Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Selected Methods of Modifying the Surface Layer of a Carbon Composite

Kłonica Mariusz, Kubit Andrzej, Perłowski Ryszard, Bielawski Radosław, Woś Sławomir

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2024

|

Vol. 18, no 1

270--277

EN

This article presents the results of a comparative study on the modification of the surface layer of carbon composites. Fibre-reinforced polymer (FRP) composite materials are heterogeneous and anisotropic materials, characterised by high strength, low density, corrosion resistance along with ease of processing and moulding, and are increasingly replacing metal alloys. They are widely used in aviation, automotive and transport applications. One example of a modern composite is carbon fibre-reinforced polymer (CFRP). This study presents the influence of selected modifications of the surface layer of a CFRP composite on the values of free surface energy (SFE) and surface topography. The resulting SFE values were analysed together with the contribution of the polar SFE and dispersive SFE components. The article also presents the test results related to selected 3D surface roughness parameters and includes photographs of the test specimens after surface layer modification. The results were statistically processed in compliance with good research practice.

2

Tribological properties of textured diamond-like carbon coating

Kalinowski Artur

Technical Transactions

|

2023

|

Vol. 120, iss. 1

art. no. e2023004

EN

This paper presents selected mechanical and tribological properties of DLC coatings (diamond-like carbon coatings) and the results of an applied texture to improve these properties under specific circumstances. It presents the results of the selection of parameters for the laser-texturing process of DLC coatings using a picosecond laser with a wavelength of 343 nm.

3

Influence of Surface Laser Treatment on Mechanical Properties and Residual Stresses of Titanium and its Alloys

Jażdżewska Magdalena, Majkowska-Marzec Beata, Ostrowski Roman, Olive Jean-Marc

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no 6

27--38

EN

Surface modification of the titanium and its alloys used in implantology with a long-pulse laser can change the surface topography, but it also leads to changes in the stress sign and magnitude in the resulting subsurface layer. The presented research was aimed at evaluating the state of stress after laser remelting with the Nd:YAG laser of pre-etched titanium alloys Ti6Al4V and Ti13Nb13Zr and pure titanium. The obtained surface layers were characterized using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), optical profilography, and nanoindentation studies. Based on the results obtained after the nanoindentation tests, the character of the stresses generated in the melted layers was calculated and determined. Laser processing resulted in surface layer thicknesses between 191-320 µm and surface roughness Ra between 2.89-5.40 µm. Laser processing caused increasing hardness, and its highest value was observed for the titanium alloy Ti13Nb13Zr - 5.18 GPa. The tensile stresses appeared following laser treatment and increased with elevating laser power up to the highest value for titanium.

4

Obróbka laserowa powłok elektroiskrowych – technologia i właściwości

Radek Norbert

Obróbka Metalu

|

2022

|

nr 2

11--17

PL

W pracy przedstawiono informacje dotyczące technologii wytwarzania i badania powłok przeciwzużyciowych nakładanych metodą elektroiskrową przed i po ich modyfikacji laserowej. Technologia ta jest przedmiotem systematycznych badań na Politechnice Świętokrzyskiej, której laboratoria wyposażone są w niezbędne urządzenia do wytwarzania i badania powłok nanoszonych elektroiskrowo oraz ich modyfikacji. Przedstawiono rezultaty obserwacji mikrostruktury powłok WC-Co naniesionych elektroiskrowo, przed i po obróbce laserowej, oraz wyniki pomiarów chropowatości i przyczepności, a także badań odporności korozyjnej powłok.

EN

The paper contains information on the manufacture and testing of spark protection coatings before and after laser modification. This technology is the subject of systematic research at the Kielce Technical University, whose laboratories are equipped with the necessary equipment for the production and testing of electro-sparking coatings and their modifications. The results of the observation of the microstructure of WC-Co coatings applied before and after laser processing, as well as the results of roughness and adhesion measurements and corrosion resistance tests of the coatings were presented.

5

Effects of CO2 and Nd:YAG laser remelting of the Ti6Al4V alloy on the surface quality and residual stresses

Jażdżewska M.

Advances in Materials Science

|

2020

|

Vol. 20, nr 1(63)

82--90

EN

The titanium alloys are materials susceptible to tribological wear and the laser treatment can be applied in surface treatment processes to obtain for example higher hardness level. From the other side, it is important to take into consideration, that hardness increase that can be connected with cracks . The aim of this research was to investigate the effects of different lasers and the process parameters on the form and level of residual stresses in the Ti6Al4V alloy, which determine the initiation and propagation of cracking. Two lasers were used, the CO2 and Nd:YAG lasers. The specimens were remelted in liquid nitrogen, water or calm air at different pre-heating temperature. The different laser power and scan rates were applied. The increase in energy density increased the number of cracks, the change of an environment and pre-heating affected alo the surface cracking. The cracks observed after remelting with Nd:YAG laser were longer than those observed after treatment with CO2 laser. The compressive stresses after the CO2 laser treatment, and tensile stresses after treatment with the Nd:YAG laser, were found. The appearance of cracks was attributed to an excessive energy density. The different distribution of heat energy inside and around the laser tracks was discussed as the origin of presence either tensile or compressive stresses in the alloy treated with different lasers.

6

Operational properties of the cermet electro-spark coatings after laser treatment – technology and application

Radek Norbert, Pietraszek Jacek, Konstanty Janusz

System Safety : Human - Technical Facility - Environment

|

2019

|

Vol. 1, nr 1

797--804

EN

The paper is concerned with determining the influence of the laser treatment process on the properties of electro-spark coatings. The properties of the coatings after laser treatment were assessed based on following methods: microstructure and X-ray diffraction analysis, adhesion tests, roughness measurement, hardness tests, tribological properties and application tests. The tests were carried out on WC-Co coating (the anode) obtained by electro-spark deposition over carbon steel C45 (the cathode) and molten with a laser beam. The coatings were deposited by means of the EIL-8A and they were laser treated with the Nd:YAG. The tests show that the laser-treated electro-spark deposited WC-Co coatings are characterized by lower hardness, higher seizure resistance, roughness and adhesion. The laser treatment process causes the homogenization of the chemical composition, the structure refinement and the healing of microcracks and pores of the electro-spark deposited coatings. Laser treated electro-spark deposited coatings are likely to be applied in sliding friction pairs and as protective coatings.

7

Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Cz. 2, Stale konstrukcyjne stopowe

Berkowski Leopold

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 2

165--178

PL

Praca obejmuje drugą część badań przyczynkowych nad oceną stanu strukturalnego stali o różnym składzie chemicznym w strefie grzania laserowego, realizowanych w Instytucie Obróbki Plastycznej oraz w Instytucie Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. W pierwszej części [1] badano skutki obróbki laserowej stali węglowych o różnej zawartości węgla; od około 0,04 %C (stal E04J) do 0,8 %C (stal N8E). W niniejszym artykule oceniano podobnie skutki obróbki laserowej pięciu stali konstrukcyjnych o różnym składzie chemicznym (18HGT, 33H3MF, 38HMJ, 40H i 45) w stanie zahartowanym i ulepszonym cieplnie oraz porównano skutki obróbki laserowej stali 33H3MF i 38HMJ (przeznaczonych do azotowania) w stanie przed i po azotowaniu; przy czym grubość warstwy dyfuzyjnej wynosiła około 0,6 mm. Badania wykazały, że twardość po zahartowaniu laserowym zależy przede wszystkim od zawartości węgla w stali, natomiast odporność na odpuszczające działanie temperatury od zawartości węglikotwórczych składników stopowych. Stwierdzono ponadto, że – podobnie jak w przypadku stali węglowych – parametry zahartowanego obszaru (głębokość i szerokość warstwy) zmniejszają się ze wzrostem prędkości przemieszczania się wiązki światła lasera. Obserwacje strukturalne wykazały, że warstwa obrobiona ciepl-nie zawiera różniące się między sobą obszary; strefa, a także liczne drobne pęknięcia ułożone zgodnie z kierunkiem odprowadzenia ciepła oraz (podobnie jak w pracy [1]) szczeliny ułożone prostopadle do powierzchni próbki i pęcherze. Stwierdzono zróżnicowane struktury hartowania w strefie przetopionej. W drugiej części badań oceniono rozkłady twardości warstw azotowanych stali 33H3MF i 38HMJ. Stwierdzono, że różnią się one głębokością utwardzenia i wyraźnie twardością przy powierzchni, a war-stwa stali 33H3MF ma w tej części znacznie większą twardość. Zauważono również, że obróbka laserowa niszczy warstwę dyfuzyjną (powierzchniową), powodując powsta-nie pęcherzy, które w niektórych przypadkach są przyczyną tworzenia się nieciągłości powierzchni, a także że twardość przetopionej warstwy dyfuzyjnej jest o około 400 jednostek HV0,1 mniejsza od twardości warstwy azotowanej.

EN

This paper covers the second part of adjunctive studies assessing the structural state of steel with different chemical compositions in a laser heating zone, conducted at the Metal Forming Institute and at the Institute of Machines and Transportation of the Poznań University of Technology. The first part [1] investigated the effects of laser treatment of carbon steels with varying carbon content; from approx. 0.04 %C (E04J steel) to 0.8 %C (N8E steel). Similarly, this article assesses the effects of laser treatment of five construc-tional steels with varying chemical compositions (18HGT, 33H3MF, 38HMJ, 40H and 45) in hardened and heat-treated state, and the effects of laser treatment of 33H3MF and 38HMJ steels (intended for nitriding) were compared in pre- and post-nitrided state; where the thickness of the diffusion layer was approx. 0.6 mm. Tests showed that hardness after laser treatment depends, above all, on carbon content in the steel, while resistance to the tempering action of temperature depends on the content of carbide-forming alloying ingredients. Moreover, it was determined that – similarly as in the case of carbon steels – the parameters of the hardened area (depth and width of the layer) decrease as the laser beam’s speed of travel increases. Structural observations revealed that the heat-treated layer contains differing areas; the heat-affected zone, and numerous fine cracks oriented in the direction of heat take-off, as well as (similarly as in paper [1]), crevices arranged perpendicularly to the sample’s surface, and bubbles. Different har-dening structures were observed in the melted zone. In the second part of studies, hard-ness distributions of nitrided layers of 33H3MF and 38HMJ steels were evaluated. It was determined that they differ in hardening depth, and clearly, in near-surface hardness; and the layer of 33H3MF steel has substantially higher hardness in this layer. It was also observed that laser treatment destroys the diffusion (surface) layer, causing bubbles to form, which are the cause of surface discontinuities in certain cases, as well as that the hardness of the melted diffusion layer is approx. 400 HV0.1 units lower than the hardness of the nitrided layer.

8

Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Cz. 3, Stale narzędziowe

Berkowski Leopold

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 4

307--326

PL

Praca stanowi trzecią część większej całości, przyczynkowych badań w zakresie technologii laserowych stali o różnym składzie chemicznym. W pierwszych dwóch częściach omówiono skutki obróbki laserowej stali węglowych [1] i konstrukcyjnych stopowych [2]. W pierwszej części pracy wykazano, że wzrost zawartości węgla powoduje wyraźny wzrost twardości zahartowanej laserowo stali, wpływa na kształt warstwy oraz na charakter nieciągłości powstałych w strefie przetopionej. W badaniach pro-wadzonych w części drugiej potwierdzono znaczenie udziału węgla oraz oceniono wpływ składników stopowych na odpuszczalność stali. Wykazano ponadto, że obróbka laserowa niszczy warstwę dyfuzyjną, azotowaną. Badania, których wyniki zawiera niniejsza praca są owocem współpracy trzech ośrodków badawczych: Instytutu Fraunhofera IPT – Aachen, Instytutu Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej oraz Instytutu Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Praca zawiera wyniki badań skutków obróbki laserowej stali NC11LV w stanie wyjściowym (wyżarzonym) i zahartowanym z różnej temperatury, także w warstwach położonych w różnej od siebie odległości. Ponadto praca zawiera ocenę jakości stopowania, z pomocą proszków o różnej zawartości składników stopowych stali przeznaczonej na narzędzia kuźnicze. Struktura wyjściowa stali NC11LV była martenzytyczna z niewielką ilością austenitu szczątkowego po hartowaniu z temperatury 1020oC oraz zawierającą austenit z niewielką ilością węglików po hartowaniu z temperatury 1150oC. Stwierdzono, że twardość stali w strefie przetopionej (około 500 HV0,1) jest zbliżona do twardości stali NC11LV zahartowanej z temperatury 1150oC, a w strefie przejściowej rozrzut wyników pomiarów twardości jest nieregularny; bardziej w strefie hartowania wstępnego z temperatury 1020oC. Natomiast wpływ prędkości przemieszczania się wiązki światła lasera na stan strefy przypowierzchniowej próbki jest podobny jak w pracach [1–2]; wzrost prędkości powoduje zmniejszenie „parametrów” warstwy. Z badań wynika, że obróbka laserowa niezależnie od stanu wyjściowego (temperatury hartowania) nie po-woduje korzystnych zmian warstwy wierzchniej stali NC11LV. Pozytywne rezultaty uzyskano natomiast w badaniach nad technologią stopowania narzędzi kuźniczych ze stali WCL. W próbkach stopowanych z pomocą proszku Mo/VC wyznaczono temperaturę odpuszczania stopowanych warstw (600oC), wyższą od temperatury odpuszczania stali szybkotnących. W badaniach nad doborem technologii oceniono piętnaście wariantów, w których zastosowano trzy grupy proszków o różnym składzie chemicznym WC/Co, WC/Co/Cr i Mo/VC w odpowiednim stosunku składników i wielkości dozowania. Przeprowadzono badania strukturalne otrzymanych warstw. Na podstawie oceny właściwości uzyskanych podczas pomiarów twardości, własności mechanicznych (próby zginania i badań zmęczeniowych) oraz badań odporności na zużycie ścierne, wybrano warunki najlepszej technologii. Zastosowane w badaniach azotowanie – podobnie jak poprzednio – spowodowało pogorszenie jakości warstwy stopowanej.

EN

This article is the third in a series of studies concerning laser treatment technologies applied to steel with different chemical compositions. The effects of laser treatment of carbon steels [1] and constructional alloy steels [2] are discussed in the first two articles. In the first one, it is demonstrated that increasing carbon content results in clear growth of the hardness of laser-hardened steel, affects the shape of the layer and the character of discontinuities forming in the melted zone. In the second, the significance of carbon share was confirmed and the influence of alloying elements on temperability of steel was evaluated. Moreover, it was demonstrated that laser treatment destroys the diffusive, nitrided layer. The test results found here are the fruit of collaboration between three research centers: Fraunhofer Institute for Production Technology IPT – Aachen, Insti-tute of Industrial Machinery and Transportation of Poznań University of Technology and the Metal Forming Institute in Poznań. This article contains results of laser treat-ment tests performed on NC11LV steel in its initial (annealed) state and hardened at different temperatures, including in layers situated at varying distances from one an-other. Furthermore, the article provides an evaluation of the quality of alloying by means of powders with varying contents of alloying ingredients of the steel intended for forging tools. The initial structure of NC11LV steel was martensitic with a small amount of residual austenite after hardening at 1020oC, and containing austenite with a small amount of carbides after hardening at 1150oC. It was determined that the hardness of steel in the melted zone (approx. 500 HV0.1) is similar to the hardness of NC11LV steel hardened at 1150oC, and in the transitional zone, the dispersion of hardness measure-ment results is irregular; more so in the initial hardening zone at 1020 oC. The influence of laser beam travel speed on the state of the specimen’s near-surface layer is similar as in articles [1–2]; increasing travel speed reduces the layer’s “parameters”. Tests show that, regardless of the initial state (hardening temperature), laser treatment does not result in beneficial changes of the surface layer of NC11LV steel. However, positive re-sults were obtained in tests of alloying technology for forging tools made of WCL steel. In specimens alloyed using Mo/VC powder, tempering temperature of the alloyed layers was determined (600oC), higher than the tempering temperature of high-speed tool steels. Fifteen variants were evaluated in tests on the selection of technology, in which three groups of powders with different chemical compositions were applied: WC/Co, WC/Co/Cr and Mo/VC, in the appropriate proportion of ingredients and doses. Struc-tural tests of the layers obtained were carried out. Based on evaluation of properties obtained during hardness measurements, tests of mechanical properties (bending and fatigue tests) as well as abrasion resistance tests, the conditions of the best technology were selected. Nitriding applied in the tests caused the quality of the nitrided layer to deteriorate - similarly as before.

9

Microstructure of laser-modified electro-sparking coatings

Pliszka I., Radek N., Gądek-Moszczak A., Dwornicka R., Bronček J.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 10

181--186

EN

The article summarizes research on a method used to improve tribological properties. The paper presents possibilities of using laser surface modification by means of EDM. The performed research confirmed that the concentrated laser beam stream can effectively modify the state of the ESD coating layer, WC-Cu and improve their usability. The work aims to assess the properties of coatings after laser treatment, based on the observation of the newly created structure of the material, the measurement of adhesion and microhardness measurement.

PL

W artykule podsumowano badania nad metodą poprawy właściwości tribologicznych. Przedstawiono możliwości zastosowania modyfikacji laserowej powierzchni na drodze obróbki elektroiskrowej. Wykonane badania potwierdziły, iż skoncentrowanym strumieniem wiązki laserowej można skutecznie modyfikować stan warstwy powłok elektroiskrowych, WC-Cu i wpływać na poprawę ich właściwości użytkowych. Artykuł ma na celu ocenę właściwości powłok po obróbce laserowej przeprowadzonych na podstawie obserwacji nowo powstałej struktury materiału, pomiaru przyczepności oraz pomiaru mikrotwardosci.

10

Influence of dodecanol on wetting behavior of superhydrophobic surfaces

Sayfutdinova A. R., Emelyanenko A. M., Boinovich L. B.

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2018

|

Vol. 54, iss. 1

131--141

EN

Digital processing of the optical image of a sessile droplet was used to study the influence of dodecanol vapors and condensate on the wettability of superhydrophobic coatings by water. Two types of coatings with very different morphologies were used to estimate the stability of the superhydrophobic state in the presence of dodecanol at different regimes of interaction of tested superhydrophobic coatings with dodecanol vapors, including preliminary condensation of dodecanol inside the substrate pores/grooves at different temperatures, a short-term contact of dodecanol vapor with the superhydrophobic coating with the preliminary deposited water droplets and, finally, a long-term contact between substrate with deposited water droplets and the vapor phase saturated with dodecanol vapor. The set of experimental data indicate only minor variations of water contact and roll-off angles for all regimes studied. Such wettability behavior evidences good persistence of superhydrophobic state in conditions of contact with long-chain alcohol vapors.

11

Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Cz. 1, Stale węglowe

Berkowski L.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 2

127--138

PL

Obróbka laserowa, zwłaszcza hartowanie laserowe, wykorzystuje dużą energię promieniowania laserowego do grzania niewielkich powierzchni obrabianego materiału oraz jego przewodność cieplną, celem uzyskania szybkiego ochłodzenia podgrzanego obszaru. Specyficzne warunki i efekty stosowania obróbki sprawiają, że technologia stała się w wielu przypadkach bardzo atrakcyjna. W niniejszym opracowaniu podjęto próbę oceny wpływu stanu strukturalnego stali, związanego ze składem chemicznym, na skutki obróbki laserowej. W pierwszej części oceniono stale węglowe w różnej zawartości węgla i obrabianych w miarę ustalonych warunkach; badania przeprowadzono na jednym urządzeniu (laser technologiczny CO2 firmy TRUMPF), przy zmieniającej się prędkości przesuwania się wiązki światła lasera – 16, 24, 32 i 64 mm/s. Metodą pomiaru twardości HV0,1 wyznaczono parametry warstwy (głębokość i szerokość na głębokości 0,3 mm), przeprowadzono obserwację struktury stali E04j, 15, 35, 45, 55, N7E i N8E z pomocą mikroskopu świetlnego. Spodziewano się określić wpływ zawartości węgla w stali oraz wpływ intensywności grzania wiązką światła lasera na strukturę i właściwości warstwy zahartowanej z przetopieniem stali węglowej, także po tradycyjnym odpuszczaniu. Badania wykazały, że wzrost zawartości węgla w stalach węglowych w przedziale 0,04–0,70% C (stale E04J, 15, 35, 55 i N7E) powoduje wzrost twardości po hartowaniu laserowym – odpowiednio – od 314 HV0,1 do 1054 HV0,1 (po odpuszczaniu twardość została proporcjonalnie obniżona), lecz nie wpływa istotnie na tzw. parametry warstwy (głębokość i szerokość na głębokości 0,03 mm). Wpływa natomiast na jej kształt: stosunek głębokości do szerokości warstwy, który dla stali E04J, 45 i N8E wynosił odpowiednio – 1,16; 0,97 i 0,69. Zawartość węgla wpłynęła również na charakter nieciągłości, w strefie zahartowanej po przetopieniu; w stalach o mniejszej zawartości C pojawiły się pęcherze, o większej – szczeliny. Badania wykazały ponadto, że zwiększenie prędkości przemieszczania się wiązki światła lasera powoduje zmniejszenie głębokości zahartowanej warstwy.

EN

Laser treatment, particularly laser hardening, utilizes the high energy of laser radiation to heat small surfaces of the treated material as well as the material’s thermal conductivity in order to achieve rapid cooling of the heated area. Specific conditions and effects of applying such treatment have made this technology attractive in many cases. This paper undertakes to assess the influence of the structural state of steel related to chemical composition on the effects of laser treatment. The first part contains an assessment of carbon steel with varying carbon content, treated under relatively stable conditions; tests were performed on one machine (technological CO2 laser from TRUMPF), at a changing laser beam travel speed – 16, 24, 32 and 64 mm/s. The method of HV0.1 hardness measurement was used to determine the layer’s parameters (depth and width at 0.3 mm depth), and observations of the structure of E04J, 15, 35, 45, 55, N7E and N8E steels were conducted under a light microscope. It was expected to determine the influence of carbon content in steel and the influence of laser beam heating intensity on the structure and properties of the layer hardened with melting of carbon steel, including after traditional tempering. Tests showed that increasing carbon content in carbon steels within the range of 0.04–0.70% C (E04J, 15, 35, 55 and N7E steels) increases hardness after laser hardening – respectively – by 314 HV0.1 to 1054 HV0.1 (after tempering, hardness was reduced proportionally), however it does not have a significant impact on the so-called layer parameters (depth and width at 0.03 mm depth). It does, however, affect its shape; the layer’s depth to width ratio was, respectively for E04J, 45 and N8E steels – 1.16; 0.97 and 0.69. Carbon content also affected the nature of discontinuities in the hardened zone after melting; bubbles appeared in steels with lower C content, and crevices in steels with higher C content. Tests also revealed that increasing laser beam travel speed reduces the depth of the hardened layer.

12

Koncepcja i badania eksperymentalne kształtowania elementów cienkościennych przy pomocy hybrydowej metody laserowo-mechanicznej

Kurp P.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 4

357--368

PL

W niniejszym artykule autor przedstawia założenia oraz wstępne wyniki badań doświadczalnych procesu kształtowania elementów cienkościennych przy pomocy hybrydowej metody laserowo-mechanicznej. W prezentowanej metodzie została użyta nieruchoma wiązka laserowa o przekroju prostokątnym. Autor prezentuje m.in.: główną ideę metody hybrydowej, jedną z wybranych do realizacji koncepcji, projekt stanowiska oraz wykonane stanowisko do gięcia cienkościennych rur i dyfuzorów stożkowych stosowanych w budowie silników lotniczych. Docelowym materiałem badań są żarowytrzymałe nadstopy niklu Inconel 618 i Inconel 625 oraz żaroodporne stale martenzytyczne AISI 410 i AISI 325. Materiały te, ze względu na ich wysokie właściwości mechaniczne przy pracy w podwyższonej temperaturze, używane są do budowy podzespołów silników turbośmigłowych. Ze względów ekonomicznych próby zostały wykonywane na austenitycznej stali kwasoodpornej X5CrNi18-10. Prezentowana w artykule metoda hybrydowa (założenia, koncepcja, projekt) została poddana walidacji w warunkach laboratoryjnych. Zmierzono siły potrzebne do uzyskania odkształceń plastycznych w elemencie, kąt gięcia oraz ustalono temperaturę procesu. Ważną innowacją procesu jest kontrolowanie temperatury w jego trakcie. Pozwala to na zachowanie struktury wyjściowej stali, a tym samym na utrzymanie właściwości wytrzymałościowych produktu. Na podstawie przeprowadzonych badań planuje się wykonać symulacje numeryczne procesu oraz wykonać badania metalograficzne gotowych komponentów. Ponadto prowadzone badania wskazują kierunek dalszych działań. Przejawia się to m.in. w ciągłym modyfikowaniu konstrukcji oraz samego procesu. Przedstawione wyniki testów zostały poddane dyskusji. Na podstawie uzyskanych efektów zostaną zaplanowane dalsze prace nad hybrydową metodą laserowo-mechaniczną formowania elementów cienkościennych.

EN

In this paper, author presents the assumptions and preliminary results of experimental tests of the process of forming thin-walled elements using a hybrid, laser-mechanical technique. An immobile laser beam with a rectangular cross-section was used in the presented method. Author presents, among other things: the main idea of the hybrid method, one of the concepts selected for realization, design of the test stand and the station that was built for bending of thin-walled pipes and conical diffusers used in the design of aircraft engines. Inconel 618 and Inconel 625 high-temperature creep-resistant nickel superalloys and AISI 410 and AISI 325 heat-resistant martensitic steels are the target materials for testing. Due to their high mechanical properties during work at elevated temperatures, these materials are used in the construction of turboprop engine subassemblies. For economic reasons, tests were performed on X5CrNi18-10 acid-resistant austenitic steel. The hybrid method presented in the paper (assumptions, concept, design) was validated under laboratory conditions. The forces required to obtain plastic strains in the element and bending angle were measured, and the temperature of the process was determined. Temperature control throughout the process is an important innovation. It makes it possible to preserve the steel’s initial structure and thus maintain the product’s strength properties. Based on the tests performed, it is planned to conduct numerical simulations of the process and perform metallographic examinations of ready components. Moreover, the research conducted indicates the direction of further action. This is shown by, among other things, continuous modification of the design and the process itself. The presented test results are discussed. Based on obtained effects, further work on the hybrid laser-mechanical method of forming thin-walled elements will be planned.

13

Laserowo-mechaniczne formowanie elementów cienkościennych

Kurp P., Widłaszewski J., Mucha Z.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 2

148--151

PL

W niniejszym artykule autorzy przedstawiają założenia oraz wstępne wyniki badań doświadczalnych i symulacji numerycznych procesu formowania elementów cienkościennych z wykorzystaniem wiązki laserowej i obciążenia mechanicznego. Na podstawie założeń zaprojektowano i wykonano stanowisko do gięcia cienkościennych rur i dyfuzorów stożkowych stosowanych w budowie silników lotniczych. Metoda i stanowisko kształtowania, przetestowane w warunkach laboratoryjnych, a także wyniki analizy numerycznej procesu pokazują nowe możliwości formowania elementów cienkościennych.

EN

The paper presents assumptions and preliminary results of experimental investigations and numerical simulations of forming thin-walled elements using laser beam and mechanical load. An experimental stand, dedicated for bending thin-walled tubes and conical diffusers, which are used in aircraft engines, has been designed and built. The method and stand, which were tested in laboratory conditions, together with numerical analysis results show new possibilities of forming thin-walled elements.

14

The Impact of Laser Processing Parameters on the Properties of Electro-Spark Deposited Coatings

Radek N., Szczotok A., Gądek-Moszczak A., Dwornicka R., Bronček J., Pietraszek J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 2

809--816

EN

The paper described properties of electro-spark deposited coatings under influence of the laser treatment process. The properties were assessed by analyzing the coating microstructure, X-ray radiation, microhardness, bonding strength, corrosion resistance, porosity and wear tests. The tests were conducted for Mo and Cu coatings (the anode) which were electro-spark deposited over the C45 steel substrate (the cathode) and melted with a laser beam. The coatings were deposited by means of an ELFA-541. The laser processing was performed with an Nd:YAG laser. The coatings after laser processing are still distinguished by very good performance properties, which make them suitable for use in sliding friction pairs.

15

Properties of WC-Cu electro spark coatings subjected to laser modification

Pliszka I., Radek N., Gądek-Moszczak A.

Tribologia

|

2017

|

nr 5

73--79

EN

The article presents the possibilities of using laser surface modification on the way EDM to better tribological properties. The paper tries to expand knowledge in the fields of the application of electrospark deposition. Surface treatment by applying a coating by electrospark deposition has many advantages (e.g., local interface or applying thin layers); therefore, this technology is used in the industry. Concentrated streams of laser beams can effectively modified the state of the electrospark coating, WC-Cu, and improve its performance. The aim of the study is to evaluate the influence of laser treatment on the properties of electrospark coatings. Evaluation of the properties of the coatings after laser treatment was carried out by observation of the microstructure, surface geometry analysis, and tribological test.

PL

Artykuł prezentuje możliwości wykorzystania modyfikacji laserowej powierzchni na drodze obróbki elektroiskrowej do uzyskania lepszych właściwości tribologicznych. Przedstawione w pracy zagadnienie może posłużyć do rozszerzenia wiedzy w zakresie obszarów zastosowania obróbki elektroiskrowej. Obróbka powierzchni poprzez nanoszenie powłok metodą elektroiskrową cechuje się wieloma zaletami (np. możliwością lokalnego oddziaływania czy nakładania cienkich powłok), dlatego też technologia ta jest wykorzystywana w przemyśle. Skoncentrowanym strumieniem wiązki laserowej można skutecznie modyfikować stan warstwy powłok elektroiskrowych, WC-Cu i wpływać na poprawę ich właściwości użytkowych. Celem pracy jest ocena wpływu obróbki laserowej na właściwości powłok nanoszonych elektroiskrowo. Ocenę właściwości powłok po obróbce laserowej przeprowadzono na podstawie obserwacji mikrostruktury, analizy struktury geometrycznej powierzchni oraz testów tribologicznych.

16

The influence of the laser and diffusion boronizing on the surface layer of nodular iron

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2017

|

Vol. 62, nr 1

158--162

EN

Cast irons are commonly used in case of many machine parts in different industry branches, also in agricultural industry. A lot of such machine parts are exposed to tribological wear and corrosion. Therefore, surface layers with improved properties are needed. This paper refers to two different ways of modification of the surface layer of nodular iron. The aim of this research was to compare the effects of the laser boronizing and diffusion boronizing of nodular iron, especially the influence of boron concentration on the hardness of modified surface layer. An optical and scanning electron microscopes, Auger electron spectroscope (AES) and hardness Vickers tester were used to assess the results of the surface layer treatments. The performed research showed, that after diffusion, as well as, after laser boronizing of nodular iron higher hardness of the surface layer (in comparison to the core material) was obtained. Coarse-grained, needle-like shape of iron borides with ferrite grains after diffusive boronizing and very fine-crystalline, homogenous microstructure after laser alloying were observed. Hardness changes measurement from the surface on the cross-section for both cast irons treated with those methods of boronizing were correlated with the registered changes of boron concentration. Nevertheless, this correlation was stronger for diffusion boronizing than for laser modification. Smaller correlation for the zone achieved after laser boronizing is possibly a result of other aspects which influences the hardness and are characteristic for laser treatment like creation of very fine grains or supersaturated solid solutions (unlike diffusion treatment). It was stated, that it is possible to use less alloying element in case of laser treatment to achieve similar hardness to the surface layer after diffusion modification. Higher microstructure fineness and homogeneity, gentle hardness changes on the cross section of the surface layer form the surface to the core material after laser boronizing (in comparison to diffusion boronizing) should favor the wear resistance of machine part as well as be conducive to the selection of this kind of treatment.

PL

Żeliwa stosowane są w przypadku wielu części maszyn w różnych gałęziach przemysłu, w tym w rolniczego. Wiele z nich jest narażonych na zużycie tribologiczne i korozję. W związku z tym potrzebne są warstwy wierzchnie o odpowiednich właściwościach. Niniejszy artykuł dotyczy dwóch metod modyfikacji warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego. Celem tych badań było porównanie efektów borowania laserowego i borowania dyfuzyjnego żeliwa sferoidalnego, a w szczególności wpływu koncentracji boru na twardości wytworzonej warstwy wierzchniej. Do oceny skutków obróbki powierzchniowej został wykorzystany mikroskop optyczny i skaningowy, spektroskop elektronów Auger (AES) i twardościomierz Vickersa. Przeprowadzone badania wykazały, że po borowaniu dyfuzyjnym, jak i po laserowym żeliwa sferoidalnego uzyskano zwiększoną twardość warstwy wierzchniej (w porównaniu do materiału rdzenia). Po borowaniu dyfuzyjnym obserwowano gruboziarnistą mikrostrukturę z iglastymi borkami żelaza i ziarnami ferrytu. Natomiast mikrostruktura strefy naborowanej za pomocą laserowej obróbki cieplnej była drobnoziarnista i jednorodna. Zmiany twardości zmierzone od powierzchni na przekroju poprzecznym dla obu żeliw po obróbce tymi metodami borowania korelowały z zarejestrowanymi zmianami koncentracji boru. Z tym, że zależność była silniejsza w przypadku borowania dyfuzyjnego niż modyfikacji laserowej. Mniejsza zależność w przypadku borowania laserowego jest prawdopodobnie wynikiem innych czynników wpływających na twardość, które są charakterystyczne dla obróbki laserowej, jak powstawanie bardzo drobnych ziarn czy też silnie przesyconych roztworów stałych (w przeciwieństwie do mikrostruktury otrzymywanej w wyniku obróbki dyfuzyjnej). Stwierdzono, że aby osiągnąć podobną twardość warstwy wierzchniej w przypadku laserowej obróbki cieplnej do twardości po modyfikacji dyfuzyjnej możliwe jest stosowanie mniejszej ilości pierwiastka stopowego. Uzyskanie większej jednorodności, drobnoziarnistości mikrostruktury, łagodne zmiany twardości na przekroju warstwy wierzchniej od powierzchni w kierunku materiału rdzenia po borowaniu laserowym (w stosunku do borowania dyfuzyjnego) powinny sprzyjać większej odporności na zużycie elementów maszyn z żeliwa sferoidalnego oraz sprzyjać w wyborze właśnie tej powierzchniowej obróbki cieplnej.

17

Laser treatment of heterogeneous surfaces formed by electro-spark deposition

Radek N., Pietraszek J., Szczotok A.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 6

279--284

EN

This study is an investigation of the effect of laser treatment on the properties of surface coatings produced by a conventional electro-spark deposition (ESD) process. A combination of ESD process and laser treatment has been developed, and tested, and improvement of certain surface properties has been demonstrated. These coatings are heterogeneous surfaces, which mean that there are variable characteristics along the depth of the thin coating. The study is carried out on a conventional C45 steel as substrate, coated by Cu–Mo electrode by electro-spark deposition. The coating showed an improved metallurgical bond to the substrate material, and desirable surface topography, microstructure and micro-hardness distribution along the depth of the coating. The developed process has a minimal thermal effect on the bulk material, below the coating. This is combined with an exceptionally homogeneous hard outer surface. This combination demonstrated also improvements of certain tribological properties, such as a rise of seizure resistance of the rubbing surfaces. The properties of heterogeneous surfaces, based on laser treated ESD, are largely dependent upon material combination systems, manipulating methods, ESD and laser parameters as well as process control.

PL

Przez powierzchnie niejednorodne należy rozumieć powierzchnie mające wyodrębnione regularne obszary dające się opisać innymi niż pozostała część powierzchni właściwościami geometrycznymi, fizykomechanicznymi czy fizykochemicznymi. Obszary tworzące niejednorodność powierzchni powstają w wyniku użycia do ich wytworzenia innej technologii niż do pozostałej części powierzchni. Celem pracy było badanie wybranych właściwości powierzchni niejednorodnych wytworzonych za pomocą obróbki elektroiskrowej i laserowej. Uzyskane warstwy poddano następującym badaniom: analizie mikrostruktury, badaniom mikro- i makrogeometrii powierzchni oraz pomiarom mikrotwardości.

18

Functional plasma-deposited coatings

Pashechko M., Kindrachuk M., Gumeniuk I., Tisov O., Zahrebelniy V.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2017

|

Vol. 11, no 4

301--304

EN

The paper focuses on the problem of low adhesion of plasma sprayed coatings to the substrate. The subsequent laser treatment modes and their influence on the coating-substrate interface were studied. This allows to decrease the level of met-stability of the coating, thus decreasing its hardness down to 11–12 GPa on the surface and to about 9 GPa on depth of 400 μm. The redistribution of alloying elements through solid and liquid diffusion improves mechanical properties and rises the adhesion up to 450 MPa after remelting and up to 90–110 MPa after laser-aided thermal cycling. At the same time, remelting of coating helps to decrease its porosity down to 1%. The obtained complex of properties also allows to improve wear resistance of coatings and to decrease friction factor.

19

Hydroxyapatite deposition on the laser modified Ti13Nb13Zr alloy

Jażdżewska M., Majkowska-Marzec B.

Advances in Materials Science

|

2017

|

Vol. 17, nr 4(54)

5--13

EN

The Ti13Nb13Zr alloy was subjected to laser modification with the Nd:YAG laser provided that such treatment would increase the surface roughness followed improved adhesion of hydroxyapatite (HAp) coatings The hydroxyapatite was deposited by electrophoretic method in suspension of 0.5 g HA powder and 100 ml ethyl alcohol. The deposition was carried out for 10 min at 10 V voltage followed by drying at room temperature for 24 h and heating at 800°C for 1 h in vacuum. The thickness of the HAp coatings was found as of about 4.06 μm to 9.05 μm. The examinations of surfaces were carried out at each stage of the experiment with the ultra-high resolution scanning electron microscope. The measurements of surface roughness after laser treatment and after HAp deposition were performed with the Hommel Etamic Waveline profilograph.

20

The analysis of the influence of laser heat treatment of the crankshaft journal on wear resistance of the bearing

Paczkowska M.

Tribologia

|

2016

|

nr 2

87--100

EN

The aim of the presented research was to evaluate wear effects of bering elements in case of modification based on laser alloying with boron of journal surface layer. The research was performed on ZPG-IV tribology tester with journal-bearing friction pair. During the test load was applied progressively. SEM microscopes and non-contact 3D optical profilografometr was used to assess the test results. Study of the character of the wear process allowed to state, that after each increase of load during the test, rapid change of the value of oil temperature and the value of resistance in journal-pan contact was appeared. Then, the stabilization period was followed by. Some differences in the way of those processes between tested variants were noticed. Firstly, turing the stabilization period larger thickness of the oil film at the journal-pan interface was notice in case of journal after laser treatment than in case of untreated journal. Secondly, it could be expected that oil temperature will be lower in case of longer time of tribological test for treated journal (than for untreated journal). It should favor better wear resistance of this kinematic node. Macro and microscopic observations of both types of surface after wear test allow to state, that journals after laser treatment were characterized by less wear effects, as cavities in the surface layer in comparison to untreated journals. More intensive wear of journals without treatment was confirmed by stereometric research and measurements of surface roughness parameters. This research allow to state positive laser treatment influence on the wear resistance of the journal. Although, there was no larger loss of the surface layer in case of pans after cooperation with hard journal after laser treatment (describe by the decrease of pans’ thickness) then loss of the surface layer in case of pans after cooperation with softer untreated journal (nearly 5-times softer than the surface layer of treated journal), the microscopic observations and measurement of the parameters of stereometric structure of their surface showed more intensiva wear of pan after cooperation with treated journal.

PL

Celem prezentowanych badań była ocena skutków zużywania się elementów węzła kinematycznego łożyska ślizgowego w przypadku zastosowania modyfikacji warstwy wierzchniej czopu za pomocą stopowania laserowego borem. Badania zostały przeprowadzone na stanowisku do badań tribologicznych ZPG-IV z węzłem ciernym czop–panewka. Podczas badania obciążenie zwiększane było stopniowo. Do oceny stanu powierzchni został zastosowany elektronowy mikroskop skaningowy (SEM) oraz bezstykowy optyczny profilografometr 3D. Na podstawie analizy przebiegu procesu zużywania stwierdzono, że po zwiększeniu obciążenia następowała nagła zmiana wartości temperatury oleju oraz rezystancji w strefie styku czopa i panewki, a następnie ich stabilizacja. Stwierdzono również pewne różnice w przebiegu tych procesów pomiędzy badanymi wariantami. Po pierwsze podczas okresu stabilizacji odnotowano występowanie większej grubości filmu olejowego w strefie styku czop-panewka w przypadku zastosowania czopu obrobionego laserowego niż w przypadku czopu nieobrobionego. Po drugie na podstawie analizy procesu zużywania stwierdzono, że przy dłuższym czasie próby dla czopu obrobionego wartość temperatury oleju w miejscu styku czopa i panewki będzie mniejsza (niż dla czopu nieobrobionego), co powinno sprzyjać zwiększeniu odporności na zużywanie przez tarcie tego węzła kinematycznego. Na podstawie wykonanych badań makro- i mikroskopowych powierzchni obu rodzajów czopów po przeprowadzonej próbie zużycia zaobserwowano, że czopy obrobione laserowo charakteryzowały się mniejszą ilością efektów zużycia w postaci ubytków w warstwie wierzchniej w porównaniu z czopami nieobrobionymi laserowo. Mniejsze zużycie czopów obrobionych laserowo potwierdziły pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni. Badania te pozwoliły na stwierdzenie pozytywnego wpływu obróbki laserowej na odporność zmodyfikowanej w ten sposób warstwy wierzchniej czopów. Pomimo że nie odnotowano większego ubytku warstwy wierzchniej panewek (wyrażonej przez zmniejszenie ich grubości po próbie zużyciowej) współpracujących z twardym obrobionym laserowo czopem od panewek współpracujących z blisko 5-krotnie bardziej miękkim od czopu obrobionego laserowo czopem nieobrobionym, to obserwacje mikroskopowe i pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni wskazały jednak na intensywniejsze ich zużycie.