nie od-notowano dla przetapiania laserowego z wprowadzeniem do strefy boru. Mikro-twardość stref w tym przypadku utrzymywała się na poziomie ok. 1200 HV0,1. Zaobserwowano również wpływ parametrów obróbki laserowej na mikro-strukturę, występującej pod strefą przejściową strefy zahartowanej. Wyższa zastosowana energia Ej spowodowała powstanie grubszych otoczek marten-zytycznych wokół kulek grafitu.

EN

Presented research referred to surface layer modification by laser treatment with remelting. Nodular iron with ferrite-pearlite matrix was selected as a test materiał. The purpose of this research was to estimate the influence of la-ser treatment parameters on such values of melted zonę as: dimensions (depth / and width a) and microhardness HV0.1, and to compare used sam-ples coat influence on those values. Two types of coats were applied: laser radiation absorbing substance and coat with amorphous boron substance to obtain surface alloying effect additionally. Conseąuently, in this way melted zones and melted zones with chemical composition modification were achieved. Boron presence in this case were proved by Auger Electron Spectroscope, so alloying effect were gotten. Results allow to state that: melted zonę dimensions depend on energy de-livered to the surface unit during laser treatment Ej in both applied coats. Higher energy Ej causes increasing melted zones depth and width. How-ever, samples coated with amorphous boron substance were characterized by larger dimensions than samples coated only with laser radiation absorbing substance. Melted zonę consisted of fine dendritic microstructure. Boronized zonę microstructure observation revealed fine iron borides. Obtained outcomes showed that melted zones microhardness depends on energy delivered to the surface unit during laser treatment Ej. Higher Ej ener-gy caused higher microhardness of melted zonę. Microhardness in the rangę: 850+1200 HV0.1 were achieved. Łuck of such dependence was observed in melted zones enriched with boron. In this case microhardness was approxi-mately 1200 HV0.1 for each of applied Ej energy during laser treatment. Moreover, effects of laser treatment parameters could be noticed in hard-ened zonę occurring under transition zonę. Higher energy Ej applied dur-ing laser treatment caused thicker martensite shells around graphite nodules.

Słowa kluczowe

PL

obróbka laserowa; przetapianie; modyfikacja warstwy powierzchniowej ferrytyczno-perlitycznego żeliwa sferoidalnego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 6
• Strony: 505--508
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Praca zbiorowa pod redakcją Barbackiego A.: Metaloznawstwo dla mechaników. WPP, Poznan (1995).
• [2] Binczyk F., Śmieszny G., Bzymek J., Sitko J.i Wpływ rodzaju osnowy i grafitu na własności trybologiczne żeliwa szarego. Archiwum Odlewnictwa 4(14) (2004) 52-57.
• [3] Gadag S. P., Srinivasan M. N., Mordike B. L.: Effect of laser processing parameters on the structure of ductile iron. Materials Science and Engineering A196 (1995) 145-155.
• [4] Orłowicz W., Trytek A.: Kształtowanie mikrostruktury i właściwości użytkowych odlewów żeliwnych uszlachetnionych powierzchniowo plazmą łuku elektrycznego. Archiwum Odlewnictwa 7(23) Monografia, Katowice (2007).
• [5] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali. WNT, Warszawa(1995).
• [6] Kusiński J., Przybyłowicz K.: Strukturalne aspekty laserowego przetapiania stopów żelaza. I Ogólnopolska Konferencja Naukowa pt: Nowoczesne Technologie w Inżynierii Powierzchniowej, -Łódź (1994) 267-270.
• [7] Paczkowska M.: Możliwości modyfikacji struktury i własności warstwy powierzchniowej elementów maszyn przez borowanie laserowe. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 585-590.
• [8] 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.
• [9] Kusiński J.: Metalurgiczne podstawy kształtowania struktury i własności warstwy wierzchniej materiałów podczas obróbki laserowej. V Sympozjum Techniki Laserowej, Szczecin-Świnoujscie (1996) 275-287.
• [10] Xia Y-Q., Liu Wei-M., Xue Q-J.: Friction and wear behavior of nodular cast iron modified by laser micro-precision treatment sliding against steel under the lubricant of liquid paraffin containing various additives. Wear 253 (2002) 752-758.
• [11] Grum J., Sturm R.: Comparison of measured and calculated thickness of martensite and ledeburite shells around graphite nodules in the hardened layer of nodular iron after laser surface remelting. Applied Surface Science 187(2002)116-123.
• [12] Grum J., Sturm R.: Residiual stresses after surface remelting of nodular cast iron. Metalurgia/Metallurgy 39(2) (2000) 107-110.
• [13] Major B.: Laserowa modyfikacja stali węglikami i borkami. VII Sympozjum techniki laserowej, Szczecin-Swinoujscie (1996).
• [14] Paczkowska M., Waligora 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 (2006)861-870.
• [15] BayrakcekenH., UcunT., Tasgetiren S.: Farcture analysis of a camshaft made from nodular cast iron. Engineering Failure Analysis 13 (2006) 1240-1245.