Electron beam surface hardening

• Autorzy: Śliwiński Piotr , Węglowski Marek St. , Kwieciński Krzysztof , Wieczorek Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2022.1/1

Warianty tytułu

PL

Hartowanie powierzchniowe wiązką elektronów – przegląd zagadnienia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The surface hardening of steel components makes it possible to achieve high abrasive wear resistance without the necessity of hardening the entire cross-section of a given element. As a result, it is possible to apply lower stress and reduce the cost of the process. Because of very high heating rates (of up to 10^9 K/s) as well as the ease of dynamic deflection and focusing, the use of electron beam to harden component surfaces enables the obtainment of surface layers characterised by required properties. This article constitutes an overview of publications concerning electron beam-based surface hardening.

PL

Hartowanie powierzchniowe elementów stalowych umożliwia uzyskanie wysokiej odporności na zużycie w warunkach tarcia elementów, bez konieczności hartowania całego ich przekroju, wprowadzając mniej naprężeń oraz obniżając koszty procesu. Ze względu na bardzo wysokie prędkości nagrzewania, sięgające 109 K/s, a także łatwość dynamicznego odchylania i ogniskowania, zastosowanie wiązki elektronów do hartowania powierzchni elementów umożliwia uzyskanie warstw wierzchnich o wymaganych własnościach. W artykule przedstawiono przegląd prac dotyczących zagadnienia hartowania powierzchniowego wiązką elektronów.

Słowa kluczowe

EN

hardening; surface hardening; case hardening; electron beam; surface processing; steel

PL

hartowanie; hartowanie powierzchniowe; wiązka elektronów; obróbka powierzchni; stal; utwardzanie dyfuzyjne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 66, No. 1
• Strony: 7--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Śliwiński Piotr

• Łukasiewicz Research Network – Instytut Spawalnictwa, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures

autor

Węglowski Marek St.

• Łukasiewicz Research Network – Instytut Spawalnictwa, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures

autor

Kwieciński Krzysztof

• Łukasiewicz Research Network – Instytut Spawalnictwa, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures

autor

Wieczorek Andrzej

• Silesian University of Technology

Bibliografia

• [1] Vanpaemel J.: History of the hardening of steel: science and technology. Journal de Physique Colloques, 1982, vol. 43, no. C4, pp. 847–854.
• [2] Schubert H.: History of British Iron and Steel Industry c.450 BC to AD 1775. 1957.
• [3] A. den Ouden: The Production of Wrought Iron in Finery Hearths. Historical Metallurgy, 1981, vol. 15, no. 2, pp. 63–87.
• [4] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria Powierzchni Metali. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995.
• [5] Dobrzański L.A. : Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.
• [6] Nowotyńska I., Kut. S.: Wybrane metody obróbki powierzchni narzędzi do formowania metali. Logistyka 6/2014.
• [7] Dobrzański L.A., Dobrzańska-Danikiewicz A.D.: Obróbka powierzchni materiałów inżynierskich. Open Access Library, 2011, vol. 5.
• [8] Pawłowski B.: Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna stali. Praca zbiorowa pod redakcją J. Pacyny: Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia. Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2005, pp. 175–202.
• [9] Jankowski T., Głowacka M.: Hartowanie i odpuszczanie stali węglowych. Praca zbiorowa pod redakcją J. Hucińskiej: Metaloznawstwo. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej. 1995, pp. 107–129.
• [10] Valkov S., Ormanova M., Petrov P.: Electron-Beam Surface Treatment of Metals and Alloys: Techniques and Trends. Metals, 2020, vol. 10, 1219.
• [11] Ribton C.: Intelligent power supplies for electron beam welding at 300 kV and 150 kW. IEE Colloquium on Power Electronics for Demanding Applications (Ref. No. 1999/059), 1999, pp. 4/1–4/7.
• [12] Pilarczyk J., Węglowski M.S.: Spawanie wiązką elektronów. Welding Technology Review, 2015, vol. 87, no. 10.
• [13] Węglowski M.S., Jachym R., Krasnowski K., Kwieciński K., Pikuła J., Śliwiński P.: Electron Beam Melting of Thermally Sprayed Layers – Overview. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2021, no. 3, pp. 7–19
• [14] https://www.ebpglobal.com/
• [15] https://commons.wikimedia.org/
• [16] Angelov V., Ormanova M., Kaisheva D., Lazarova R., Dimitrova R., Petrov P.: Selective electron beam surface alloying of aluminum with TiCN nanoparticles. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B 2019, no. 440, pp. 88–94.
• [17] Panin A., Kazachenok M., Perevalova O., Martynov S., Panina A., Sklyarova E.: Continuous Electron Beam Post-Treatment of EBF3-Fabricated Ti–6Al–4V Parts. Metals, 2019, no. 9, pp. 699.
• [18] Dossett J., Totten G.E.: Steel Heat Treating Fundamentals and Processes. Introduction to Surface Hardening of Steels. ASM Handbook, Vol. 4A. Revised by Michael J. Schneider, The Timken Company, and Madhu S. Chatterjee, 2013.
• [19] DVS Technical Codes on Electron Beam Welding. English Edition. 2013. Vol. 8. ISBN 978-3-87155-244-1.
• [20] Klaus-Rainer Schulze: Electron Beam Technologies. Wissen kompakt. 2012, DVS Media, ISBN 3-87155-227-5.
• [21] https://www.pro-beam.com/en/contractmanufacturing/hardening/.
• [22] Matlák J., Dlouhý I.: Properties of Electron Beam Hardened Layers made by Different Beam Deflection. Manufacturing Technology, 2018, no. 18, pp. 279–284.
• [23] Petrov P. – Optimization of carbon steel electron-beam hardening J. Phys.: Conf. Ser. 223 012029. 2010.
• [24] Friedel K.P., Felba J., Wymyslowski A., Pobol I.: A systematic method for optimizing the electron beam hardening process. Vacuum, 1996, vol. 47, no. 11, pp. 1317–1324.
• [25] Song R.G., Kepeng Z., Guangliang C.: Electron beam surface treatment. Part I: surface hardening of AISI D3 tool steel. Vacuum, 2003, no. 69, pp. 513–516.
• [26] Dimitrov D., Aprakova M., Valkanov S., Petrov P.: Electron beam hardening of ion nitrided layers. Vacuum, 1998, vol. 49, no. 3, pp. 239–246.
• [27] Katsuyuki M, Shiroh M., Takayuki H., Masahiko K.: Electron beam hardening. International Journal of Materials and Product Technology, 1990, vol. 5, no. 3.
• [28] Storch W., Mühl F., Schulze K.R.: Electron beam hardening for the regeneration of turbine blades. Welding International, 1988, vol. 2, no. 12, pp. 1127–1130.
• [29] Yulei F., Jing H., Xianfeng S., Yingying W., Wansheng Z.: Surface hardening of 30CrMnSiA steel using continuous electron beam. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2017, no. 410, pp. 207–214.
• [30] Jie Y., Rong W., Deqiang W., Chenggong M., Hui W.: Effect of different scanning modes on the surface properties of continuous electron beam treated 40CrMn steel. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2020, vol. 467, pp. 102–107.
• [31] Deqiang W., Xiaobing W., Rong W., Hongyang C.: Surface modification of 5CrMnMo steel with continuous scanning electron beam process. Vacuum, 2018, vol. 149, pp. 118–123.
• [32] Weijie H., Jing H., Xiaotong C., Wansheng Z.: Experimental investigations of nanosecond-pulse electron beam profile for metal surface treatments. Materials from 20th Conference on electro physical and chemical machining. Published by Elsevier B. V. 2020.
• [33] Yulei F., Jing H., Wansheng Z., Fujun P., Weijie H., Xiaotong C.: Microstructure modification of AISI1045 steel induced by high-current pulsed pseudospark electron beam. Procedia CIRP. 95, pp. 972–975.
• [34] Yulei F., Jing H., Xianbing Z., Weijie H., Xiaotong C., Wansheng Z.: Surface modification of AISI 1045 steel by pseudospark based pulsed electron beam. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B, vol. 434, pp. 88–92.
• [35] Zou J.X., Grosdidier T., Zhang K.M., Gao B., Hao S.Z., Dong C.: Microstructures and phase formations in the surface layer of an AISI D2 steel treated with pulsed electron beam. Journal of Alloys and Compounds, 2007, vol. 434–435, pp. 707–709.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).