Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Paczkowska M., Selech J.

Tribologia

|

2018

|

nr 6

107--117

EN

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

PL

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

2

The possibilities of the laser modification of the malleable iron surface

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2018

|

Vol. 63, nr 1

51--57

EN

The aim of the presented investigation was to perform surface modification of the malleable iron by laser alloying and evaluate the influence of the laser heat treatment (LHT) on the microstructure of its surface layer (particularly in comparison to the other gray irons). After LHT of the malleable iron modified microstructure of its surface layer with very fine-crystalline, homogenous and hard (>1000HV0.1) melted zone was achieved. 4-fold increased hardness (in comparison to the hardness of matrix of the core material) of melted zone resulted not only from very fine and hardened microstructure, but also due to supersaturating with alloying elements. Gentle hardness changes on the cross section of the surface layer from the melted zone to the core material was noticed. The depth of melted zone was approx. 0.7 mm and it corresponded to the counted depth. It was stated that due to malleable iron specific thermophysical properties smaller depth of modified layer than achieved depth for flake irons and much smaller than the depth for nodular irons for the same LHT conditions could be expected.

PL

Celem prezentowanych badań było przeprowadzenie obróbki powierzchniowej żeliwa ciągliwego przez stopowanie laserowe oraz ocena wpływu laserowej obróbki cieplnej (LOC) na mikrostrukturę jego warstwy wierzchniej (w szczególności w porównaniu do innych żeliw szarych). Po LOC żeliwa ciągliwego uzyskano mikrostrukturę jego warstwy wierzchniej z drobnokrystaliczną, jednorodną i twardą (>1000HV0.1) strefą przetopioną. 4-krotne zwiększenie twardości (w porównaniu do twardości osnowy materiału rdzenia) strefy przetopionej nie wynikała tylko z bardzo drobnej i zahartowanej mikrostruktury, ale również z przesycenia wprowadzonymi pierwiastkami stopowymi. Zaobserwowano łagodną zmianę twardości na przekroju poprzecznym od strefy przetopionej do rdzenia. Głębokość strefy przetopionej wynosiła około 0.7 mm i była zbliżona do wartości obliczonej. Stwierdzono, że w wyniku specyficznych właściwości termofizycznych żeliwa ciągliwego można się spodziewać osiągnięcia mniejszej głębokości warstwy zmodyfikowanej niż w przypadku głębokości dla żeliw płatkowych i o wiele mniejszej niż w przypadku żeliw sferoidalnych (uzyskanej w tych samych warunkach LOC).

3

Microstructure and wear resistance of gas-nitrided steel after laser modification

Panfil D., Kulka M., Wach P., Michalski J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 85, nr 1

12--20

EN

Purpose: The aim of this work was to study the microstructure and wear resistance of hybrid surface layers, produced by a controlled gas nitriding and laser modification. Design/methodology/approach: Nitriding is well-known method of thermo-chemical treatment, applied in order to produce surface layers of improved hardness and wear resistance. The phase composition and growth kinetics of the diffusion layer can be controlled using a gas nitriding with changeable nitriding potential. In this study, gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel at 570°C (843 K) for 4 hours using changeable nitriding potential in order to limit the thickness of porous e zone. Next, the nitrided layer was laser-modified using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as the multiple tracks with scanning rate vl =2.88 m/min and overlapping of about 86% using the two laser beam powers ( P ): 0.21 kW and 0.26 kW. Microstructure was observed by an optical microscope. Phase composition was studied using XRD. Hardness profiles in the produced hybrid layers was determined using a Vickers method. Wera resistance tests were performed using MBT-01 tester. Findings: Gas nitriding resulted in formation of compound zone, consisting of e nitrides close to the surface and a zone, composed of e + g' nitrides. Below the white compound zone, the diffusion zone occurred with nitric sorbite and precipitates of g' nitrides. In the microstructure after laser heat treatment (LHT) of nitrided layer, the zones were observed as follows: the re-melted zone (MZ) with e nitrides, nitric martensite and non-equilibrium FeN0.056 phase, the heat-affected zone (HAZ) with nitric martensite and precipitates of g' phase and the diffusion zone (DZ) without visible effect of laser treatment. Laser beam power influenced the depth of MZ and HAZ, so the thickness of hardened zone. The hardness of MZ was slightly decreased compared to the hardness of compound zone after gas nitriding. However, the significant increase in hardness was observed in HAZ. The formation of hybrid layers advantageously influenced the tribological properties. The laser-heat treated nitrided layers were characterized by improved wear resistance compared to the only gas-nitrided layer. Research limitations/implications: The effect of LHT on the microstructure and properties of gas-nitrided layer was limited to the two laser beam powers. In the future research, this range should be exceeded, especially, taking into account the lower values of laser beam power. It will result in laser modification without re-melting. Practical implications: The selection of suitable LHT parameters could provide the hybrid layers of modified microstructure and improved wear resistance. Originality/value: This work was related to the new concept of modification of nitrided layer by laser heat treatment.

4

Modelling of the effects of laser modification of gas-nitrided layer

Kulka M., Panfil D., Michalski J., Wach P.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 88, nr 2

59--67

EN

Purpose: The effects of laser processing parameters on the dimensions of simple laser tracks, produced on the previously nitrided layer, were analysed. Design/methodology/approach: Gas nitriding is one of the most commonly used thermochemical treatment, resulting in many advantageous properties: high hardness, enhanced corrosion resistance, improved wear resistance and fatigue strength. However, an unfavourable increase in the thickness of compound zone (e + ɣ’) close to the surface was observed after conventional gas nitriding. This was the reason for undesirable embrittlement and flaking of the layer. Therefore, a controlled gas nitriding was intensively developed, reducing the percentage of the most brittle e (Fe2-3N) iron nitrides. In this study, the hybrid surface layer was produced. The controlled gas-nitriding was followed by laser heat treatment (LHT). Laser modification was carried out using various laser beam powers and scanning rates. The dimensions of laser tracks (i.e. depths and widths of re-melted zone and heat-affected zone) were measured. Numerical methods were used in order to formulate a mathematical model. Findings: Laser processing parameters (laser beam power and scanning rate) influenced the microstructure obtained. The microstructure of laser modified nitrided steel with re-melting consisted of re-melted zone (MZ), heat-affected zone (HAZ), nitrided layer without visible effects of laser treatment and the substrate. The use of laser beam power of 0.26 kW resulted in only a partial re-melting of the compound zone. The two characteristic values of laser beam power were estimated. P0MZ corresponded to the laser beam power at which the re-melted zone disappeared (i.e. width and depth of MZ were equal to 0). P0HAZ was a value of laser beam power at which the effects of laser irradiation were invisible in microstructure (i.e. width and depth of HAZ were equal to 0). The model was proposed in order to predict the effects of LHT on microstructure. Research limitations/implications: The presented model was limited to the scanning rates in the range of 2.24-3.84 m/min. In the future research, this range should be exceeded, especially, taking into account the lower values of scanning rate. Practical implications: The presented model could be used in order to control the microstructure and properties of hybrid surface layers, obtained as a consequence of the controlled gas-nitriding and LHT. Originality/value: his work is related to the new conception of laser modification of nitrided layers. Such a treatment provided the hybrid layers of new advantageous properties.

5

Effect of laser heat treatment parameters on the microstructure and hardness of gas-nitrided layers

Kulka M., Panfil D., Michalski J., Wach P.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 6

328--334

EN

Nitriding is commonly used method of thermochemical treatment in order to produce surface layers of improved hardness and wear resistance. Using a gas nitriding with changeable nitriding potential, a nitrogen concentration at the surface could be controlled, influencing the phase composition and the growth kinetics of the layer. In this study, the hybrid surface treatment was applied. It consisted in gas nitriding and laser heat treatment (LHT) of 42CrMo4 steel. Two nitriding processes were carried out using changeable nitriding potential. Parameters on first process were as follows: temperature 570°C (843 K), time 4 h. The second process was performed at lower temperature 520°C (793 K) and longer duration 10 h. This resulted in various depths of the compound zone at the surface (20 and 8 μm, respectively). Next, the nitrided layers were laser heat-treated using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as the single tracks with various scanning rates (vl = 2.88 m/min and vl = 3.84 m/min). The laser beam power (P) ranged from 0.26 to 0.91 kW. The effects of the depth of compound zone as well as LHT parameters on the microstructure, dimensions and microhardness of laser tracks were analysed. In the majority of the produced laser tracks, remelted (MZ) and heat-affected (HAZ) zones were easily identified. Different microstructure was visible at low laser beam power (0.26 kW). The dimensions of MZ were limited, whereas the HAZ was clearly observed. The compound zone was still visible at the surface. Only the porous ε nitrides were slightly melted. Hardness increased significantly after LHT with complete and partial remelting of compound zone. Laser beam power and scanning rate influenced the depth and width of MZ and HAZ, so the thickness of hardened zone. The greater laser beam power or the smaller scanning rate, the larger hardened zone was observed.

PL

Azotowanie jest jedną z najpopularniejszych metod obróbki cieplno- chemicznej prowadzącą do wytwarzania warstw powierzchniowych o dużej twardości i odporności na zużycie. Stosując odpowiedni proces azotowania gazowego (ze zmiennym potencjałem azotowym), można kontrolować stężenie azotu na powierzchni, wpływając na kinetykę wzrostu strefy związków (azotków) oraz strefy dyfuzyjnej. Celem pracy była modyfikacja warstwy azotowanej za pomocą laserowej obróbki cieplnej. Badano wpływ parametrów laserowej obróbki cieplnej (mocy wiązki laserowej i szybkości skanowania) oraz grubości wytworzonej w wyniku azotowania strefy związków (azotków żelaza) na mikrostrukturę i twardość.

6

The influence of laser re-melting on micro-structure and hardness of gas-nitrided steel

Panfil D., Wach P., Kulka M., Michalski J.

Archives of Mechanical Technology and Materials

|

2016

|

Vol. 36

18--22

EN

In this paper, modification of nitrided layer by laser re-melting was presented. The nitriding process has many advantageous properties. Controlled gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel. As a consequence of this process, ɛ+ɣ’ compound zone and diffusion zone were produced at the surface. Next, the nitrided layer was laser re-melted using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as single tracks with the use of various laser beam powers (P), ranging from 0.39 to 1.04 kW. The effects of laser beam power on the microstructure, dimensions of laser tracks and hardness profiles were analyzed. Laser treatment caused the decomposition of continuous compound zone at the surface and an increase in hardness of previously nitrided layer because of the appearance of martensite in re-melted and heat-affected zones.

7

Analiza zużycia stalowych pierścieni współpracujących z żeliwem sferoidalnym poddanym laserowej obróbce cieplnej

Paczkowska M., Wojciechowski Ł.

Tribologia

|

2015

|

nr 5

99--107

PL

Celem prezentowanych badań była ocena zużywania przez tarcie stalowych pierścieni współpracujących z żeliwem sferoidalnym poddanym laserowej obróbce cieplnej (LOC). Badania zużycia przez tarcie wykonane zostały na zmodernizowanej maszynie tarciowej Amsler A 135. Próbkę w zestawie pary ciernej stanowił pierścień z zahartowanej objętościowo średniowęglowej stali C45. Przeciwpróbką był prostopadłościan z żeliwa sferoidalnego EN-GJS-500-7 w stanie wyjściowym, zahartowany objętościowo i obrobiony laserowo w celu umocnienia jego warstwy wierzchniej na trzy różne sposoby: hartowanie ze stanu stałego, przetapianie oraz borowanie. Na podstawie wykonanych badań stwierdzono, że LOC mikrostruktury warstwy wierzchniej polegająca na przetopieniu i przynajmniej 4-krotnym zwiększeniu mikrotwardości warstwy wierzchniej (w porównaniu z materiałem rodzimym) przeciwpróbek z żeliwa sferoidalnego spowodowała nawet 3-krotne zmniejszenie ubytku masy współpracujących z nimi pierścieni (w porównaniu z pierścieniami współpracującymi z żeliwem nieobrobionym). W przypadku zastosowania żeliwnych przeciwpróbek po laserowej obróbce polegającej na zahartowaniu warstwy wierzchniej jedynie ze stanu stałego i uzyskaniu mikrotwardości ok. 3-krotnie większej w porównaniu z materiałem rodzimym ubytek masy pierścieni okazał się podobny lub większy od ubytku tych pierścieni, które współpracowały z żeliwem nieobrobionym.

EN

The aim of the presented research was the evaluation of the wear of steel rings working with nodular iron after laser heat treatment (LHT). The wear tests were performed using a modernized friction wear tester Amsler A 135. The sample in the friction couple was thoroughly hardened C45 steel. The counter-sample was a cuboid made of EN-GJS-500-7 nodular iron without any treatment, after thoroughly hardening and after laser treatment in three different ways (to generate a hard surface layer). The three laser treatments were hardening from a solid state, remelting, and boronizing. The research indicated that the laser remelting of the counter-samples’ surface layer causing an increase in hardness (at least 4-times in comparison to the core material) resulted in decreasing the mass loss of the steel rings. This decrease was at least 3-times higher in comparison to steel rings working with counter-samples without any treatment. The mass loss of steel rings working with counter-samples after laser hardening from the solid state (resulting in 300% hardness increase of the surface layer) was similar or higher than the mass loss of rings working with counter-samples without any treatment.

8

Laser heat treatment of gas-nitrided layer produced on 42CrMo4 steel

Kulka M., Michalski J., Panfil D., Wach P.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

301--305

EN

Gas nitriding, together with gas carburizing and gas carbonitriding, is the most commonly used thermochemical treatment. This process resulted in many advantageous properties: high hardness, enhanced corrosion resistance, and considerably improved wear resistance and fatigue strength. A wide range of steels, including special nitriding steels (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), low alloy steels, tool steels as well as austenitic steels, can be nitrided. Special attention requires the nitride layer at the surface that is mainly critical to such properties as corrosion resistance or resistance to friction wear. In this study, gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel resulting in ε + γ′ compound layer at the surface. Next, the nitrided layer was laser heat treated (LHT) using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as a single tracks and as multiple tracks with overlapping of about 86%. LHT caused the decomposition of continuous compound layer and an increase in hardness of previously nitrided layer, enlarging the hardened zone. The results showed an advantageous influence of laser heat treatment on the wear resistance.

PL

Azotowanie gazowe, obok gazowych procesów nawęglania i azotonawęglania, jest najpowszechniej stosowaną obróbką cieplno-chemiczną. Proces ten skutkuje wieloma korzystnymi właściwościami: dużą twardością, poprawą odporności korozyjnej oraz znacznie zwiększoną odpornością na zużycie i wytrzymałością zmęczeniową. Proces jest szeroko stosowany w odniesieniu do stali, w tym specjalnych stali do azotowania (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), stali niskostopowych, narzędziowych, jak również stali austenitycznych. Szczególnej uwagi wymaga warstwa azotków przy powierzchni, która ma istotne znaczenie dla takich właściwości jak odporność na korozję czy na zużycie przez tarcie. W pracy przeprowadzono azotowanie gazowe stali 42CrMo4, wytwarzając przy powierzchni strefę związków ε + γ′. Następnie, warstwę azotowaną poddano laserowej obróbce cieplnej (LOC) za pomocą lasera CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Wykonano pojedyncze ścieżki laserowe, a także ścieżki wielokrotne ze stopniem zachodzenia około 86%. LOC powodowała rozpad ciągłej strefy związków i zwiększenie twardości wcześniej azotowanej warstwy, rozszerzając strefę utwardzoną. Wyniki wykazały korzystny wpływ obróbki laserowej na odporność na zużycie.

9

Microstructural Characterization Of Laser Heat Treated AISI 4140 Steel With Improved Fatigue Behavior

Oh M. C., Yeom H., Jeon Y., Ahn B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2B

1331--1334

EN

The influence of surface heat treatment using laser radiation on the fatigue strength and corresponding microstructural evolution of AISI 4140 alloy steel was investigated in this research. The AISI 4140 alloy steel was radiated by a diode laser to give surface temperatures in the range between 600 and 800°C, and subsequently underwent vibration peening. The fatigue behavior of surface-treated specimens was examined using a giga-cycle ultrasonic fatigue test, and it was compared with that of non-treated and only-peened specimens. Fatigue fractured surfaces and microstructural evolution with respect to the laser treatment temperatures were investigated using an optical microscope. Hardness distribution was measured using Vickers micro-hardness. Higher laser temperature resulted in higher fatigue strength, attributed to the phase transformation.

10

Inﬂuence of laser parameters on microstructure and microhardness of boronickelized layer

Pertek A., Bartkowska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

346--348

EN

The paper presents results for boronickelized C45 steel after laser surface modiﬁcation. Inﬂuence of laser heat treatment on the microstructure and microhardness of surface layer was investigated. The process of boronickelizing consists of nickel plating followed by diffusion boronizing. The laser heat treatment (LHT) was carried out with technological laser TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 of nominal power 2.6 kW. Laser modiﬁcation of the boronickelized layer Was carried out with laser power P 1.04 kW, 1.17 kW, 1.30 kW and at laser beam scanning velocity v: 0.67 m/min, 1.12 m/min, 2.88 m/min. Measurements of microhardness were conducted using the Vickers” method and Zwick 3212 B hardness tester. Microstructure observations were perfonned on light microscope Metaval Carl Zeiss Jena. After boronickelizing at temperature 950°C the microstructure of surface layer was composed of two zones: first, subsurface of microhardness 1100+1200 HV0.05, and second, situated deeper, at microhardness similar to iron borides. After laser heat treatment with re-melting, a three-zone layer was obtained, which included: re-melted zone (MZ), heat affected zone (HAZ) and a core. Inﬂuence of laser heat treatment parameters on microstructure and microhardness of melted zone was tested. The microhardness measured along the axis of track of the laser heat treatment surface layer was about 800+1200 HV. The results of our investigation showed inﬂuence of laser power and scanning rate on microstructure and properties ofboronickelized layers.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badan boroniklowanej stali C45 po laserowej modyﬁkacji. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej na mikro- strukturę i mikrotwardość warstwy Wierzchniej. Proces boroniklowania składał się z obróbki galwanicznej, następnie dyfuzyjnego borowania. Laserową obróbką cieplną (LOC) wykonano za pomocą lasera technologicznego CO2 ﬁrmy TRUMPF TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW. Laserową modyfikację warstwy boroniklowanej przeprowadzono za pomocą mocy lasera P 1,04 kW, 1,17 kW, 1,30 kW i prędkości skanowania wiązką laserową v 0,67 m/min, 1,12 m/min, 2,88 m/min. Pomiar mikrotwardości wykonano sposobem Vickersa na twardościomierzu Zwick 3212B. Natomiast badania mikrostruktury przeprowadzono za pomocą mikroskopu Metaval produkcji Carl Zeiss Jena. Po boroniklowaniu w temperaturze 950°C struktura warstwy wierzchniej składa się z dwóch stref: z pierwszej przypowierzchniowej o mikrotwardości 1100+1200 HV0,05 i drugiej głębiej położonej o mikrotwardości odpowiadającej borkom żelaza. Po laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymana warstwa składała się z trzech stref: przetopionej (SP), wpływu ciepła (SWC) i rdzenia. Badano wpływ parametrów laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę i mikrotwardość strefy przetopionej. Mikrotwardość w osi ścieżki warstwy wierzchniej laserowo obrobionej cieplnie wynosiła ok. 800+1200 HV. Wyniki badań wykazały wpływ oddziaływania mocy lasera i prędkości skanowania na mikrostrukturę oraz właściwości warstw boroniklowanych.

11

Struktura i właściwości warstw borowanych modyfikowanych chromem oraz obrobionych wiązką laserową

Bartkowska A., Pertek A.

Inżynieria Powierzchni

|

2012

|

nr 2

71-73

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury, mikrotwardości, kruchości i odporności na zużycie przez tarcie warstw borowanych modyfikowanych chromem i wiązką laserową. Warstwy wytworzono na próbkach ze stali C45 metodą galwanicznego chromowania, borowania oraz laserowej obróbki cieplnej. Zbadano wpływ modyfikacji na właściwości warstw borowanych. Wykazano, że modyfikacja warstwy borowanej chromem oraz wiązką laserową wpływa na mikrostrukturę i właściwości.

EN

Results of observations of microstructure, microhardness, brittleness and wear resistance of boronized layers modified with chromium and laser beam are presented. The layers have been produced on C45 steel by chromium plating method, boriding and laser heat treatment. The influence of modification on properties boronized layers has been investigated. It was shown, that the modification of boronized layers with chromium and laser beam affects on their microstructure and properties.

12

Wpływ modyfikacji laserowej na mikrostrukturę i mikrotwardość warstw boroniklowanych i borochromowanych

Bartkowska A., Pertek A., Popławski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

452--455

PL

W pracy przedstawiono wpływ modyfikacji wiązką laserową warstwy boroniklowanej i borochromowanej na mikrostrukturę i mikrotwardość oraz odporność na zużycie przez tarcie stali C45. Warstwy borowane z niklem i chromem wytworzono metodą galwaniczno-dyfuzyjną (rys. 1). Wytworzono powłokę galwaniczną, którą następnie borowano w temperaturze 950°C przez 4 h. W efekcie otrzymano warstwę dwustrefową złożoną z ciągłej strefy przypowierzchniowej i iglastych borków żelaza (rys. 2, 3). Wytworzone w ten sposób warstwy modyfikowano wiązką laserową z użyciem lasera technologicznego CO 2 . W wyniku oddziaływania wiązki laserowej stwierdzono obecność trzech stref: przetopionej, wpływu ciepła i rdzenia (rys. 4÷7). Badano mikrotwardość warstw powierzchniowych przed i po procesie laserowej modyfikacji. Stwierdzono korzystny wpływ modyfikacji laserowej na mikrotwardość warstw boroniklowanych i borochromowanych. Otrzymane profile mikrotwardości wykazują łagodne przejście od powierzchni przez strefę przetopioną, strefę wpływu ciepła, aż do rdzenia (rys. 8, 9). Laserowa modyfikacja wpływa korzystnie na odporność na zużycie przez tarcie warstw galwaniczno-dyfuzyjnych (rys. 10).

EN

The paper presents the influence of laser beam modification of boronickelized and borochromized layers on microstructure, microhardness and wear resistance of C45 steel. The boronized layers with nickel and chromium were produced by galvanic-diffusion method (Fig. 1). Galvanic coating was prepared, and then boriding at temperature 950°C for 4 h was performed. The dual-zone microstructure consisting of a continuous surface zone and needles of iron borides (Fig. 2, 3) was obtained. The layers produced in this way

13

Laser-modified boride layer formed on 100CrMnSi6-4 steel

Makuch N., Kulka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

580--583

EN

Laser modification with remelting, instead of the typical heat treatment (through hardening), was proposed for boride layer formed on 100CrMnSi6-4 steel. First, gas boriding was carried out in H2-BCl3 atmosphere with the usage of devices presented in Figure 1. Then, laser tracks were arranged with remelting as multiple tracks formed in the shape of helical line (Fig. 2). The laser-heat treatment (LHT) was carried out by the Trumpf TLF 2600 Turbo CO2-laser of the nominal power 2.6 kW operated with the following parameters: power P = 1.17 kW and scanning rate vl = 2.88 m/min. Typical heat treatment was also carried out after diffusion boriding. The specimens were through hardened: quenched in oil from 850°C (1123 K) and tempered at 150°C (423 K). The microstructure and properties of these layers were investigated. The diffusion borided and through hardened layer was characterized by typical microstructure (Fig. 4): 1 – iron borides (FeB + Fe2B) and 2 – hardened substrate (martensite and alloyed cementite). The microstructure of laser-modified layer consisted of the following zones (Fig. 5): 1 – remelted zone (eutectic mixture of borides and the martensite), 2 – heat affected zone HAZ (martensite and alloyed cementite) and 3 – the substrate without heat treatment. The SEM image of remelted zone was presented in Figure 6. The remelted zone of the laser-modified boride layer was characterized by a lower microhardness in comparison with the diffusion borided layer, reducing the hardness gradient of the diffusion layer to the substrate (Fig. 7). The abrasive wear resistance of the laser-modified boride layer was comparable to this obtained in case of typical heat treatment (through hardening) applied after boriding (Fig. 8). Therefore, there is a possibility that the laser modification with remelting can be used instead of typical heat treatment during the formation of boride layers of high abrasive wear resistance.

PL

Zamiast typowej obróbki cieplnej (utwardzanie cieplne) zaproponowano dla warstwy borkowej wytworzonej na stali 100CrMnSi6-4 laserową modyfikację z przetopieniem. Najpierw przeprowadzono borowanie gazowe w atmosferze H2-BCl3 na stanowisku badawczym przedstawionym na rysunku 1. Następnie przeprowadzono laserową modyfikację z przetopieniem prowadząc ścieżki laserowe wielokrotne po linii śrubowej (rys. 2). Obróbkę laserową prowadzono za pomocą lasera CO2 Trumpf TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW, stosując następujące parametry: moc P = 1,17 kW i szybkość skanowania vl = 2,88 m/min. Przeprowadzono także konwencjonalną obróbkę cieplną po borowaniu. Próbki były hartowane w oleju z temperatury 850°C (1123 K) i odpuszczane w temperaturze 150°C (423 K). Badano mikrostrukturę i właściwości wytworzonych warstw. Warstwa borowana dyfuzyjnie i utwardzona cieplnie charakteryzowała się typową mikrostrukturą (rys. 4): 1 – borki żelaza (FeB + Fe2B) i 2 – utwardzone cieplnie podłoże (martenzyt i cementyt stopowy). Mikrostruktura warstwy modyfikowanej laserowo składała się z trzech stref (rys. 5): 1 – strefy przetopionej (mieszanina eutektyczna borków żelaza i martenzytu), 2 – strefy wpływu ciepła (martenzyt i cementyt stopowy) oraz 3 – podłoża bez obróbki cieplnej. Obraz SEM strefy przetopionej zaprezentowano na rysunku 6. Strefa przetopiona warstwy borkowej modyfikowanej laserowo charakteryzowała się mniejszą mikrotwardością w porównaniu z warstwą borowaną dyfuzyjnie, zapewniając łagodniejszy spadek twardości w kierunku rdzenia (rys. 7). Odporność na ścieranie modyfikowanej laserowo warstwy borków była porównywalna z otrzymaną w przypadku typowej obróbki cieplnej (utwardzanie cieplne) przeprowadzonej po borowaniu (rys. 8). Laserowa modyfikacja z przetopieniem może być zatem stosowana po borowaniu zamiast tradycyjnej obróbki cieplnej w celu otrzymywania warstw borkowych o dużej odporności na ścieranie.

14

Laser surface modification of borochromizing C45 steel

Bartkowska A., Pertek A., Jankowiak M., Jóźwiak K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 1

211-214

EN

n this study the test results for borochromized C45 steel after laser surface modification were presented. Influence of laser heat treatment on the microstructure and microhardness of surface layer was investigated. The process of borochromizing consisted of chromium plating followed by diffusion boronizing. The laser heat treatment (LHT) of multiple tracks in the helical line was carried out with CO2 laser beam. The technological laser TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 of the nominal power 2.6 kW was applied. Borochromizing was carried out with laser power density q = 41.40 kW/cm2 and at laser beam scanning rate v = 0.67 m/min and v = 2.016 m/min. Measurements of microhardness were conducted using the Vickers' method and Zwick 3212 B hardness tester. Microstructure observations were performed by means of an optical microscope Metaval Carl Zeiss Jena and scanning electron microscope Tescan VEGA 5135. After laser heat treatment with re-melting a three-zone layer was obtained, which included: re-melted zone, heat affected zone and a core. Influence of laser treatment parameters on thickness of melted zone and microstructure of the surface layer was tested. The microhardness tested along the axis of track of the surface layer after laser modification was about 800-850 HV. The results of tests showed influence of laser power density and scanning rate on microstructure and properties of borochromized layers.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań borochromowanej stali C45 po laserowej modyfikacji. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę i mikrotwardość warstwy wierzchniej. Proces borochromowania składał się z obróbki galwanicznej, następnie dyfuzyjnego borowania. Laserowa obróbka cieplna dla ścieżek wielokrotnych po linii śrubowej była wykonana przy użyciu lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPF TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW. Borochromowanie przeprowadzono przy użyciu gęstości mocy lasera q = 41,40 kW/cm2 i prędkości skanowania wiązki laserowej v = 0,67 m/min oraz v = 2,016 m/min. Pomiar mikrotwardości wykonano metodą Vickersa na twardościomierzu Zwick 3212B. Natomiast badania mikrostruktury przeprowadzono przy użyciu mikroskopu Metaval produkcji Carl Zeiss Jena jak również skaningowego mikroskopu elektronowego Tescan VEGA 5135. Po laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymana warstwa składała się z trzech stref: przetopionej, wpływu ciepła i rdzenia. Badano wpływ parametrów laserowej obróbki na grubość i mikrostrukturę strefy przetopionej. Mikrotwardość w osi ścieżki warstwy wierzchniej po laserowej modyfikacji wynosiła ok. 800-850 HV. Wyniki badań wykazały wpływ oddziaływania gęstości mocy lasera i prędkości posuwu na mikrostrukturę oraz właściwości warstw borochromowanych.

15

Analysis of gray iron microstructure influence on potential laser heat treatment effects

Paczkowska M.

Archives of Mechanical Technology and Automation

|

2012

|

Vol. 32, no. 1

27-36

EN

The research of gray iron surface layer creation by laser heat treatment are the issue of this article. The aim of this research was gray iron types analysis. The influence of their microstructure on surface layer character created by laser heat treatment was principally studied. The results of theoretical analysis allow to state that particular differences should appear between laser heat treatment effects in ferrite flake iron and ferrite-pearlite, pearlite and metastable nodular iron. So, in the surface layer of those nodular iron types higher temperature should be expected during laser treatment. As a consequence larger should be range of the changes created by laser heat treatment. Moreover, it was stated that influence on physical properties of graphite shape is much more important than type of cast iron matrix. The practical verification (laser heat treatment of chosen cast irons) confirmed theoretical results. Significant role of laser radiation absorbing layer in cast iron treatment was also showed.

PL

Artykuł dotyczy badań z zakresu konstytuowania warstw wierzchnich żeliw metodą laserowej obróbki cieplnej (LOC) w celu poprawy ich właściwości użytkowych. Analizowano mikrostrukturę różnych rodzajów żeliw szarych pod względem jej wpływu na budowę warstw wierzchnich uzyskiwanych metodą LOC. Analiza teoretyczna wykazała, że wyraźne różnice po laserowej obróbce cieplnej powinny się pojawić między żeliwem płatkowym o osnowie ferrytycznej a żeliwem sferoidalnym o osnowie ferrytyczno-perlitycznej, perlitycznej lub nierównowagowej. W warstwach wierzchnich żeliw sferoidalnych można się spodziewać wyższej temperatury podczas LOC, więc w konsekwencji większy powinien być zasięg zmian. Ponadto stwierdzono, że większy wpływ na właściwości fizyczne żeliw ma kształt grafitu niż rodzaj ich osnowy. Weryfikacja empiryczna, polegająca na przetapianiu i odpuszczaniu laserowym wybranych żeliw, potwierdziła wnioski wynikające z analizy teoretycznej. Wykazano również istotną rolę pokrycia absorbującego promieniowanie laserowe w przypadku badanych żeliw.

16

Badania nad laserową obróbką cieplną żeliwnych pierścieni tłokowych

Krupa K., Kinal G., Waligóra W.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 1

34-37

PL

W artykule przedstawiono wpływ tworzenia warstw powierzchniowych na trwałość i niezawodność eksploatowanych elementów, w tym także żeliwnych. Ukazano przykłady zastosowania wybranych rodzajów żeliw w budowie silników spalinowych w świetle stosunkowo nowej, do końca niezbadanej, laserowej technologii kształtowania warstw powierzchniowych. Przedstawiono wyniki badań obróbki laserowej pierścieni tłokowych z żeliwa sferoidalnego. Obróbkę laserową przeprowadzono za pomocą lasera molekularnego CO2 TRUMPF TLF 2600t o maksymalnej mocy wiązki równej 2600 W i rozkładzie gęstości mocy TEM01. Wykazano, że tworzone warstwy mogą osiągać grubość aż do około 1 mm. W artykule pokazano także możliwość występowania wad w takich warstwach oraz zaproponowano sposób ich uniknięcia przez wstępne ogrzanie elementu przed obróbką laserową.

EN

The article draws attention to the impact of the processes of surface layer creation on the durability and reliability of elements in operation, including cast iron elements. It presents the exemplary application of selected types of cast iron in the construction of internal-combustion engines in the light of the relatively new and still to be entirely examined laser technology of shaping surface layers. The article reports the results of a study of laser treatment conducted on ductile cast-iron piston rings, carried out with the CO2 TRUMPF TLF 2600t molecular laser with a maximal beam power equal to 2600 W and the distribution of power density TEM01. The study reveals that the formed layers may reach a thickness about 1 mm. It also demonstrates that defects are possible to emerge in the laser treated surface structure and develops a method to avoid the defects by means of pre-heating an element prior to laser treatment.

17

Właściwości aplikacyjne borowanej stali konstrukcyjnej

Pertek A., Wiśniewski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2007

|

nr 3

75-78

PL

W pracy zbadano wpływ struktury warstwy borowanej (2 fazowej FeB+Fe2B i 1 fazowej Fe2B) oraz rodzaju obróbki cieplnej po borowaniu (hartowanie i odpuszczanie, laserowa) na właściwości borowanych stali 41 Cr4 i C45. Wykazano, że mikrotwardość, odporność na kruche pękanie oraz odporność na zużycie przez tarcie warstw borków zależą od struktury warstwy oraz rodzaju obróbki cieplnej po borowaniu. Stwierdzono korzystny wpływ obróbki laserowej w porównaniu z objętościową na obniżenie zużycia warstw wierzchnich stali.

EN

In this paper the influence of the structure of borided layer and of the type of heat treatment on the properties of borided 41 Cr4 and C45 steels has been presented. The effects of the typical heat treatment (hardening and tempering) and laser heat treatment have been compared. The microhardness, fracture toughness and friction wear resistance on boronized steels have been determined. The laser heat treatment reduces the wear of borided layers in comparison with typical heat treatment.

18

Laser surface re-melting of borided layer

Pertek A., Kulka M., Wiśniewski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

800-803

EN

Influence of laser surface modification with re-melting on structure and properties of borided 41Cr4 steel was investigated. Microhardness and wear resistance of surface layer was tested. Crystallite sizes after laser treatment were estimated from half-width of XRD lines using Scherrer method. Surface layer properties after laser modification have been compared with the results after classic heat treatment. After boriding and laser heat treatment with re-melting a layer has been obtained which is composed of three zones: re-melted zone (MZ), heat affected zone (HAZ) and substrate (pearlite and ferrite). Changes of borides morphology and significant refinement of structure in re-melted zone have been shown. X-ray phase analysis of re-melted zone, except two typical for boriding FeB and Fe2B borides allowed to additionally identify Fe3B. Microhardness of surface layer after boriding and laser heat treatment reduce in comparison with borides from 1800 HV to 950-1000 HV at used laser heat treatment parameters. Wear resistance after boriding and laser heat treatment increases in comparison with traditional heat treatment (hardening and tempering) due to decrease of hardness gradient between surface layer and substrate and significant refinement of structure. The mean size of boride crystallites about 40 nm has been obtained in re-melted zone.

PL

W pracy badano wpływ laserowej modyfikacji powierzchni na strukturę i właściwości borowanej stali 41Cr4. wyznaczono profile mikrotwardości i odporność na zużycie przez tarcie. Obliczono średnią wielkość cząstek krystalicznych na podstawie równania Scherrera. Właściwości po laserowej obróbce cieplnej porównano z uzyskiwanymi po klasycznej, objętościowej obróbce cieplnej. Po borowaniu i laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymano warstwę składającą się z trzech stref: strefy przetopionej, strefy wpływu ciepła i nieobrobionego cieplnie podłoża. Stwierdzono zmiany w składzie fazowym warstwy i znaczne rozdrobnienie jej struktury w strefie przetopienia. Wyniki analizy rentgenowskiej, oprócz typowych dla warstwy borków żelaza FeB i Fe2B, pozwoliły na zidentyfikowanie fazy Fe3B. Mikrotwardość warstwy wierzchniej po borowaniu i laserowej obróbce cieplnej spada w porównaniu do mikrotwardości borków żelaza do 950-1000 HV przy zastosowanych parametrach obróbki laserowej. Odporność na zużycie przez tarcie po laserowej modyfikacji jest wyższa w porównaniu do warstw poddawanych tradycyjnej obróbce cieplnej w wyniku obniżonego gradientu twardości między warstwą utwardzoną a rdzeniem oraz znacznego rozdrobnienia struktury. Średnią wielkość krystalitów w strefie przetopienia określono na 40 nm.

19

Badania wpływu obróbki laserowej na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

Garczyński Z., Karpiuk A., Ziółkiewicz S.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2006

|

T. 17, nr 2

59-63

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań trwałości narzędzi kuźniczych prowadzonych w Instytucie Obróbki Plastycznej. Określono wpływ wzajemnego oddziaływania laserowej obróbki cieplnej i azotowania jonowego na powierzchnię stali WCL obrobionej konwencjonalnie. Przedstawiono rozkłady mikrotwardości, obserwacje mikroskopowe, chropowatość powierzchni oraz badania zużycia ściernego.

EN

The paper presents the results of forging tool life investigations carried on by the Metal Forming Institute. The influence of the interaction of laser heat treatment and ion nitriding on the conventionally treated WCL steel surface has been determined. Microhardness distribution, microscopic observations, surface roughness and abrasive wear investigation have been presented.

20

Analiza zagrożeń technologicznych na przykładzie procesów obróbki laserowej wybranych materiałów konstrukcyjnych

Napadłek W., Przetakiewicz W.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 7

265-274

PL

W pracy przedstawiono analizę zagrożeń technologicznych występujących w procesach hartowania laserowego stali 40H oraz na przykładzie wybranych elementów silnika spalinowego. Omówiono wyniki: prób technologicznych związanych z doborem parametrów LOC, obserwacji topografii powierzchni, badań mikrostruktury i mikrotwardości oraz stanu naprężeń w warstwie wierzchniej.

EN

In the paper presents the analysis of technological threats in processes of laser processing on example of chosen constructional materials and elements of the combustion's engine. Chosen results like technological tests connected with the selection of the parameters LOC, the observation of the topography of the surface, investigations of microstructure and microhardness as welI as state of stresses in surface, were talked over.