Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructure and hardness of Co-based alloy/tungsten carbide padding welds produced by TIG method

Piasecki A., Popławski M., Młynarczyk A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

121--124

EN

In this study, surface layers were produced by the surfacing of powders on S355 steel with the tungsten inert gas process (TIG). The powders consisted of a cobalt based alloy and 20% tungsten carbide. Padding welds were obtained at two different current intensity values, namely 90 and 120 A. The microstructure, chemical and phase composition, as well as hardness of the padding welds were studied. On the basis of the conducted research it was found that the padding welds Were characterized by a multiphase structure and are connected with the substrate by diffusion. The produced padding welds consisted of dendrites and eutectics. The padding welds produced at the lower current intensity were characterized by higher hardness.

PL

W pracy wytworzono napoiny w wyniku napawania metodą TIG proszków na bazie kobaltu i 20% WC na stali konstrukcyjnej S355. Napoiny wytworzono przy dwóch różnych natężeniach prądu 90 i 120 A. Zbadano mikrostrukturę, skład chemiczny i fazowy oraz twardość napoin. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że napoiny charakteryzują się wielofazową budową oraz dyfuzyjnym związaniem z podłożem. Wytworzone napoiny były zbudowane z dendrytów i eutektyki. Większą twardością charakteryzowały się napoiny wytworzone przy mniejszym natężeniu prądu.

2

Badania nad stopowaniem laserowym warstw wierzchnich elementów cylindrycznych z żeliwa sferoidalnego

Paczkowska Marta, Kinal Grzegorz

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 1

38--42

PL

Prezentowana problematyka jest związana z zakresem prac nad laserową obróbką cieplną (LOC) żeliw szarych. Badania dotyczą oceny możliwości modyfikacji za pomocą LOC warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego, które znalazło szerokie zastosowanie, np. w przemyśle motoryzacyjnym. Celem tych badań było opracowanie warunków laserowej obróbki cieplnej żeliwnych elementów cylindrycznych (ich powierzchni zewnętrznych), w wyniku której będzie możliwe uzyskanie warstwy wierzchniej o drobnej mikrostrukturze (wzbogaconej w pierwiastek stopowy) oraz dużej mikrotwardości, która zwiększyłaby odporność na zużycie przez tarcie. Obróbkę laserową wykonano, stosując laser molekularny CO, ﬁrmy Trumpf o maksymalnej mocy 2600 W i modzie TEM01, typ TLF 2600t. Stopowanie polegało na przetopieniu warstwy materiału rodzimego wraz z wcześniej nałożoną pastą zawierającą amorﬁczny bor. Badania przeprowadzono w dwóch etapach. Podczas pierwszego analizowano wpływ obróbki laserowej przy różnych parametrach wiązki laserowej, stosując jednokrotne nagrzewanie po obwodzie wałka z badanego żeliwa na wielkość stref przetopionych, ich mikrostrukturę, mikrotwardość i zmianę kształtu obrabianej powierzchni. Wynikiem tego etapu było wyselekcjonowanie jednego wariantu obróbki, który byłby najbardziej odpowiedni do wykonania modyﬁkacji warstwy wierzchniej utworzonej przez nałożenie się stref stopowanych, czyli tzw. rastru. Drugi etap badań polegał na przeprowadzeniu obróbki laserowej wałka z badanego żeliwa po linii śrubowej w celu uzyskania zmodyfikowanej warstwy wierzchniej i analizie efektów tej modyﬁkacji. Po pierwszym etapie można było stwierdzić, że jest wyraźny wpływ prędkości wiązki laserowej determinującej szybkość nagrzewania na powstanie i wielkość stref stopowanych. Dla prędkości 3 mm/s uzyskano strefę stopowaną już przy gęstości mocy wiązki laserowej E = 21 W/mm2, natomiast dla prędkości ponad 5-krotnie większej strefę stopowaną uzyskano przy gęstości mocy E = 35 W/mmz. Maksymalne głębokości uzyskanych stref stopowanych, które powstały, wyniosły od blisko 0,1 mm do 0,5 mm, w zależności od zastosowanego wariantu (rys. 4). Ponadto można było stwierdzić, że wraz ze wzrostem gęstości mocy wiązki laserowej zwiększają się wymiary strefy stopowanej, czego skutkiem jest mniejsza jej średnia mikrotwardość wynikająca z mniejszego stężenia wprowadzanego pierwiastka stopowego. Średnia mikrotwardość strefy stopowanej zmieniała się od 1200 do 1400 HVO,1 w zależności od zastosowanego wariantu LOC (rys. 7). Zaobseryvowano również wpływ przetapiania laserowego na zmiany stereometryczne powierzchni. Biorąc pod uwagę wymiary stref stopowanych, ich średnią mikrotwardość oraz zmiany profilu powierzchni determinujące grubość materiału konieczną do usunięcia, wybrano jeden wariant obróbki laserowej, który może być zastosowany do utworzenia warstwy stopowanej metodą rastru. Badania w drugim etapie wykazały, że, stosując obróbkę laserową metodą rastru, jest możliwe utworzenie wzbogaconej w pierwiastek stopowy drobnoziarnistej mikrostruktury warstwy wierzchniej (o minimalnej grubości - w miejscach połączenia stref stopowanych podczas tworzenia rastru: 0,2 mm pozwalającej bez przeszkód na wykończeniową obróbkę mechaniczną) żeliwnych elementów cylindrycznych, uzyskując średnio 4-krotnie większą mikrotwardość od mikrotwardości rdzenia. Opracowane parametry LOC mogą w związku z tym zostać wykorzystane do modyﬁkacji warstw wierzchnich, np. czopów wału korbowego lub wałka rozrządu z żeliwa sferoidalnego.

EN

The presented research is part ofthe work on gray irons laser heat treatment. The following investigations concern the surface layer modiﬁcation by laser heat treatment of nodular iron. This type of cast iron is commonly used in the motor industry, for example. The aim of this research was to estimate the laser heat treatment conditions of cylindrical cast iron parts (their outer surface), which would generate a surface layer with a ﬁne microstructure and high microhardness, and as a consequence, good wear resistance. Laser treatment was performed with a CO, Trumpf TLF 2600 molecular laser with a continuous wavelength. Alloying was carried out by the remelting ofthe nodular iron surface layer with a paste containing amorphous boron (the surface ofthe cylindrical sample was covered before laser treatment). This research was carried out in two stages. During the ﬁrst one, the inﬂuence of laser treatment with different laser beam parameters on the size of the alloyed zone, their microstructure, microhardness and changes in the surface shape of the workpiece were analyzed. The aim of this stage was to choose one treatment variant, which would be the best in raster-scanning laser treatment applications to modify the surface layer. In the second stage, the raster-scanning laser treatment was carried out and the effects of this modiﬁcation were evaluated. After the ﬁrst stage ofthe research, signiﬁcant inﬁuence of the laser beam velocity (which determine the heating velocity) on the creation and size of the alloyed zone was noticed. For a 3 mm/s laser beam velocity, the alloyed zone was achieved with an E = 21 W/mmz laser beam power density, but for a 5-times higher velocity, the alloyed zone was achieved when the laser beam power density was E = 35 W/mm? The maximum depth zones were from nearly 0,1 mm to 0,5 mm depending on the applied treatment variant (Fig. 4). In addition, it could be stated that the higher laser beam the bigger the zone size and the lower the average microhardness was (as a consequence of smaller amount of alloying element diluted during remelting). The average microhardness was from 1200 to 1400 HVO,1 depending on the applied treatment variant (Fig. 7). It was observed, that laser remelting causes some stereometrical surface changes. Considering the size of the alloyed zones, their average microhardness, changes in surface proﬁle (which determine the thickness of material needed to be removed) one treatment variant was chosen for laser raster-scanning to create an alloyed layer on the cylindrical sample. The carried out research after the second stage enabled to state that it is possible to produce a surface layer with a ﬁne microstructure enriched with an alloyed element on a cylindrical sample by laser raster-scanning. The minimum alloyed layer depth (taking into account depths in the alloyed zones connection) was 0.2 mm. Furthermore, a 4-times higher microhardness ofthe alloyed layer than core microhardness was noticed. The laser treatment parameters (as a result of performed research) could be applied to surface layer modifrcation of nodular iron journals of a crankshaft or camshaft to evaluate its wear resistance.

3

Ocena odporności na zużycie stopowanych laserowo czopów wału korbowego z żeliwa sferoidalnego

Kinal G., Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

697--700

PL

Prezentowane badania stanowią część prac związanych z laserową obróbką cieplną (LOC) żeliw szarych, które znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle budowy maszyn rolniczych czy motoryzacyjnym. Prezentowana problematyka badań dotyczy weryfikacji efektów stopowania laserowego czopów wału korbowego wykonanego żeliwa sferoidalnego przez przeprowadzenie próby zużyciowej na stanowisku do badań tarciowych ZPG-IV. Obróbkę laserową wykonano, stosując laser molekularny CO2 firmy Trumpf o maksymalnej mocy 2600 W i modzie TEM01, typ TLF 2600t. W celu oceny wpływu stopowania laserowego wałków z żeliwa sferoidalnego na ich odporność na zużycie przeprowadzono badania profilu powierzchni, analizę mikro- i makrostrukturalną oraz przeprowadzono pomiary mikrotwardości. Analiza mikroskopowa wykazała, że czopy po stopowaniu laserowym charakteryzowały się warstwą powierzchniową o drobnoziarnistej mikrostrukturze i grubości ok. 0,15 mm po wykańczającej obróbce mechanicznej. Wyniki pomiarów mikrotwardości wykazały 4-krotnie większą mikrotwardość (rys. 3) warstwy powierzchniowej kształtowanej laserowo w porównaniu z materiałem rdzenia. Parametr chropowatości powierzchni Ra wyznaczony na czopie przed obróbką laserową wynosił 0,15 μm (rys. 1), natomiast po obróbce w miejscu oddziaływania wiązki laserowej wyniósł prawie 2 μm, a po obróbce przez szlifowanie przyjął wartość nieco poniżej 0,1 μm. Mała falistość oraz parametr Ra na poziomie 0,1 μm daje prawdopodobnie możliwość wyeliminowania szlifowania na szlifierce do wałków po obróbce laserowej na rzecz innej obróbki wykańczającej, co znacznie zmniejszyłoby koszty i skróciło czas potrzebny do wykonania elementu. Wykonana próba zużyciowa pozwala stwierdzić wyraźne różnice w intensywności zużywania się czopów obrobionych i nieobrobionych laserowo. Charakter zmian parametrów rejestrowanych podczas próby, tj. temperatury w bezpośredniej strefie pod panewką, oporów ruchu wyrażonych momentem obrotowym na wale stanowiska (moment tarcia) czy rezystancji w miejscu styku czopa i panewki dla czopów nieobrobionych był inny niż dla obrobionych laserowo (rys. 5, 6). Dla czopów obrobionych laserowo wartość mierzonego momentu napędzającego wał była około 2-krotnie większa niż dla czopów nieobrobionych laserowo. Przeprowadzona próba zużyciowa wykazała większą intensywność zużywania się wałków bez obróbki laserowej w porównaniu z wałkami obrobionymi laserowo. Czop nieobrobiony laserowo po próbie zużycia charakteryzował się średnio 2,5-krotnie większym zagłębieniem profilu w miejscu współpracy z panewką niż zagłębienie profilu w tym samym miejscu dla próbek poddanych stopowaniu laserowemu (rys. 7). Pozytywne efekty przeprowadzonych badań zużyciowych pozwalają stwierdzić, że zastosowanie stopowania laserowego w przypadku wałów korbowych powinno sprzyjać zastępowaniu wałów stalowych żeliwnymi, a także daje możliwość zastępowania tradycyjnej obróbki powierzchniowej obróbką laserową.

EN

The following studies are the part of research connected with laser heat treatment of gray irons used in different types of industry branches. Cast irons are wildly used in vehicles and agricultural machines construction. This presented issue concerns laser alloying of crankshaft made of nodular iron. The effects of this treatment of was verified by wear test on special device ZPGIV. Laser treatment was performed with CO2 Trumpf TLF 2600 molecular laser with continuous wavelength. Surface profile, micro- and macrostructure, microhardness analysis have been done to estimate the nodular iron shafts laser alloying influence on their wear resistance. The microscopic analysis showed, that journals after laser alloying has surface layer with fine microstructure and 0,15 mm thickness after mechanical treatment. The microhardness results showed 4-times higher microhardness (Fig. 3) of alloyed layer modified by laser treatment than the core material. The Ra roughness parameter on the shaft surface before laser treatment was 0,15 μm (Fig. 1). But after laser treatment laser Ra was nearly 2 μm. However, after polishing this parameter was below 0,1 μm. Low corrugation and Ra parameter below 0,1 μm probably makes possible to change polishing on the shafts grinder after laser treatment into other finishing treatment. This could reduce the cost and time necessary to produce the final element. The wear test allow to state clear differences in intercity of wearing between untreated journals and laser treated ones. The changes character of recorded parameters during wear test: temperature in the zone under bearing, move resistance (expressed by rotation moment on the devices shaft – friction moment), or resistivity in journal and bearing connection were different for untreated journals and laser treated ones (Fig. 5, 6). The value of resistivity was twice higher for treated journals than untreated ones. The wear test was proved higher insensitivity of wearing for untreated journals than treated ones. In untreated journal the average depth of the profile in wearing place after tests was 2.5-times higher than in case of laser treated journal (Fig. 7). The positive effects of performed wear tests research allow to state that using laser alloying to crankshafts journals favours the exchanging steel on cast iron ones. Moreover, it also may allow to change the traditional surface treatment into laser treatment.