Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Cz. 1, Stale węglowe

• Autorzy: Berkowski L.

Warianty tytułu

EN

Influence of structural state on the effects of laser treatment of steel with different chemical compositions. P. 1, Carbon steels

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Obróbka laserowa, zwłaszcza hartowanie laserowe, wykorzystuje dużą energię promieniowania laserowego do grzania niewielkich powierzchni obrabianego materiału oraz jego przewodność cieplną, celem uzyskania szybkiego ochłodzenia podgrzanego obszaru. Specyficzne warunki i efekty stosowania obróbki sprawiają, że technologia stała się w wielu przypadkach bardzo atrakcyjna. W niniejszym opracowaniu podjęto próbę oceny wpływu stanu strukturalnego stali, związanego ze składem chemicznym, na skutki obróbki laserowej. W pierwszej części oceniono stale węglowe w różnej zawartości węgla i obrabianych w miarę ustalonych warunkach; badania przeprowadzono na jednym urządzeniu (laser technologiczny CO2 firmy TRUMPF), przy zmieniającej się prędkości przesuwania się wiązki światła lasera – 16, 24, 32 i 64 mm/s. Metodą pomiaru twardości HV0,1 wyznaczono parametry warstwy (głębokość i szerokość na głębokości 0,3 mm), przeprowadzono obserwację struktury stali E04j, 15, 35, 45, 55, N7E i N8E z pomocą mikroskopu świetlnego. Spodziewano się określić wpływ zawartości węgla w stali oraz wpływ intensywności grzania wiązką światła lasera na strukturę i właściwości warstwy zahartowanej z przetopieniem stali węglowej, także po tradycyjnym odpuszczaniu. Badania wykazały, że wzrost zawartości węgla w stalach węglowych w przedziale 0,04–0,70% C (stale E04J, 15, 35, 55 i N7E) powoduje wzrost twardości po hartowaniu laserowym – odpowiednio – od 314 HV0,1 do 1054 HV0,1 (po odpuszczaniu twardość została proporcjonalnie obniżona), lecz nie wpływa istotnie na tzw. parametry warstwy (głębokość i szerokość na głębokości 0,03 mm). Wpływa natomiast na jej kształt: stosunek głębokości do szerokości warstwy, który dla stali E04J, 45 i N8E wynosił odpowiednio – 1,16; 0,97 i 0,69. Zawartość węgla wpłynęła również na charakter nieciągłości, w strefie zahartowanej po przetopieniu; w stalach o mniejszej zawartości C pojawiły się pęcherze, o większej – szczeliny. Badania wykazały ponadto, że zwiększenie prędkości przemieszczania się wiązki światła lasera powoduje zmniejszenie głębokości zahartowanej warstwy.

EN

Laser treatment, particularly laser hardening, utilizes the high energy of laser radiation to heat small surfaces of the treated material as well as the material’s thermal conductivity in order to achieve rapid cooling of the heated area. Specific conditions and effects of applying such treatment have made this technology attractive in many cases. This paper undertakes to assess the influence of the structural state of steel related to chemical composition on the effects of laser treatment. The first part contains an assessment of carbon steel with varying carbon content, treated under relatively stable conditions; tests were performed on one machine (technological CO2 laser from TRUMPF), at a changing laser beam travel speed – 16, 24, 32 and 64 mm/s. The method of HV0.1 hardness measurement was used to determine the layer’s parameters (depth and width at 0.3 mm depth), and observations of the structure of E04J, 15, 35, 45, 55, N7E and N8E steels were conducted under a light microscope. It was expected to determine the influence of carbon content in steel and the influence of laser beam heating intensity on the structure and properties of the layer hardened with melting of carbon steel, including after traditional tempering. Tests showed that increasing carbon content in carbon steels within the range of 0.04–0.70% C (E04J, 15, 35, 55 and N7E steels) increases hardness after laser hardening – respectively – by 314 HV0.1 to 1054 HV0.1 (after tempering, hardness was reduced proportionally), however it does not have a significant impact on the so-called layer parameters (depth and width at 0.03 mm depth). It does, however, affect its shape; the layer’s depth to width ratio was, respectively for E04J, 45 and N8E steels – 1.16; 0.97 and 0.69. Carbon content also affected the nature of discontinuities in the hardened zone after melting; bubbles appeared in steels with lower C content, and crevices in steels with higher C content. Tests also revealed that increasing laser beam travel speed reduces the depth of the hardened layer.

Słowa kluczowe

PL

stal węglowa; obróbka laserowa; obróbka cieplna; mikrostruktura

EN

carbon steel; laser treatment; heat treatment; microstructure

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 29, nr 2
• Strony: 127--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Berkowski L.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Burakowski T., T. Wierzchoń. 1995. Inżynieria powierzchni metali. Warszawa: WNT.
• [2] Kusiński J. 2000. Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Kraków: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT.
• [3] Berkowski L. 1996. Investigation on the improvement of plastic working tool durability. Part II: Made in Forming Metal Institute. Aachen – Poznań.
• [4] Berkowski L., A. Żaboklicki. 1997. „Badania nad zastosowaniem techniki laserowej w obróbce roboczych powierzchni narzędzi kuźniczych”. Obróbka Plastyczna Metali 8 (3): 19–26.
• [5] Kawalec M. i in. 2004. „Zastosowanie lasera technologicznego CO2 do doskonalenia właściwości warstwy wierzchniej stali oraz wspomagania toczenia twardej ceramiki konstrukcyjnej Si3N4”. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 24 (2): 139–157.
• [6] Kawalec M. i in. 1999. Wykorzystanie techniki laserowej w technologii i eksploatacji elementów maszyn oraz w fizyce półprzewodników. Praca Politechniki Poznańskiej. Poznań.
• [7] Kita A. 2001. Obróbka laserowa stopów żelaza o różnej zawartości węgla z wykorzystaniem na elementy pojazdów. Praca dyplomowa. Poznań: Politechnika Poznańska.
• [8] Tarkowski K. 2001. Wpływ składu chemicznego wybranych stali stosowane na elementy samochodowe na skutki obróbki laserowej. Praca dyplomowa. Poznań: Politechnika Poznańska.