An Investigation of the Influence of Laser Alloying of the Surface Layer on Abrasive Wear Resistance of Cast Iron Elements

• Autorzy: Paczkowska M. , Selech J.

Warianty tytułu

PL

Badanie wpływu stopowania laserowego warstwy wierzchniej na odporność na zużycie ścierne elementów z żeliwa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the study was to evaluate the influence of the laser alloying of the coulter flaps working in a sand medium on the intensity of their abrasive wear. The treatment was performed with a dual diode TRUDISK 1000 laser device. Two types of alloying were performed (with boron and the mixture of boron and chromium). The wear experiment was carried out with a “rotating bowl” device to testing wear in a sandy medium. In comparison to the surface layer of the base coulter flaps (only chilled – with white cast iron microstructure) after laser alloying finer, more homogenous and additionally hardened microstructure of the surface layer was achieved. Such microstructure improved the hardness by approx. 2 times for laser alloying with boron and 3 times for the alloying with boron and chromium. Wear tests proved that this translated into over 2-fold improvement in durability of treated coulter flaps. Mass loss was similar in the case of both types of alloying despite of achieving the higher value of hardness by laser alloying with boron and chromium than by alloying only with boron. It may result from some discontinuities observed in the microstructure of the layer containing chromium that was created due to the technology. It was also observed that alloying with boron improved the surface roughness parameters.

PL

Celem badań była ocena wpływu stopowania laserowego stopek redlic pracujących w medium piaszczystym na intensywność ich zużycia ściernego. Obróbkę przeprowadzono za pomocą duo diodowego urządzenia laserowego TRUDISK 1000. Wykonano dwa rodzaje stopowania (borem oraz mieszaniną boru i chromu). Test zużyciowy przeprowadzono w urządzeniu „wirująca misa” do badania zużycia w podłożu piaszczystym. Porównując do warstwy wierzchniej stopek redlic w stanie wyjściowym (tylko zabielanej) po stopowaniu laserowym otrzymano drobną, bardziej jednorodną i dodatkowo zahartowaną mikrostrukturę. Taka mikrostruktura poprawiła twardość ok. 2-krotnie dla laserowego stopowania borem i 3-krotnie dla stopowania borem i chromem. Test zużycia udowodnił, że przełożyło się to na ponad 2-krotne zwiększenie odporności na zużycie obrobionych stopek redlic. Ubytek masy był podobny w przypadku obu rodzajów stopowania pomimo osiągnięcia większej twardości w przypadku stopowania borem i chromem niż w przypadku stopowania tylko borem. Może to wynikać z nieciągłości zaobserwowanych w mikrostrukturze warstwy zawierającej chrom, która spowodowana była prawdopodobnie wadą technologii. Zaobserwowano również, że stopowanie borem poprawiło parametry chropowatości powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

laser heat treatment; cast iron with graphite flake; microstructure; wear

PL

laserowa obróbka cieplna; żeliwo z grafitem płatkowym; mikrostruktura; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 107--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Paczkowska M.

• Poznan University of Technology, Institute of Machines and Motor Vehicle, Piotrowo 3 St., 60-965 Poznan, Poland

autor

Selech J.

• Poznan University of Technology, Institute of Machines and Motor Vehicle, Piotrowo 3 St., 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• 1. Baran B.: Porównanie charakterystyk zużywania elementów maszyn pracujących w gruncie, Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Ms. C. thesis, Poznań 2011.
• 2. Guifang S., Rui Z., Peng L., Aixin F., Yongkang Z.: Laser surface alloying of C-B-W-Cr powders on nodular cast iron Rolls, Surface and Coatings Technology, Vol. 205, Issues 8–9, 25 January 2011, pp. 2747–2754.
• 3. Zhi-kai C., Ti Z., Peng Z., Hai-feng Z., Wan-shi Y., Hong Z., Lu-quan R.: Influences of single laser tracks’ space on the rolling fatigue contact of gray cast iron, Optics & Laser Technology 72, 2015, pp. 15–24.
• 4. Zeng D., Xie C., Yung K. C.: Investigation of laser surface alloying of copper on high nickel austenitic ductile iron, Materials Science and Engineering A333, 2002, pp. 223–231.
• 5. Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W.: Microstructure of laser boronized nodular iron, Surface & Coatings Technology 205, 2010, pp. 2542–2545.
• 6. Paczkowska M., Wojciechowski Ł.: Adhesive wear tests of nodular iron parts after laser boronizing Tribologia, 3–4, 2007, pp. 71–83.
• 7. da Costa A. R., Vilar R.: Erosion by solid particle impingement: experimental results with cast-iron, laser-treated surface, Tribology Letters 3(4), 1997, pp. 379–385.
• 8. Xin T., Hong Z., Zhi-hui Z., Lu-quan R.: Thermal fatigue behavior of gray cast iron with striated biomimetic non-smooth surface, Journal of Materials Processing Technology Vol. 206, Issues 1–3, 12 September, 2008, pp. 473–480.
• 9. Wei L.; Deng L.: Laser alloying on chromium coated surface of nodular cast iron, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, v 8, n 3, Sep 1998, pp. 496–499.
• 10. Xin T., Hong Z., Lu-quan R., Zhi-hui Z., Ren-dong C., Wei Z.: Thermal fatigue characteristics of gray cast iron with non-smooth surface treated by laser alloying of Cr powder, Surface and Coatings Technology Vol. 202, 12, 2008, pp. 2527–2534.
• 11. Minlin Z., Wenjin L., Hongjun Z.: Corrosion and wear resistance characteristics of NiCr coating by laser alloying with powder feeding on grey iron liner, Wear, Vol. 260, Issues 11–12, 2006, pp. 1349–1355.
• 12. Napiórkowski J., Ligier K.: The analysis of wear of the layers containing WC/W2C in abrasive soil, Tribologia, 6, 2017, pp. 65–70.
• 13. Selech J., Ulbrich D., Włodarczyk K., Kowalczyk J., Kęska W., Spiczak-Brzeziński P.: Experimental and simulation research of forces and stresses acting on the hoe coulter. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol. 61(2), 2016, pp. 92–96.
• 14. Paczkowska M., Selech J., Piasecki A.: Effect of surface treatment on abrasive wear resistance of seeder coulter flap. Surface Review and Letters, 2016, 1650007-1-1650007-11.
• 15. Grum J., Šturm R.: Comparison of measured and calculated thickness of martensite and ledeburite shells around graphite nodules in the hardened layer of nodular iron after laser surface remelting, Applied Surface Science 187, 2002, pp. 116–123.

Uwagi

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