Gradient boride layers formed by diffusion processes and by laser modification of diffusion layers

• Autorzy: Kulka M. , Pertek A.

Warianty tytułu

PL

Gradientowe warstwy borków żelaza wytwarzane przy pomocy procesów dyfuzyjnych oraz laserowej modyfikacji warstw dyfuzyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Two methods of production of gradient boride layers have been summarized in this paper. The examined gradient boride layers were formed by tandem processes: precarburizing and boriding (borocarburizing) or precarbonitriding and boriding (borocarbonitriding) and by laser surface modification of the borided or borocarburized layers. The microstructure and properties of these layers have been compared with typical borided layers (through-hardened after boronizing) and with other diffusion layers. The mechanism and requirements of the gradient boride layers formation have also been described. The gradient boride layers are characterized by a changeable microstructure, by a lower hardness gradient of the iron boride zone to the substrate, by a higher abrasive wear resistance and by a higher resistance to low-cycle fatigue during radial compression. The proposed gradient boride layers can be applied in the case of machine elements working under difficult operating conditions. The traditionally high abrasive wear resistance of the boride layer is still higher and the fatigue strength increases considerably in comparison with typical borided layers.

PL

W pracy podsumowano dwie metody wytwarzania gradientowych warstw borków żelaza. Warstwy gradientowe wytwarzano za pomocą procesów posobnych: nawęglania i borowania (boronawęglanie) lub azotonawęglania i borowania (boroazotonawęglanie) oraz za pomocą laserowej modyfikacji powierzchni przeprowadzanej po borowaniu lub boronawęglaniu. Mikrostrukturę i właściwości użytkowe tych warstw porównano z typową warstwą borowaną, hartowaną objętościowo po borowaniu oraz z innymi warstwami dyfuzyjnymi. Opisano mechanizm i warunki wytwarzania takich gradientowych warstw borkow żelaza. Gradientowe warstwy borkowe charakteryzują się zmienną mikrostrukturą, łagodniejszym spadkiem twardości w kierunku rdzenia, większą odpornością na ścieranie i większą wytrzymałością zmęczeniową przy promieniowym ściskaniu. Proponowane gradientowe warstwy borkowe mogą znaleźć zastosowanie w przypadku elementów pracujących w trudnych warunkach. Tradycyjnie wysoka odporność na ścieranie warstw borowanych rośnie, a niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa jest znacznie wyższa.

Słowa kluczowe

EN

boriding; borocarburizing; laser surface modification; gradient boride layers

PL

borowanie; boronawęglanie; laserowa modyfikacja powierzchni; gradientowe warstwy borkowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 2
• Strony: 147--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kulka M.

autor

Pertek A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Graf von Matuschka A.: Borieren. Carl Hanser Verlag, Munchen, Wien (1977).
• [2] Wierzchoń T.: The role of glow discharge in the formation of a boride layer on steel in the plasma boriding process. Advances in low-temperature plasma chemistry, technology, applications, Technomic Publishing Co. INC. Lancaster-Basel, vol. 2, USA (1988).
• [3] Venkataraman B., Sundararajan G.: Surf. Coat. Technol. 73 (1995) 177- 184.
• [4] Hunger H. J., Trute G.: Heat Treatment of Metals 21 (2) (1994) 31-39.
• [5] Xu C. H., Xi J. K., Gao W.: J. Mater. Process. Technol. 65 (1997) 94-98.
• [6] Pertek A.: Gas boriding condition for the iron borides layers formation. Materials Science Forum 163-165 (1994) 323-328.
• [7] Liliental W., Tacikowski J.: Härterei-Technische Mitteilungen 35 (5) (1980) 251-256.
• [8] Kusiński J.: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo Naukowe „Akapit“, Kraków (2000).
• [9] Yan P. X., Su Y. C.: Materials Chemistry and Physics 39 (1995) 304-308.
• [10] Wierzchoń T., Bieliński P., Sikorski K.: Surf. Coat. Technol. 73 (1995) 121.
• [11] Toroghinezhad M. R., Salehi M., Ashrafizadeh F.: Mater. Manuf. Process 12 (1) (1997) 117-123.
• [12] Pertek A., Kulka M.: Characterization of complex (B+C) diffusion layers formed on chromium and nickel-based low-carbon steel. Applied Surface Science 202 (2002) 252-260.
• [13] Pertek A., Kulka M.: Microstructure and properties of composite (B+C) diffusion layers on low-carbon steel, Journal of Materials Science 38, 2003, pp.269÷273
• [14] Pertek A., Kulka M.: Two-step treatment carburizing followed by boriding on medium-carbon steel. Surface and Coatings Technology 173 (2003) 309-314.
• [15] Kulka M., Pertek A.: The importance of carbon content beneath iron borides after boriding of chromium and nickel-based low carbon steel. Applied Surface Science 214 (2003) 161-171.
• [16] Kulka M., Pertek A., Klimek L.: The influence of carbon content in the borided Fe-alloys on the microstructure of iron borides. Materials Characterization 56/3 2006) 232-240.
• [17] Kulka M., Pertek A.: Characterization of complex (B+C+N) diffusion layers formed on chromium and nickel-based low-carbon steel. Applied Surface Science 218 (2003) 113-122.
• [18] Kulka M., Pertek A.: Gradient formation of boride layers by borocarburizing. Applied Surface Science 254 (2008) 5281-5290.
• [19] Gopalakrishnan P., Shankar P., Subba Rao R. V., Sundar M., Ramakrishnan S. S.: Laser surface modification of low carbon borided steels. Scripta Mater. 44 (2001) 707-712.
• [20] Przybyłowicz K., Depczyński W., Mola R.: Modification of diffusion coatings structure by laser heat treatment. Inzynieria Materialowa 4 (1998) 1043-1046.
• [21] Pertek A., Kulka M.: Characterization of single tracks after laser surface modification of borided 41Cr4 steel. Applied Surface Science 205/1-4, (2003) 137-142.
• [22] Kulka M., Pertek A.: Microstructure and properties of borided 41Cr4 steel after laser surface modification with re-melting. Applied Surface Science 214 (2003) 278-288.
• [23] Kulka M., Pertek A.: Microstructure and properties of borocarburized 15CrNi6 steel after laser surface modification. Applied Surface Science 236/1-4 (2004) 98-105.
• [24] Kulka M., Pertek A.: Laser surface modification of carburized and borocarburized 15CrNi6 steel. Materials Characterization 58/5 (2007) 461-470.
• [25] Molian P. A., Rajasekhra H. S.: Surf. Eng. 2 (4) (1986) 269.
• [26] Kulka M.: Gradient boride layers formed by borocarburizing and laser surface modification. Seria Rozprawy Nr 428, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej (2009).