Ocena skutków laserowego ulepszania cieplnego warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego

• Autorzy: Paczkowska M.

Warianty tytułu

EN

Laser hardening and laser tempering effects evaluation in nodular cast iron surface layer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prezentowane wyniki badań dotyczą problematyki związanej z konstytuowaniem warstwy powierzchniowej elementów żeliwnych. Celem tej pracy było rozpoznanie możliwości w zakresie wykorzystania nagrzewania wiązką laserową do przeprowadzenia ulepszania cieplnego warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego. Zasadniczym etapem tych badań było opracowanie warunków obróbki laserowej, które powodując odpowiednią temperaturę w warstwie powierzchniowej żeliw, pozwolą uzyskać efekt odpuszczania laserowego (bez pojawienia się strefy ponownie zahartowanej od powierzchni). Obróbkę wykonano za pomocą lasera molekularnego CO2 Trumpf TLF 2600 o pracy ciągłej. Podczas obróbki rejestrowano temperaturę powierzchni obrabianego elementu. Obróbka składała się z dwóch etapów. Pierwszy etap polegał na nagrzewaniu w celu uzyskania strefy zahartowanej, a drugi na nagrzewaniu w tym samym miejscu w celu uzyskania odpuszczania. Rezultaty obróbki oceniono na podstawie analizy mikrostruktury i mikrotwardości warstwy powierzchniowej. Badania pozwoliły ustalić, że gęstość mocy wiązki laserowej, której następstwem zastosowania było zmniejszenie średniej mikrotwardości w warstwie powierzchniowej o ok. 200 HV0,1, na głębokość powyżej 0,4 mm wyniosła 9ź102 Wźcm-2 dla zastosowanego czasu oddziaływania wiązki laserowej na materiał 3,74 s. Przy mniejszej gęstości mocy nie odnotowano zmniejszenia mikrotwardości, co jednak nie wyklucza zajścia procesów związanych z niskim odpuszczaniem lub odprężaniem (ze względu na temperaturę występującą podczas nagrzewania laserowego). Wyniki prezentowanych badań pozwoliły stwierdzić, że jest możliwe uzyskanie efektu ulepszania cieplnego w przypadku elementów żeliwnych za pomocą nagrzewania laserowego przez wytworzenie strefy odpuszczonej (bez efektów świadczących o tym, aby podczas nagrzewania laserowego przy powierzchni doszło do ponownej austenityzacji) w warstwie powierzchniowej uprzednio zahartowanej.

EN

The presented research concerns the issue of cast iron parts surface layer designing. The aim of research was laser heating potential estimation which allows to achieve nodular cast iron surface layer hardening and tempering processes. The fundamental stage in this research was to set laser treatment conditions, which bring cast iron surface layer appropriate temperature and thereby cause laser tempering (without rehardened zone near the surface). Laser treatment was performed by CO2 Trumpf TLF 2600 molecular laser with continuous wavelength. During the laser treatment treated samples surface temperature was continuously controlled. The laser heat treatment was made for two stages. The goal of the first stage was to obtain hardened layer, and the goal of the second stage was previously hardened layer tempering. The results of performed treatment were estimated by microstructure analysis and microhardness measurements. These outcomes were compared to the temperature measurement results. The researches carried out enable to state, that the power density (9ź102 Wźcm-2, using 3.74 s interaction time) caused surface layer average microhardness decrease to 200 HV0.1 for the 0.4 mm distance. In the other cases microhardness decrease was negligible. However, lower power densities which were used in higher temperature tests could processes in surface layer low tempering or stress annealing. The performed research results state that it is possible to obtain hardening and tempering effect in cast iron parts surface layer using laser beam heating. It is also possible to achieve homogenous tempered zone (without rehardened zone near the surface ) from previously hardened layer.

Słowa kluczowe

PL

żeliwo; laserowe ulepszanie cieplne

EN

cast iron; laser hardening and tempering

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 658--661
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Instytut Maszyn Roboczych i Pojadów Samochodowych, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Orłowicz W., Trytek A.: Kształtowanie mikrostruktury i właściwości użytkowych odlewów żeliwnych uszlachetnionych powierzchniowo plazmą łuku elektrycznego. Archiwum Odlewnictwa, PAN vol. 7, nr 23, Monografia, Katowice (2007).
• [2] Kopyciński D., Guzik E.: Powłoka cynkowa na powierzchni odlewu z żeliwa sferoidalnego. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 780÷783.
• [3] Burakowski T.; Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali. WNT, Warszawa (1995).
• [4] Major B.: Ablacja i osadzanie laserem impulsowym. Akapit (2002).
• [5] Kusiński J: Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Akapit (2000).
• [6] Didenko T., Kusiński J.: Turbulentny model wielofazowego transportu masy w procesie laserowego przetapiania żeliwa sferoidalnego. Inżynieria Materiałowa 25 (2005) 521÷523.
• [7] Grum J., Sturm R.: Influence of laser remelting process on strain and residual stresses in nodular iron. Materials Science Forum 681 (2011) 188÷193.
• [8] Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W.: Microstructure of laser boronized nodular iron. Surface & Coatings Technology 205 (2010) 2542÷2545.
• [9] 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.
• [10] Liu L., Hirose A., Kobayashi K. F.:A numerical approach for predicting laser surface annealing process of Inconel 718. Acta Materiala 50 (2002) 1331÷1347.
• [11] Li Z., Shang J., Liu B., Fei B.: Electrochemically indicted surface annealing without electrolyte immersion and its influence on pitting resistance. Surface & Coating Technology 202 (2008) 4830÷4833.
• [12] Colaco R., Vilar: Effect of laser surface melting on the tempering behawior of X42Cr13 stainless tool steel. Scripta Materiala 38 (1998) 107÷113.
• [13] Wang H. M., Bergman H. W.: Annealing laser-melted ductile iron by pulsed Nd: Yag laser radiation. Materials Sciene and Engeneering A196 (1995) 171÷176.
• [14] Kusiński J.: Zmiany struktury i własności mechanicznych stali pod wpływem obróbki laserowej. Metalurgia i odlewnictwo, Zeszyty naukowe 132, Kraków (1989).
• [15] Paczkowska M.: Wpływ parametrów obróbki laserowej na budowę warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego. Inżynieria Materiałowa 6 (2009) 505÷508.