Laser surface modification of borochromizing C45 steel

• Autorzy: Bartkowska A. , Pertek A. , Jankowiak M. , Jóźwiak K.

Warianty tytułu

PL

Laserowa modyfikacja borochromowanej stali C45

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

n this study the test results for borochromized C45 steel after laser surface modification were presented. Influence of laser heat treatment on the microstructure and microhardness of surface layer was investigated. The process of borochromizing consisted of chromium plating followed by diffusion boronizing. The laser heat treatment (LHT) of multiple tracks in the helical line was carried out with CO2 laser beam. The technological laser TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 of the nominal power 2.6 kW was applied. Borochromizing was carried out with laser power density q = 41.40 kW/cm2 and at laser beam scanning rate v = 0.67 m/min and v = 2.016 m/min. Measurements of microhardness were conducted using the Vickers' method and Zwick 3212 B hardness tester. Microstructure observations were performed by means of an optical microscope Metaval Carl Zeiss Jena and scanning electron microscope Tescan VEGA 5135. After laser heat treatment with re-melting a three-zone layer was obtained, which included: re-melted zone, heat affected zone and a core. Influence of laser treatment parameters on thickness of melted zone and microstructure of the surface layer was tested. The microhardness tested along the axis of track of the surface layer after laser modification was about 800-850 HV. The results of tests showed influence of laser power density and scanning rate on microstructure and properties of borochromized layers.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań borochromowanej stali C45 po laserowej modyfikacji. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę i mikrotwardość warstwy wierzchniej. Proces borochromowania składał się z obróbki galwanicznej, następnie dyfuzyjnego borowania. Laserowa obróbka cieplna dla ścieżek wielokrotnych po linii śrubowej była wykonana przy użyciu lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPF TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW. Borochromowanie przeprowadzono przy użyciu gęstości mocy lasera q = 41,40 kW/cm2 i prędkości skanowania wiązki laserowej v = 0,67 m/min oraz v = 2,016 m/min. Pomiar mikrotwardości wykonano metodą Vickersa na twardościomierzu Zwick 3212B. Natomiast badania mikrostruktury przeprowadzono przy użyciu mikroskopu Metaval produkcji Carl Zeiss Jena jak również skaningowego mikroskopu elektronowego Tescan VEGA 5135. Po laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymana warstwa składała się z trzech stref: przetopionej, wpływu ciepła i rdzenia. Badano wpływ parametrów laserowej obróbki na grubość i mikrostrukturę strefy przetopionej. Mikrotwardość w osi ścieżki warstwy wierzchniej po laserowej modyfikacji wynosiła ok. 800-850 HV. Wyniki badań wykazały wpływ oddziaływania gęstości mocy lasera i prędkości posuwu na mikrostrukturę oraz właściwości warstw borochromowanych.

Słowa kluczowe

EN

chromium plating; diffusion boriding; laser heat treatment; microstructure; microhardness

PL

chromowanie; stal borochromowana; laserowa obróbka cieplna; mikrostruktura; mikrotwardość

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 211--214
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska A.

autor

Pertek A.

autor

Jankowiak M.

autor

Jóźwiak K.

• Poznan University of Technology, 60-965 Poznań, 5 M. SkŁOdowskiej-Curie Str., Poland

Bibliografia

• [1] A. Młynarczak, A. Piasecki, Budowa i właściwości dyfuzyjnych warstw chromoborowanych wytwarzanych na stalach narzędziowych. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 24, 2, 173-184 (2004).
• [2] Yu. A. Balandin, Surface hardening of die steel by diffusion boronizing, borocopperizing and borochromizing in fluidized bed. Metal Science and Heat Treatment 47, 3, 103-106 (2005).
• [3] A. Woldan, J. Kusiński, E. Tasak, S. Kąc, Wpływ laserowego stopowania stali węglowej chromem na strukturę i właściwości warstwy wierzchniej. Inżynieria Materiałowa 21, 6, 478-481 (2000).
• [4] S. Y. Lee, G. S. Kim, B. S. Kim, Mechanical properties of duplex layer formed on AISI 403 stainless steel by chromizing and boronizing treatment. Surface and Coating Technology 177-178, 178-184 (2004).
• [5] L. Bourithis, G. Papadimitriou, Boriding a plain carbon steel with the plasma transferred arc process using boron and chromium diboride powders: microstructure and wear properties. Materials Letters 57, 1835-1839 (2003).
• [6] S. Sen, U. Sen, The effect of boronizing and boro-chromizing on tribological performance of AISI 52100 bearing steels. Industrial Labrication and Tribology 61, 3, 146-153 (2009).
• [7] S. V. Grachev, L. A. Mal'tseva, T. V. Mal'tseva, A. S. Kolpakov, M. Yu. Dmitriev, Chemicothermal Treatment. Boronizing and Borochromizing in a vibrofluidized bed. Metal Science and Heat Treatment 41, 11-12, 465-468 (1999).
• [8] A. Pertek, A. Bartkowska, Warstwy borowane modyfikowane chromem, niklem oraz obróbką laserową. Inżynieria Materiałowa 31, 176, 4, 1162-1165 (2010).
• [9] A. Bartkowska, A. Pertek, Laserowa modyfikacja warstw borochromowanych na stali C45. XXXVIII Konferencja Szkoły Inżynierii Materiałowej, Kraków - Krynica, 28 IX - 1 X 2010, conference materials, 187-190 (2010).
• [10] T. Burakowski, T. Wierzchoń, Inżynieria powierzchni metali. WNT, Warszawa (1995).
• [11] K. Przybyłowicz, Teoria i praktyka borowania stali. Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce (2000).
• [12] A. Pertek, Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymanych w procesie borowania gazowego. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań (2001).
• [13] A. N. Safonov, Special features of boronizing iron and steel using a continuous-wave CO2 laser. Metal Science and Heat Treatment 40, 1-2 (1998).
• [14] K. Wiśniewski, A. Pertek, Influence of laser alloying with amorphous boron on structure and microhardness of 41Cr4. Archives of Metallurgy and Materials 54, 1, 111-114 (2009).