Testing the Structure and Properties of Steels After Hardfacing and Laser Treatment

• Autorzy: Pertek-Owsianna Aleksandra , Wiśniewska-Mleczko Karolina , Panfil Dominika , Bartkowska Aneta

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.4154

Warianty tytułu

Badania struktury i właściwości stali po napawaniu i obróbce laserowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper analyses the structure, hardness, and frictional wear resistance of surface layers formed on steels after hardfacing by means of the SSA arc method with self-shielded flux cored welding wire, with a content of carbon 5% and chromium 30% as well as boron alloying with the CO2 laser. S355J2 steel after being hardfaced with one up to three layers is characterized by the martensitic structure with chromium carbides and its surface hardness is 50–55HRC. In the weld deposit zone, with a thickness of up to approx. 2 mm, there is a constant distribution of hardness with the average value of 700 HV0.1, and then the hardness decreases to approx. 160 HV0.1 in the steel substrate. After hardfacing, the carbon content in S355J2 steel (0.23% wt.) increases to a similar content as in steel C90U in the initial state (0.96% wt.). After laser alloying with boron and after rapid cooling, C90U steel obtains distinctive paths with a zone structure and thickness reaching up to approx. 380 μm. In the remelted zone, there is a eutectic structure consisting of a mixture of iron borides and martensite with a hardness of approx. 1200–1800 HV0.1, and beneath it, there is heat affected zone with a martensitic-bainite structure with a hardness of approx. 700HV0.1. Hardfacing and laser heat treatment significantly decrease the frictional wear of the tested steels.

PL

W pracy przeanalizowano strukturę, twardość oraz odporność na zużycie przez tarcie warstw wierzchnich stali po napawaniu metodą łukową SSA drutem proszkowym samoosłonowym o zawartości węgla (5%) i chromu (30%) oraz stopowaniu borem za pomocą lasera CO2. Stal S355J2 po napawaniu jedną do trzech warstw charakteryzuje się strukturą martenzytyczną z węglikami chromu o twardości powierzchni 50÷55HRC. W strefie napoiny o grubości do ok. 2 mm występuje stały rozkład twardości o średniej wartości 700 HV0.1, po czym twardość spada w rdzeniu stali do ok. 160 HV0.1. Po napawaniu zawartość węgla w stali S355J2 (0.23% mas.) wzrasta do podobnej jak w stali C90U w stanie wyjściowym (0.96% mas.). Stal C90U po stopowaniu laserowym borem i szybkim ochłodzeniu uzyskuje charakterystyczne ścieżki o budowie strefowej i grubości dochodzącej do ok. 380 μm. W strefie przetopionej występuje struktura eutektyki będącej mieszaniną borków żelaza i martenzytu o twardości ok. 1100÷1800 HV0.1, a pod nią znajduje się strefa wpływu ciepła o strukturze martenzytyczno-bainitycznej i twardości ok. 700 HV0.1. Napawanie oraz laserowa obróbka cieplna w sposób istotny zmniejszają zużycie przez tarcie badanych stali.

Słowa kluczowe

EN

hardfacing; laser alloying with boron; structure; hardness; tribological properties

PL

napawanie; stopowanie laserowe borem; struktura; twardość; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 2
• Strony: 97--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Pertek-Owsianna Aleksandra

• State University of Applied Sciences in Konin, Przyjaźni Street 1, 62-510 Konin, Poland

autor

Wiśniewska-Mleczko Karolina

• State University of Applied Sciences in Konin, Przyjaźni Street 1, 62-510 Konin, Poland; Poznan University of Technology, Jana Pawła II Street 24, 61-138 Poznań, Poland

autor

Panfil Dominika

• Poznan University of Technology, Jana Pawła II Street 24, 61-138 Poznań, Poland

autor

Bartkowska Aneta

• Poznan University of Technology, Jana Pawła II Street 24, 61-138 Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Burakowski T.: Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchni, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom 2004.
• 2. Szulc T.: Early years of hard-facing, Przegląd Spawalnictwa 9/2011, pp. 5–9.
• 3. Bęczkowski R., Gucwa M.: Defects Appearing in the Surfacing Layers of Abrasion Resistant, Archives of Foundry Engineering, Vol. 16, Issue 4/2016, pp. 23–28.
• 4. Paczkowska M,, Selech J., Piasecki A.: Effect of surface treatment on abrasive wear resistance of seeder coulter flap, Surface Review and Letters, Vol. 23, No 3 (2015) 1650007 (11 pages).
• 5. Napiórkowski J., Lemecha M., Szczyglak P.: Analiza zużywania warstw wierzchnich w naturalnych warunkach glebowych, Tribologia 4/2015, pp. 97–109.
• 6. Napiórkowski J., Lemecha M.: An analysis of the wear of ploughshares with various technological solutions. Tribologia 3/2016, pp. 139–151.
• 7. Konat Ł., Napiórkowski J., Białobrzeska B.: Structural properties and abrasive-wear resistance of BRINAR 400 and BRINAR 500 steels, Tribologia 3/2017, pp. 67–75.
• 8. Lemecha M., Napiórkowski J., Konat Ł.: Analysis of wear and tear of working elements with a replaceable cutting edge in an abrasive soil, Tribologia 3/2017, pp. 101–109.
• 9. Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Wiśniewska K.: Analiza mikrostruktury i właściwości warstw wierzchnich otrzymanych w wyniku borowania dyfuzyjnego i laserowego stali z mikrododatkiem, Inżynieria Materiałowa, 5/2015, pp. 256–259.
• 10. Cegiel L., Konat Ł., Pawłowski T., Pękalski G.: Stale Hardox – nowe generacje materiałów konstrukcyjnych maszyn górnictwa odkrywkowego, Węgiel Brunatny 3 (56) 2006, pp. 26–29.
• 11. Eroglu M.: Boride coatings on steel using shielded metal arc welding electrode: Microstructure and hardness, Surface & Coatings Technology 203, 2009, pp. 2229–2235.
• 12. Lai H. H., Hsieh C. C., Lin C. M., Wu W.: Characteristics of Eutectic α (Cr,Fe)-(Cr,Fe)23C6 in the Eutectic Fe-Cr-C Hardfacing Alloy. Metallurgical and materials transactions a, Vol. 48a. January 2017, p. 493.
• 13. Asad S., Dilawary A., Motallebzadeh A., Paksoy A. H., Afzal M., Atar E., Cimenoglu H.: Influence of laser surface melting on the characteristics of Stellite 12 plasma transferred arc hardfacing deposit, Surfaces Coatings Technology 317, 2017, pp. 110–116.
• 14. Bartkowski D., Młynarczak A., Piasecki A., Dudziak B., Gościański M., Bartkowska A.: Microstructure, microhardness and corrosion resistance of Stellite-6 coatings reinforced with WC particles using laser cladding, Optics & Laser Technology 68, 2015, pp. 191–201.
• 15. Nowacki J., Wypych A.: Napawanie w regeneracji głowic cylindrowych silników okrętowych, Przegląd Spawalnictwa 10/2011, pp. 56–60.
• 16. Er U., Par B.: Wear of plowshare components in SAE 950C steel surface hardened by powder boriding, Wear 261, 2006, pp. 251–255.
• 17. Gou J., Wang Y., Sun J., Li X.: Bending strength and wear behavior of Fe-Cr-C-B hardfacing alloys and without rare earth oxide nanoparticles, Surfaces Coatings Technology 311, 2017, pp. 113–126.
• 18. Gualco A., Svoboda H. G., Surian E. S.: Study of abrasive wear resistance of Fe-based nanostructured hardfacing. Wear 360–361, 2016, pp. 14–20.
• 19. Pertek-Owsianna A.: The structure and properties of iron alloys with various chemical compositions after diffusional boronizing, Tribologia, 5/2017, pp. 65–71.
• 20. Pertek-Owsianna A., Wiśniewska K., Bartkowska A.: The influence of laser boronizing parameters on the mechanism of formation and properties of surface layers produced on iron alloys with various carbon content, Inżynieria Materiałowa, 6/2017, pp. 218–223.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).