Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The effect of laser treatment parameters on temperature distribution and thickness of laser-alloyed layers produced on Nimonic 80A-alloy

Makuch N., Dziarski P., Kulka M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 83, nr 2

67--78

EN

Purpose: The aim of this paper was to determine the influence of laser treatment parameters on temperature distribution and thickness of laser-alloyed layers produced on Nimonic 80A-alloy. Design/methodology/approach: In this paper laser alloying was used in order to produce layers on Nimonic 80A-alloy surface. The three types of the alloying materials were applied: B, B+Nb and B+Mo. Microstructure observations were carried out using an optical microscope. The hardness measurements were performed using a Vickers method under a load of 0.981 N. For evaluation of temperature distribution the equations developed by Ashby and Esterling were used. Findings: The produced layers consisted of re-melted zone only and were characterized by high hardness (up to 1431 HV0.1). The increase in laser beam power caused an increase in thickness and decrease in hardness of re-melted zones. The temperature distribution was strongly dependent on laser treatment parameters and physical properties of alloying material. The higher laser beam power, used during laser alloying with boron, caused an increase in layer thickness and temperature on the treated surface. The addition of Mo or Nb for alloying paste caused changes in melting conditions. Research limitations/implications: The obtained results confirmed that laser beam power used for laser alloying influenced the thickness and hardness of the produced layers. Moreover, the role of type of alloying material and its thermal properties on melting condition was confirmed. Practical implications: Laser alloying is the promising method which can be used in order to form very thick and hard layers on the surface of Ni-base alloys. The obtained microstructure, thickness and properties strongly dependent on laser processing parameters such as laser beam diameter, laser beam power, scanning rate as well as on the type of alloying material and its thickness, or type of substrate material. Originality/value: In this paper the influence of alloying material on temperature distribution, thickness and hardness of the laser-alloyed layers was in details analyzed.

2

Laser boriding of 100CrMnSi6–4 steel using BaF2 self-lubricating addition

Piasecki A., Kotkowiak M., Kulka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

143--148

EN

100CrMnSi6–4 steel, being a high carbon chromium steel with increased content of manganese and silicon, is commonly used in the bearing industry as a standard material. This material is predominantly applied to elements of rolling bearings taking into consideration its good wearability as well as good resistance to contact fatigue. The diffusion boronizing was a thermochemical treatment which improved tribological properties of this steel. In this study, instead of the diffusion process, the laser boriding was used in order to produce a boride layer on this material. The two-step process was used during laser alloying. First, the surface of the specimen was coated by a paste with alloying material. The alloying material consisted of the mixture of amorphous boron and BaF2 as a self-lubricating addition. Next, the surface was remelted by a laser beam using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. The microstructure of the layer consisted of the remelted zone with eutectic mixture of iron borides, borocementite and martensite as well as the heat-affected zone with martensite, bainite and retained austenite. The continuous laser-borided layer was obtained at the surface. It was uniform in respect of the thickness because of the high overlapping used during the laser treatment (86%). The hardness decreasing was observed in remelted zone compared to the laser-alloyed layer with boron only. However, the significant increase in wear resistance of laser-borided layer was caused by BaF2 self-lubricating addition. The formation of tribofilm on the worn surface was the reason for improved tribological properties of the self-lubricating layer.

PL

Celem pracy było wytworzenie warstw stopowanych borem i fluorkiem baru charakteryzujących się zwiększoną odpornością na zużycie przez tarcie. Wśród wielu metod zmniejszenia współczynnika tarcia w parze trącej istotne znaczenie ma stosowanie olejów. Jednak ze względu na problem z nimi związany, na każdym etapie użytkowania, od produkcji po utylizację, duże znaczenie zyskują lubrykanty stałe. Substancje te można podzielić m.in. na: metale, tlenki, fluorki, siarczki, siarczany, wolframiany. Wśród tych związków na szczególną uwagę zasługują fluorki CaF2 i BaF2, które mogą pracować w wysokiej temperaturze, zapewniając zmniejszenie współczynnika tarcia. Fluorek baru charakteryzuje się małą twardością i bardzo dobrymi właściwościami smarnymi. W niniejszej pracy wytworzono warstwę stopowaną laserowo borem i fluorkiem baru, w wyniku czego spodziewano się uzyskać warstwę o większej odporności na zużycie przez tarcie, nawet przy zmniejszonej twardości w porównaniu z warstwą stopowaną laserowo wyłącznie borem. Warstwy powierzchniowe wytworzono na stali łożyskowej 100CrMnSi6–4. Stal ta charakteryzuje się zwiększoną hartownością oraz należy do stosunkowo tanich materiałów.

3

Corrosion resistance of laser-borided Inconel 600 alloy

Dziarski P., Kulka M., Makuch N., Mikołajczak D.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

149--156

EN

Inconel 600 alloy is used extensively for a variety of industrial applications involving high temperature and aggressive environments. However, under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), this material has to be characterized by suitable wear protection. The diffusion boronizing efficiently improved the tribological properties of this alloy. Nevertheless, the long duration of this process was necessary in order to obtain the layers of the thickness up to about 100 μm. In this study, instead of the diffusion process, the laser alloying with boron was used for producing a boride layer on Inconel 600 alloy. During this process, the external cylindrical surface of base material was coated by paste, including amorphous boron, and remelted by a laser beam. In the remelted zone, the three areas were observed: compact borides zone consisting of nickel and chromium borides (close to the surface), zone of increased percentage of Ni–Cr–Fe matrix (appearing in the greater distance from the surface) and zone of dominant percentage of Ni–Cr–Fe matrix (at the end of the layer). The hardness was comparable to that-obtained in case of diffusion boriding. Simultaneously, the laser-borided layer was significantly thicker. In order to evaluate the corrosion behaviour, the immersion corrosion test in a boiling solution of H2O, H2SO4 and Fe2(SO4)3 was used. As a consequence of selective laser alloying, the difference in electrochemical potentials between the layer and base material caused the accelerated corrosion of the substrate in areas without laser-borided layer. The results showed that laser-borided Inconel 600 alloy could be characterized by the excellent corrosion resistance in such corrosive solution if the whole surface would be covered with laser-alloyed layer.

PL

Celem pracy było wytworzenie warstwy borków na stopie niklu Inconel 600 z zastosowaniem laserowego stopowania borem oraz ocena odporności korozyjnej stopu z wytworzoną warstwą. Warstwa ta powinna charakteryzować się zwiększoną odpornością na zużycie mechaniczne (adhezyjne lub ścierne) oraz wykazywać znaczną odporność na działanie agresywnego środowiska. Borowanie dyfuzyjne skutecznie poprawia właściwości tribologiczne tego stopu, jednak do uzyskania warstwy o grubości ok. 100 μm dotychczas był potrzebny długi czas procesu. Zamiast tradycyjnego procesu dyfuzyjnego w pracy do wytworzenia warstwy borków na stopie Inconel 600 zastosowano nowoczesną, bardziej ekologiczną metodę laserowego stopowania borem.

4

The effect of CaF2 and BaF2 solid lubricants on wear resistance of laserborided 100CrMnSi6-4 bearing steel

Piasecki A., Kotkowiak M., Kulka M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 86, nr 1

15--23

EN

Purpose: In this paper, laser alloying with boron and solid lubricants was used in order to produce the self-lubricating layer on 100CrMnSi6-4 bearing steel. The influence of CaF2 and BaF2 on microstructure, hardness, chemical and phase composition as well as wear resistance of the layers was studied. Design/methodology/approach: The two-step process was used during laser alloying. First, the surface of the specimen was coated by a paste with alloying material. The alloying material consisted of the mixture of amorphous boron and self-lubricating additions (CaF2 and BaF2). Next, the surface was re-melted by a laser beam using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. The laser beam power 1.43 kW was used for laser alloying. The layer was characterized using X-ray diffraction, Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive Spectroscopy, microhardness tester. The dry sliding wear behaviour of the layer was investigated using the Amsler type wear test. Findings: The tribofilm, consisting of solid lubricants, was observed on the worn surfaces of laser-alloyed layers. It caused an increase in the wear resistance at room temperature. The presence of calcium fluoride and barium fluoride was confirmed in laser-alloyed layers using XRD and X-ray microanalysis by EDS method. Practical implications: Laser surface modification with solid lubricants had the important cognitive significance and gives grounds to the practical employment of this technology for reducing the abrasive wear. Originality/value: The wear mechanism of surface layer with solid lubricants was determined. The produced layer with laser alloying layers of boron and solid lubricant (CaF2 or BaF2) was compared.

5

Laser alloying of 316L steel with boron using CaF2 self-lubricating addition

Mikołajczak D., Piasecki A., Kulka M., Makuch N.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 1

4--9

EN

Good resistance to corrosion and oxidation of austenitic 316L steel is well-known. Therefore, this material is often used wherever corrosive media or high temperature are to be expected. However, under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), this steel have to characterize by suitable wear protection. The diffusion boronizing can improve the tribological properties of 316L steel. However, the small thickness of diffusion layer causes the limited applications of such a treatment. In this study, instead of diffusion process, the laser boriding was used. The external cylindrical surface of base material was coated by paste including amorphous boron and CaF2 as a self-lubricating addition. Then the surface was remelted by laser beam. TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser was used for laser alloying. The microstructure of remelted zone consisted of hard ceramic phases (iron, chromium and nickel borides) located in soft austenite. The layer was uniform in respect of the thickness because of the high overlapping used during the laser treatment (86%). The obtained composite layer was significantly thicker than that-obtained in case of diffusion boriding. The remelted zone was characterized by higher hardness in comparison with the base material. The significant increase in wear resistance of laser-borided layer was observed in comparison with 316L austenitic steel which was laser-alloyed without CaF2.

PL

Stal austenityczna 316L jest znana z dużej odporności na korozję i utlenianie. Dlatego materiał ten jest stosowany często tam, gdzie jest spodziewane agresywne środowisko lub wysoka temperatura. Jednakże w warunkach znacznego zużycia mechanicznego (ściernego czy adhezyjnego) materiał ten powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością na zużycie. Celem pracy było przeprowadzenie stopowania laserowego stali 316L z zastosowaniem materiału stopującego w postaci mieszaniny amorficznego boru i dodatku samosmarującego CaF2. Bor amorficzny miał prowadzić do wytworzenia w strefie przetopionej twardych borków żelaza, chromu i niklu — podstawowych pierwiastków występujących w stali 316L. Spodziewano się znacznego zwiększenia twardości oraz odporności na zużycie przez tarcie wytworzonej warstwy powierzchniowej w porównaniu ze stalą 316L nie poddaną żadnej obróbce. Zastosowanie dodatku samosmarującego w postaci fluorku wapnia miało prowadzić do jeszcze większej odporności na zużycie dzięki wytworzeniu na żużywającej się powierzchni tribofilmu.

6

Laser-borided composite layer produced on austenitic 316L steel

Mikołajczak D., Kulka M., Makuch N., Dziarski P.

Archives of Mechanical Technology and Materials

|

2016

|

Vol. 36

35--39

EN

Austenitic 316L steel is well-known for its good resistance to corrosion and oxidation. Therefore, this material is often used wherever corrosive media or high temperatures are to be expected. The main drawback of this material is very low hardness and low resistance to mechanical wear. In this study, the laser boriding was used in order to improve the wear behavior of this material. As a consequence, a composite surface layer was produced. The microstructure of laser-borided steel was characterized by only two zones: re-melted zone and base material. In the re-melted zone, a composite microstructure, consisting of hard ceramic phases (borides) and a soft austenitic matrix, was observed. A significant increase in hardness and wear resistance of such a layer was obtained.

7

Laser alloying of bearing steel with boron and self-lubricating addition

Kotkowiak M., Piasecki A., Kulka M.

Archives of Mechanical Technology and Materials

|

2016

|

Vol. 36

7--11

EN

100CrMnSi6–4 bearing steel has been widely used for many applications, e.g. rolling bearings which work in difficult operating conditions. Therefore, this steel has to be characterized by special properties such as high wear resistance and high hardness. In this study laser-boriding was applied to improve these properties. Laser alloying was conducted as the two step process with two different types of alloying material: amorphous boron only and amorphous boron with addition of calcium fluoride CaF2. At first, the surface was coated with paste including alloying material. Second step of the process consisted in laser re-melting. The surface of sample, coated with the paste, was irradiated by the laser beam. In this study, TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser was used. The microstructure, microhardness and wear resistance of both laser-borided layer and laser-borided layer with the addition of calcium fluoride were investigated. The layer, alloyed with boron and CaF2, was characterized by higher wear resistance than the layer after laser boriding only.

8

Badanie właściwości żeliwa sferoidalnego stopowanego laserowo

Kinal G.

Tribologia

|

2015

|

nr 3

43--53

PL

Zwrócono uwagę na możliwości wykorzystania stopowania laserowego borem w odniesieniu do elementów wykonanych z żeliwa. Zaprezentowano wyniki badań pozwalające na wytworzenie ciągłej warstwy na powierzchni zewnętrznej tulei z żeliwa sferoidalnego EN-GJS-600 przez borowanie laserowe. Obróbkę laserową przeprowadzono, wykorzystując laser molekularny CO2 typu TLF 2600t firmy Trumpf o modzie TEM01. Przedstawiono również wyniki badań tarciowych, w których porównano wartości zużycia czopów borowanych laserowo oraz bez obróbki powierzchniowej współpracujących z dwiema półpanewkami. Zaobserwowano wzrost odporności na zużycie przez tarcie dla próbek z wytworzoną ciągłą warstwą borowaną laserowo w stosunku do próbek odniesienia.

EN

Attention was drawn to the possibility of using laser alloying with boron in relation to components made of cast iron. The results of tests allowing the formation of a continuous layer on the surface of the outer sleeve made of cast iron EN-GJS-600 by laser boronizing are presented. Laser processing was carried out using a molecular CO2 laser TLF type 2600T, Trumpf TEM01 mode. It also presents the results of friction, which compared the use of plugs with boronated laser surface treatment and without cooperating with the two half-shells. There was an increase in the resistance to wear in the tested samples with a continuous layer of the resulting boronated laser relative to the reference samples.

9

Influence of laser boriding on the microstructure and selected properties of structural steel with boron

Kapcińska-Popowska D., Pertek A., Bartkowska A., Wiśniewska K.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2015

|

Vol. 60, nr 1

23--25

EN

The article presents a comparative research of influence of laser boriding on the properties of Hardox 450 and B27 steels. Microstructure, microhardness and wear resistance of the steels were examined.

PL

W artykule przedstawiono porównawcze badania wpływu borowania laserowego właściwości stali Hardox 450 i borowej B27. Zbadano mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie.

10

Diffusion and laser boriding of Hardox 450 steel

Kapcińska-Popowska D., Pertek-Owsianna A., Bartkowska A.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2015

|

Vol. 60, nr 2

40-42

EN

The effect of diffusion and laser boriding on the microstructure, microhardness and wear resistance of Hardox 450 steel compared to initial state is the subject of this article. After the boron modification process of Hardox 450 steel microhard-ness and wear resistance increased. After the diffusion boriding a needle-like microstructure of microhardness about 1800-1500 HV0.1 was obtained. As a result of laser boronizing the microstructure consisted of a remelted zone (MZ), heat-affected zone (HAZ) and core. In the remelted zone enriched of boron microhardness was about 1500-1600 HV0.1 The wear resistance tests showed the higher wear resistance of the diffusion borided layers, whereas the lower were in initial state but the lowest was for laser borided layer.

PL

W pracy przedstawiono wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na mikrostrukturę, mikrotwardość oraz odporność na zużycie przez tarcie stali Hardox 450 w porównaniu do stali w stanie wyjściowym. Po procesie modyfikacji stali Hardox 450 borem uzyskano zwiększenie mikrotwardości i odporności na zużycie przez tarcie. W wyniku procesu borowania dyfuzyjnego warstwa miała iglastą strukturę o mikrotwardości ok. 1800-1500 HV0,1. Natomiast w wyniku borowania laserowe-go uzyskano budowę strefową składającą się ze strefy przetopionej, strefy wpływu ciepła oraz rdzenia. W strefie przetopionej wzbogaconej w bor mikrotwardość wynosiła ok. 1500-1600 HV0,1. Badania odporności na zużycie przez tarcie wykazały, że najlepszą odporność posiada warstwa borowana dyfuzyjnie, natomiast mniejszą stal w stanie wyjściowym a najmniejszą warstwa borowana laserowo.

11

Odporność korozyjna stali C45 po borowaniu dyfuzyjnym i laserowym

Bartkowska A., Pertek-Owsianna A., Bartkowski D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

78--81

PL

Zbadano wpływ procesu borowania dyfuzyjnego i laserowego na odporność korozyjną stali C45. Borowanie dyfuzyjne prowadzono w temperaturze 950°C przez 4 h. Proces borowania laserowego polegał na naniesieniu pasty z borem amorficznym na powierzchnię stali, a następnie przetopieniu jej wiązką światła lasera. Warstwy pasty z borem amorficznym miały grubość 40 μm i 80 μm. Laserowe borowanie wykonano za pomocą lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPH typu TLF 2600 Turbo o mocy znamionowej 2,6 kW. Zastosowano stałe parametry laserowej obróbki cieplnej: gęstość mocy wiązki lasera q = 33,12 kW/cm2, prędkość skanowania wiązką lasera v = 2,88 m/min, średnica wiązki lasera d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Odporność korozyjną warstw borowanych badano w trzech ośrodkach: w 5% roztworze NaCl, w 5% roztworze HCl i w 5% roztworze NaOH. W wyniku borowania dyfuzyjnego warstwa miała iglastą mikrostrukturę borków żelaza o twardości 1600÷1800 HV0,1. Natomiast mikrostruktura warstwy borowanej laserowo była złożona ze strefy przetopionej, zawierającej eutektykę borkowo-martenzytyczną, strefy wpływu ciepła oraz rdzenia. Mikrotwardość warstwy borowanej laserowo była uzależniona od grubości warstwy pasty borującej i wynosiła w strefie przetopionej 1200÷1800 HV0,1. Badania odporności korozyjnej w roztworach NaCl i NaOH wykazały, że warstwy borowane laserowo są bardziej odporne niż warstwy borowane dyfuzyjnie.

EN

The influence of the diffusion and laser boriding on corrosion resistance of C45 steel was investigated. The diffusion boriding was carried out at 950°C for 4 h. The laser boriding process consisted of applying paste with amorphous boron on the surface of the steel, which was followed by remelting the coating with a laser beam. The layers of paste with amorphous boron had thickness 40 μm and 80 μm. Laser boriding was carried out with a CO2 technology using TRUMPH TLF 2600 Turbo laser of nominal power of 2.6 kW. The following constant parameters of laser heat treatment were used: laser beam density power q = 33.12 kW/cm2, laser beam scanning velocity v = 2.88 m/min, laser beam diameter d = 2 mm and distance between tracks f = 0.50 mm. Corrosion resistance of borided layers was studied in three media: a 5% solution of NaCl, in 5% solution of HCl, and in 5% solution of NaOH. As a result of diffusion boriding the layer had a needle-like microstructure of iron borides with a hardness of 1600 to 1800 HV0.1. However, the microstructure of laser borided layer consisted of remelted zone containing boride-martensite eutectic, heat affected zone and substrate. The hardness of the laser borided layer was correlated to the thickness of boriding paste coating and was 1200÷1800 HV0.1 in the remelted zone. The investigation of corrosion resistance in solutions of NaCl and NaOH showed that laser borided layers were more corrosion resistant that diffusion borided layer.

12

Laser boriding of 100CrMnSi6-4 steel using CaF2 self-lubricating addition

Piasecki A., Kotkowiak M., Kulka M., Dziarski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

459--463

EN

100CrMnSi6-4 steel, being a high carbon chromium steel with increased content of manganese and silicon, is commonly used in the bearing industry as a standard material. This material is predominantly applied to elements of rolling bearings taking into consideration its good wearability as well as good resistance to contact fatigue. The diffusion boronizing was a thermochemical treatment which improved tribological properties of this steel. In this study, instead of diffusion process, the laser boriding was used in order to produce boride layer on this material. The two types of alloying materials were applied. First, the surface of base material was coated by paste including amorphous boron only. The second alloying material consisted of the mixture of amorphous boron and CaF2 as a self-lubricating addition. Next, the surface was remelted by laser beam with using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. The continuous laser-borided layers were obtained at the surface. They were uniform in respect of the thickness because of the high overlapping used during the laser treatment (86%). The laser-borided layers were significantly thicker than that reported for diffusion boriding. The increased hardness was observed in remelted zone and in heat-affected zone. The significant increase in wear resistance of laser-borided layer was caused by CaF2 self-lubricating addition.

PL

Stal 100CrMnSi6-4 jako wysokowęglowa stal chromowa ze zwiększoną zawartością manganu i krzemu jest powszechnie stosowana w przemyśle łożyskowym jako standardowy materiał. Stal ta jest przede wszystkim stosowana na elementy łożysk tocznych ze względu na jej dobrą odporność na zużycie, jak również dobrą odporność na zmęczenie kontaktowe. Borowanie dyfuzyjne jest obróbką cieplno-chemiczną, która poprawia właściwości tribologiczne tej stali. W pracy zamiast procesu dyfuzyjnego zastosowano borowanie laserowe w celu wytworzenia warstwy borków na tym materiale. Zastosowano dwa rodzaje materiałów stopujących. Najpierw powierzchnia materiału podstawowego została pokryta pastą zawierającą wyłącznie bor amorficzny. Drugi materiał stopujący składał się z mieszaniny amorficznego boru i CaF2 jako dodatku samosmarującego. Następnie powierzchnię przetapiano wiązką laserową. Do laserowego stopowania stosowano laser CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Przy powierzchni powstała ciągła warstwa borowana laserowo. Otrzymane warstwy były jednorodne pod względem grubości dzięki zastosowaniu zachodzenia na siebie ścieżek laserowych na poziomie 86%. Warstwy borowane laserowo były znacznie grubsze niż otrzymywane w przypadku borowania dyfuzyjnego. Strefa przetopiona oraz strefa wpływu ciepła charakteryzowały się znacznie większą twardością w porównaniu z materiałem podłoża. Dodatek samosmarujący w postaci CaF2 powodował zwiększenie odporności na zużycie warstwy borowanej laserowo.

13

Analiza mikrostruktury i właściwości warstw wierzchnich otrzymanych w wyniku borowania dyfuzyjnego i laserowego stali z mikrododatkiem boru

Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Wiśniewska K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

256--259

PL

W pracy przedstawiono wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na wybrane właściwości stali Hardox 450 i borowej B27. Proces borowania dyfuzyjnego przeprowadzono w temperaturze 950°C przez 4 h metodą gazowo-kontaktową w proszku zawierającym bor amorficzny. Laserowe borowanie polegało na nałożeniu pasty z borem amorficznym i przetopieniu ją wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną przeprowadzono za pomocą lasera CO2. Zastosowano następujące parametry wiązki laserowej: gęstość mocy q = 28,98 kW/cm2, prędkość skanowania v = 3,84 m/min, średnica wiązki d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Mikrostruktura po borowaniu dyfuzyjnym w obu stalach składała się z iglastych borków żelaza FeB i Fe2B o mikrotwardości ok. 1800 HV0,1. W wyniku laserowego borowania otrzymano mikrostrukturę złożoną z trzech stref: eutektyki borkowo-martenzytycznej w strefie przetopionej, zawierającej borki żelaza Fe3B i Fe2B, martenzytycznej strefy wpływu ciepła i rdzenia. W wyniku laserowego borowania otrzymano łagodny gradient mikrotwardości między warstwą a rdzeniem, dzięki obecności strefy wpływu ciepła. Mikrotwardość w strefie przetopionej wynosiła ok. 1600÷1100 HV0,1. Stwierdzono, że warstwy borowane laserowo na obu stalach charakteryzowały się większą odpornością na zużycie przez tarcie, dobrą kohezją oraz lepszą odpornością na kruche pękanie niż warstwy borowane dyfuzyjnie. Stal Hardox 450 ze względu na swój skład chemiczny i stan wyjściowy podłoża ma korzystniejsze właściwości od stali borowej B27.

EN

The influence of diffusion and laser boriding on selected properties of Hardox 450 and boron B27 steels was presented. The diffusion boriding was performed at 950°C for 4 hours using the gas-contact method in powder containing amorphous boron. Laser boriding consisted of applying the paste with amorphous boron, and then the remelted it by laser beam. Laser heat treatment was carried out with a CO2 laser. The laser parameters were as follows: power density q = 28.98 kW/cm2, the scanning speed v = 3.84 m/min, the beam diameter d = 2 mm and the distance between the tracks f = 0.50 mm. Microstructure after diffusion boriding in both steels consist of needle-like iron borides FeB and Fe2B and its microhardness was approx. 1800 HV0.1. As a result of laser boriding, the new microstructure consisted of three zones: boron-martensite eutectic in remelted zone with containing Fe2B and Fe3B iron boride phases, marteniste heat-affected zone and the core. As a result of laser boriding the mild microhardness gradient between the layer and the core was obtained, due to the presence of heat affected zone. Microhardness in remelted zone was approx. 1600÷1100 HV0.1. It was found that a laser borided layers in both steels characterized by a higher wear resistance, good cohesion and better fracture toughness than the diffusion borided layers. Hardox 450 steel due to its chemical composition and initial state of the substrate has advantageous properties than of B27 boron steel.

14

Możliwości kształtowania odporności na procesy zużywania laserowo borowanych warstw powierzchniowych elementów stalowych oraz żeliwnych

Kinal G., Bartkowska A.

Tribologia

|

2014

|

nr 3

97--107

PL

W artykule przedstawiono znaczenie technik laserowych w kształtowaniu warstw powierzchniowych elementów z żeliwa oraz stali. Laserowe borowanie przeprowadzono z użyciem lasera CO2 o mocy nominalnej 2600W dla ścieżek wielokrotnych. Borowanie laserowe stopów żelaza pozwoliło na uzyskanie mikrotwardości warstwy powierzchniowej w zakresie 1300÷1100 HV0,1. Na podstawie badań tribologicznych oraz pomiarów chropowatości stwierdzono, że borowanie laserowe elementów stalowych i żeliwnych wpływa na wzrost odporności na zużycie przez tarcie.

EN

This paper presents the importance of laser techniques in shaping parts of surface layers with cast iron and steel. Laser boronizing was carried out using a CO2 laser with a nominal power of 2600W for multiple tracks. Laser boriding of iron alloys allowed us to obtain a microhardness of the surface layer in the range of 1300 –1100 HV0,1. Based on the tribological research and measurements roughness, it was found that the laser boriding of steel and cast iron parts affects the increase in wear resistance.

15

Influence of diffusion boriding and laser boriding on corrosion resistance Hardox 450 steel

Kapcińska-Popowska D., Pertek-Owsianna A., Bartkowska A., Bartkowski D., Przestacki D.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2014

|

Vol. 59, nr 2

40--45

EN

The article presented an influence of diffusion boriding and laser boriding on microstructure, microhardness and corrosion resistance of Hardox 450 steel. After the boron modification process of Hardox 450 steel was obtained an increase result of microhardness and resistance to corrosion. After the diffusion boriding obtained needle-like microstructure of microhardness 1800-1500 HV0.1. Whereas after laser boriding microstructure was consisted of a remelted zone (MZ), heataffected zone (HAZ) and core. In the remelted zone enriched in boron the microhardness was about 1600 HV 0.1. Corrosion resistance tests showed, that the higher corrosion resistance in solutions of pH = 3.5 and pH = 7.0 have a diffusion boriding layers, whereas in the pH = 11.0, the laser boriding layers.

PL

W artykule przedstawiono wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność korozyjną stali Hardox 450. Po procesie modyfikacji stali Hardox 450 borem uzyskano zwiększenie mikrotwardości i odporności na korozyjnej. W wyniku procesu borowania dyfuzyjnego warstwa miała iglastą strukturę o mikrotwardości ok. 1800-1500 HV0,1. Natomiast w wyniku borowania laserowego uzyskano budowę strefową składającą się ze strefy przetopionej, strefy wpływu ciepła oraz rdzenia. W strefie przetopionej wzbogaconej w bor mikrotwardość wynosiła ok. 1600 HV0,1. Badania odporności korozyjnej wykazały, że lepszą odporność korozyjną w roztworach pH = 3,5 oraz pH = 7,0 posiadają warstwy borowane dyfuzyjnie, natomiast w pH = 11,0 warstwy borowane laserowo.

16

Wpływ parametrów laserowego borowania na właściwości stali średniowęglowej z mikrododatkiem boru

Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A.

Inżynieria Powierzchni

|

2014

|

nr 3

49--54

PL

W pracy przedstawiono wpływ parametrów borowania laserowego na mikrostrukturę, twardość i odporność na zużycie przez tarcie stali borowej zawierającej w % wag.: 0,318% C i 0,002% B. Laserowe borowanie polegało na naniesieniu powłoki z borem na uprze dnio obrobioną cieplnie stal, a następnie przetopieniu jej wiązką lasera. W wyniku laserowej obróbki cieplnej otrzymano mikrostrukturę złożoną z trzech stref: strefy przetopionej (SP) składającej się z eutektyki zawierającej borki żelaza i marte nzyt, strefy wpływu ciepła (SWC) martenzytyczno-bainitycznej i martenzytu odpuszczonego w rdzeniu stali. Dzięki tej strukturze uzyskano łagodny gradient twardości między warstwą a rdzeniem w zakresie od ok. 1800 HV0.1 do ok. 300 HV0.1. Badania wykona ne przy użyciu tribometru MBT 01, w układzie próbka (obracający się pierścień ) – płytka (przeciwpróbka z węglika spiekanego S20S o twardości 1430HV wykazały istotny wpływ parametrów laserowego borowania na zmniejszenie zużycia przez tarcie stali w porówna niu ze stalą tylko po obróbce cieplnej.

EN

The influence of parameters laser boriding on microstructure, hardness and wear resistance of the friction boron steel contai n ing, in % by weight.: 0.318% C and 0.002% were investigated . Laser boriding consisted of applying paste with amorphous boron on the steel surface , and then re melting with a laser beam . As a result, of laser boriding microstruct ure was obtained which consisted of re malted zone with boride eutectic and martensite, heat affected zone wit martensite and bainite and tempered martensite in core. By this structure obtained a hardness gradient between surface and core from 1800 HV0,1 u p to 300 HV0,1. The wear resistance tests were made by means of an MBT 01 Amsler type tribometer in the following system: specimen (rotating ring) – counter spec i men (sintered carbide plate) showed significant impact parameters of the laser boriding to red uce the wear resistance of steel co m pared to steel after heat treatment only.

17

Obróbka cieplna objętościowa i powierzchniowa stali z mikrododatkiem boru

Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

401--404

PL

Zbadano wpływ wyżarzania, hartowania, odpuszczania oraz rodzaju ośrodka chłodzącego na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie stali z dodatkiem boru. Na podstawie analizy mikrostruktury i pomiarów twardości po procesach wytypowano najlepsze parametry obróbki cieplnej objętościowej, za które przyjęto proces hartowania z temperatury 900°C w wodzie i odpuszczania w 560°C przez 1 h. W tych warunkach uzyskano bardziej równomierną mikrostrukturę i mikrotwardość rzędu 300 HV0,1. Proces laserowego stopowania stali borem przeprowadzono dla wybranych parametrów obróbki cieplnej objętościowej. Laserowe borowanie polegało na naniesieniu pasty z borem amorficznym na powierzchnię stali, a następnie przetopieniu jej wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną (LOC) wykonano za pomocą lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPH typu TLF 2600 Turbo o mocy znamionowej 2,6 kW. Zastosowano następujące parametry laserowej obróbki cieplnej: gęstość mocy wiązki lasera q = 37,26 kW/cm2, prędkość skanowania wiązką lasera v = 3,84 m/min, średnica wiązki lasera d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. W wyniku borowania laserowego otrzymano mikrostrukturę złożoną ze strefy przetopionej, zawierającej eutektykę borkowo-martenzytyczną oraz strefy wpływu ciepła, o łagodnym gradiencie mikrotwardości od 1300 HV0,1 przy powierzchni do 300 HV0,1 w podłożu.

EN

The effect of annealing, quenching, tempering and the type of cooling medium on microstructure, microhardness and wear resistance of steel with added boron were investigated. The analysis of the microstructure and hardness measurements after processes allowed to select the best parameters of volume heat treatment, such as: hardening of 900°C in water and tempering at 560°C for 1 hour. Under these conditions a higher and more uniform structure and micro-hardness of 300 HV0.1 were obtained. The process of laser alloying of steel with boron was carried for the selected parameters the volume heat treatment. Laser boriding consisted of applying paste with amorphous boron on the steel surface, and then remelting with a laser beam. Laser heat treatment (LHT) was carried out with a CO2 technology laser TRUMPH type TLF 2600 Turbo of nominal power of 2.6 kW. The following parameters of laser heat treatment were used: laser beam density power q = 37.26 kW/cm2, laser beam scanning velocity v = 3.84 m/min, laser beam diameter d = 2 mm and distance between tracks f = 0.50 mm. As a result, laser boriding produced the microstructure composed of remelted zone containing boride-martensit eutectic and heat affected zone with a mild gradient of microhardness of 1300 HV0.1 at the surface to 300 HV0.1 in substrate.

18

Laser alloying of 316L steel with boron

Kulka M., Mikołajczak D., Makuch N., Dziarski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

512--515

EN

Austenitic 316L steel is known for its good resistance to corrosion and oxidation. Therefore, this material is often used wherever corrosive media or high temperature are to be expected. However, under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), this steel have to characterize by suitable wear protection. The diffusion boronizing is the thermochemical treatment, which improves tribological properties of 316L steel. In this study, instead of diffusion process, the laser boriding was used in order to produce boride layer on this material. The external cylindrical surface of base material was coated by paste including amorphous boron. Then the surface was remelted by laser beam. TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser was used for laser alloying. The microstructure and properties of this layer were investigated. The continuous laser-borided layer was obtained at the surface. The layer was uniform in respect of the thickness because of the high overlapping used during the laser treatment (86%). The laser-borided layer was significantly thicker than that-obtained in case of diffusion boriding. The remelted zone was characterized by higher hardness in comparison with the base material. The significant increase in wear resistance of laser-borided layer was observed in comparison with 316L austenitic steel without the treatment.

PL

Stal austenityczna 316L jest znana z dużej odporności na korozję i utlenianie. Dlatego materiał ten jest stosowany często tam, gdzie spodziewane jest agresywne środowisko lub wysoka temperatura. Jednakże w warunkach znacznego zużycia mechanicznego (ściernego, czy adhezyjnego) materiał ten powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością na zużycie. Borowanie dyfuzyjne jest obróbką cieplno-chemiczną, która poprawia właściwości tribologiczne stali 316L. W pracy zamiast procesu dyfuzyjnego zastosowano borowanie laserowe w celu wytworzenia warstwy borków na tej stali. Zewnętrzną, walcową powierzchnię próbek pokryto pastą zawierającą bor amorficzny. Następnie powierzchnię przetapiano wiązką laserową. Do laserowego stopowania stosowano laser CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Badano mikrostrukturę i właściwości wytworzonej warstwy. Przy powierzchni powstała ciągła warstwa borowana laserowo. Otrzymana warstwa była jednorodna pod względem grubości dzięki zastosowaniu zachodzenia na siebie ścieżek laserowych na poziomie 86%. Warstwa borowana laserowo była znacznie grubsza niż otrzymywane w przypadku borowania dyfuzyjnego. Strefa przetopiona charakteryzowała się znacznie większą twardością w porównaniu z materiałem podłoża. Zaobserwowano znaczny wzrost odporności na zużycie w porównaniu z austenityczną stalą 316L bez obróbki.

19

Wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na mikrostrukturę i wybrane właściwości stali Hardox 450

Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Wiśniewski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

530--533

PL

Zbadano wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie stali Hardox 450. Proces borowania dyfuzyjnego przeprowadzono metodą gazowo-kontaktową W temperaturze 950°C przez 4 h. Próbki z wytworzoną warstwą poddano hartowaniu z temperatury austenityzowania 850°C w oleju i następnie odpuszczono w temperaturze 150°C przez 1 h. Warstwy borowane wytworzone metodą dyfuzyjną porównano z warstwami borowanymi laserowo. Laserowe borowanie polegało na naniesieniu pasty z borem na powierzchnię stali, a następnie przetopieniu jej wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną (LOC) wykonano za pomocą lasera technologicznego CO, ﬁrmy TRUMPH typu TLF 2600 Turbo o mocy znamionowej 2,6 kW. Zastosowano następujące stałe parametry laserowej obróbki cieplnej: gęstość mocy q = 37,26 kW/cm2, prędkość skanowania wiązką v = 3,84 m/min, średnica wiązki d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f= 0,50 mm if= 0,28 mm. Po borowaniu dyfuzyjnym otrzymano warstwę składającą się z iglastych borków żelaza mikrotwardości 1500÷1800 HVO,l. W rdzeniu stali po utwardzaniu cieplnym uzyskano mikrotwardość ok. 400 HVO,1. W wyniku borowania laserowego otrzymano mikrostrukturę złożoną ze strefy przetopionej, zawierającej eutektykę borkową oraz strefy wpływu ciepła o łagodnym gradiencie mikrotwardości w zakresie od 1300 HVO,1 przy powierzchni do ok. 400 HVO,1 w rdzeniu. Badania odporności na zużycie przez tarcie wykonano za pomocą tribometru MBT-01 typu Amsler w układzie: próbka (obracający się pierścień)-przeciwpróbka (płytka z węglika spiekanego). Badania wykazały, że stal Hardox 450 borowana dyfuzyjnie i laserowo charakteryzuje się większą odpornością na zużycie przez tarcie od stali w stanie wyjściowym.

EN

The inﬁuence of diffusion and laser boriding on microstructure, microhardness and Wear resistance ofHardox 450 steel was investigated. The diffusion boriding process Was carried out With gas-contact method at 950°C for 4 h. The samples with diffusion layer were quenched from austenitizing temperature 850°C in oil and then tempered at 150°C. Diffusion borided layers were compared with laser borided layers. Laser boriding consisted of covering steel surface with boron paste and then remelting it with a laser beam. Laser heat treatment (LHT) was carried out by means of a technological CO, laser Trumph TLF 2600 Turbo of nominal power of 2.6 kW. The following constant parameters were applied: power density q = 37.26 kW/cm2, laser beam scanning velocity v = 3.84 m/min, beam diameter d - 2 mm and distance between tracksf= 0.50 mm. After diffusion boriding a layer consisting of needle-like iron borides was obtained with microhardness of 1500÷1800 HVO. 1. After hardening the steel core microhardness was 400 HVO.1. As a result of laser boriding a microstructure was obtained which consisted of remalted zone with boride eutectic, heat affected zone, with a microhardness gradient from 1300 HVO.l at the surface down to 400 HVO.1 in the core. Wear resistance tests were conducted by means ofan MBT-01 Amsler type tribometer in the following system: specimen (rotating ring)-counterspecimen (plate sintered carbide). The tests showed that diffusion and laser borided steels have better wear resistance than Hardox 450 steel.

20

Wear resistance improvement of pure titanium by laser boriding

Dziarski P., Makuch N., Kulka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

678--681

EN

Titanium and its alloys are known for their exceptional properties: very good strength-to-weight ratio (even at high temperature), high stiffness, low elastic modulus, excellent biocompatibility and corrosion resistance. The poor wear resistance, as an important disadvantage, causes the limited using of these alloys. The diffusion boronizing could be the thermochemical treatment, which improves tribological properties of titanium but the use of these methods is limited owing to relatively long processing times, and only a thin layer is produced. In this study, instead of diffusion-boriding, laser-boriding was proposed to formation of boride layers on commercially pure titanium. Two-step treatment was applied. At first, the surface of substrate material (titanium Grade 2) was coated by paste including amorphous boron. Then the surface was remelted by laser beam. Laser tracks were arranged on the cylindrical surface by CO2 laser as multiple tracks formed in the shape of helical line. The obtained microstructure consisted of the following zones: remelted zone, heat affected zone and the substrate. The remelted zone was characterized by uniform thickness and high hardness (1300÷2100 HV). The abrasive wear resistance of this layer was also investigated and was compared to that obtained in case of pure titanium without treatment. The significant improvement of wear behaviour was observed as a consequence of laser boriding. The laser-borided specimens caused the catastrophic wear of the counterspecimens. Probably, the separated particles of counter-specimen, especially WC and TiC, caused the accelerated wear of the laser-borided layer. In case of pure titanium, the considerable higher relative mass loss of the specimen was observed, and the wear of the counter-specimen was small.

PL

Tytan i jego stopy są znane z ich wyjątkowych właściwości: bardzo dobrej wytrzymałości względnej (nawet w wysokiej temperaturze), dużej sztywności, małego modułu sprężystości wzdłużnej, doskonałej biokompatybilności i odporności na korozję. Dość mała odporność na zużycie, jako istotna wada, powoduje ograniczone stosowanie tych stopów. Borowanie dyfuzyjne mogłoby być obróbką cieplno-chemiczną, która poprawia właściwości tribologiczne tytanu, ale jego stosowanie ogranicza długi czas procesów, w następstwie których otrzymuje się jedynie cienką warstwę borowaną. W prezentowanej pracy zamiast borowania dyfuzyjnego do wytwarzania warstw borkowych na technicznie czystym tytanie zaproponowano borowanie laserowe. Zastosowano obróbkę dwustopniową. Najpierw powierzchnia materiału podłoża (tytan Grade 2) została pokryta pastą zawierającą bor amorficzny. Następnie powierzchnię przetapiano wiązką laserową. Ścieżki laserowe wytwarzano na powierzchni walcowej próbki za pomocą lasera CO2 jako ścieżki wielokrotne po linii śrubowej. Otrzymana mikrostruktura składała się z następujących stref: strefa przetopiona, strefa wpływu ciepła i podłoże. Strefa przetopiona charakteryzowała się jednolitą grubością i dużą twardością (1300÷2100 HV). Zbadano odporność na ścieranie warstw borowanych laserowo i porównano ją do odporności czystego tytanu. Zaobserwowano znaczną poprawę odporności na zużycie w efekcie borowania laserowego. Laserowo borowane próbki powodowały katastroficzne zużycie przeciwpróbki. Prawdopodobnie oddzielone cząstki przeciwpróbki, zwłaszcza węgliki WC i TiC, powodowały przyspieszone zużycie warstw borowanych laserowo. W przypadku czystego tytanu zaobserwowano znacznie większy względny ubytek masy próbki, a zużycie przeciwpróbki było niewielkie.