The possibilities of strengthening of the surface layer of nodular iron by laser alloying with silicon nitride on the example of a rocker arm

• Autorzy: Paczkowska M.

Warianty tytułu

PL

Możliwości umacniania warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego za pomocą stopowania laserowego azotkiem krzemu na przykładzie dźwigienki zaworowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the order to increase the resistance to the friction wear of machine parts appropriate surface treatment application is needed. The aim of presented research was to evaluate the laser alloying with silicon nitride effects obtained in the surface layer of nodular iron and to select the laser treatment parameters that should be appropriate for the treatment of the one of the engine parts, which is a rocker arm. After implementation of silicon nitride into the nodular iron surface layer using laser heating, a uniform, fine, dendritic microstructure similar to the hardened white cast of the allayed zone was created in all performed variants. This microstructure resulted in at least 4-times higher hardness in comparison to the core material. The hardness and the alloyed zone dimensions were dependent on the laser heat treatment variant. The laser beam power density of 41 W/mm² and its velocity of 2.8 mm/s were selected for the treatment of the rocker arm. It was caused by the effects obtained in the surface layer. With these parameters, it was possible to achieve the hardness of 1300 HV0.1 and the width of the alloying zone of over 4 mm, which is enough to strengthen the surface area of the rocker arm most exposed to the tribological wear.

PL

W celu zwiększenia odporności na zużycie w wyniku tarcia części maszyn potrzebna jest ich odpowiednia obróbka powierzchniowa. Celem prezentowanych badań była ocena efektów stopowania laserowego azotkiem krzemu uzyskanych w warstwie wierzchniej żeliwa sferoidalnego oraz dobór parametrów obróbki laserowej, które powinny być odpowiednie do obróbki jednej z części silnika pojazdu, jakim jest dźwigienka zaworowa. W wyniku wprowadzenia azotku krzemu do warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego za pomocą nagrzewania laserowego we wszystkich przeprowadzonych wariantach wytworzona została jednorodna, drobnoziarnista i dendrytyczna mikrostruktura o charakterze zbliżonym do zahartowanego żeliwa białego. Efektem takiej mikrostruktury było uzyskanie przynajmniej 4-krotnego zwiększenia twardości w porównaniu z twardością materiału rdzenia. Twardość i wielkość uzyskanej strefy stopowanej zależały od zastosowanego wariantu laserowej obróbki cieplnej. Do obróbki dźwigienki zaworowej wybrano gęstość mocy wiązki laserowej równej 41 W/mm²&enspi jej prędkości 2,8 mm/s. Było to spowodowane tym, że w przypadku takich parametrów możliwe było uzyskanie twardości 1300 HV0.1 i szerokości strefy stopowanej ponad 4 mm, co jest wystarczające do umocnienia najbardziej narażonego na zużycie tribologiczne obszaru powierzchni dźwigienki zaworowej.

Słowa kluczowe

EN

laser alloying; hardness; surface layer; cast iron

PL

stopowanie laserowe; twardość; warstwa wierzchnia; żeliwo

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 6
• Strony: 71--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Poznan University of Technology, Institute of Machines and Motor Vehicles, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Tabor A. (ed.): The diagnostic testing of motor vehicle – construction, exploitation, repair (polish version), Politechnika Krakowska, Kraków 2006.
• 2. Kula, P.: Engineering of surface layer (polish version), Monografie, Łódź 2000.
• 3. Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W., Microstructure of laser boronized nodular iron, Surface and Coatings Technology 205, 2010, p. 2542–2545.
• 4. Paczkowska M., Wojciechowski Ł., Adhesive wear tests of nodular iron parts after laser boronizing (polish version), Tribologia, 3, 2007, 71–81.
• 5. Płaza S., Margielewski L., Celichowski G., The introduction of tribology, tribochemistry (polish version), Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2005.
• 6. Stachowiak G., Batch A. W., Engineering Tribology, 4th Edition,Butterworth-Heinemann 2013.
• 7. Paczkowska M., The analysis of the influence of laser heat treatment of the crankshaft journal on wear resistance of the bearing, Tribologia 2, 2016, 87–100.
• 8. Shaaf P., Laser nitriding of metals, Progress in Materials Science 47, 2002, 1–161.
• 9. Thomann A. L., Basillais A., Wegscheider M., Boulmer-Leborgne C., Pereira A., Delaporte P., Chemical and structural modifications of laser treated iron surfaces: investigation of laser processing parameters, Applied Surface Science Volume: 230, Issue: 1–4, May 31, 2004, 350–363
• 10. Huang, Chong-Cheng; Tsai, Wen-Ta; Lee, Ju-Tung, The effect of silicon nitride on the laser surface alloying with Fe-Cr-Si3N4 powders, Scripta Metallurgica et Materiala Volume: 32, Issue: 9, May 1, 1995, 1465–1470.
• 11. Chien-Kuo S., Hsien-Lung T.: Hardfacing characteristics of S42000 stainless steel powder with added silicon nitride using a CO2 laser Materials Characterization Vol. 52, Issue: 4–5, July, 2004, 341–348.
• 12. Selech J., Paczkowska M., Kinal G, Baran B., Chruściński W., The comparison of effects of thermal spraying eutalloy 10112 and Laser alloying with silicon nitride of cast iron outmost disk coulter, Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 60, 1, 2015, 88–92.

Uwagi

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