Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ocena efektów odpuszczania laserowego zahartowanego objętościowo żeliwa sferoidalnego

Paczkowska M., Okoniewicz P., Piasecki A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

423--427

PL

Prezentowane wyniki badań dotyczą konstytuowania warstwy wierzchniej elementów żeliwnych. Celem badań była ocena możliwości wykorzystania nagrzewania wiązką laserową do aktywowania procesów odpuszczania zahartowanego elementu bez pojawienia się przy powierzchni stref przetopionych lub ponownie zahartowanych ze stanu stałego. Obróbkę wykonano za pomocą lasera molekularnego CO2 Trumpf TLF 2600 o pracy ciągłej. Podczas obróbki rejestrowano temperaturę powierzchni nagrzewanego elementu. Efekty obróbki oceniono na podstawie analizy mikrostruktury i twardości warstwy wierzchniej. Przeprowadzone badania pozwoliły ustalić, że gęstość mocy wiązki laserowej, której następstwem było wystąpienie procesów odpuszczania to 7,5 (bez występowania stref zahartowanych) i 9·102 W·cm–2 (z wystąpieniem niewielkiej strefy zahartowanej przy powierzchni) dla zastosowanego czasu oddziaływania wiązki laserowej na materiał 3,74 s. Zmniejszenie twardości osnowy w warstwie wierzchniej wyniosło ok. 200 HV0,1. Po zastosowaniu mniejszej gęstości mocy — ok. 5,5·102 W·cm–2 nie odnotowano zmniejszenia twardości. Wyniki prezentowanych badań pozwoliły stwierdzić, że jest możliwe wytworzenie strefy odpuszczonej w przypadku zahartowanych wcześniej elementów żeliwnych za pomocą nagrzewania laserowego, ale osiągnięcie tego wymaga większej precyzji w doborze parametrów obróbki niż w przypadku obróbek związanych z utwardzaniem warstwy wierzchniej.

EN

Presented research results concern designing aspects of surface layer of cast iron parts. The aim of presented research was to estimate the possibilities of laser heating for annealing processes without appearing of the remelted zone or the zone hardened from the solid state near the surface. Laser treatment was performed with CO2 Trumpf TLF 2600 molecular laser with continuous wavelength. During the laser treatment surface temperature was recorded. The results of performed treatment were estimated on the base of microstructure analysis and microhardness measurements. The carried out research enabled to state, that the power densities which caused annealing processes (without reherdened zones presence) is 7.5 and 9·102 W·cm–2 (with thin hardened layer) for 3.74 s interaction time. The decrease of matrix microhardness in the surface layer was approx. 200 HV0.1. In case of application lower power density — about 5.5·102 W·cm–2 no microhardness changes was recorded. The results of presented research enable to state, that creation of annealed zone (as only one modified zone in surface layer) in case of hardened cast iron parts is possible by laser heating. However, it requires more precision in laser treatment parameters selection, than in case of treatments involving surface layer hardening.

2

Modelling of Change in Density of Nodular Cast Iron During Solidification Using Cellular Automaton

Wróbel M., Burbelko A., Gurgul D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2709--2714

EN

Density change occurring in ductile iron castings is a phenomenon far more complicated than in other casting alloys. Initially, graphite nodules grow directly from liquid phase. That is the reason for decrease in alloy density and casting expansion. Decaying carbon concentration in liquid phase adjacent to graphite nodules favours growth of austenite, which covers them isolating from the liquid. In order for graphite to grow further diffusion of carbon through thickening solid solution layer is needed. At this time expansion fades and shrinkage begins. Industrial experience shows that whether or not shrinkage defects in ductile iron castings will occur depends on wall thickness. In the paper an attempt to identify mechanism of shrinkage porosity formation in nodular iron castings during solidification was made. To that end a two-dimension simulation of binary Fe-C system solidification by cellular automaton method was carried out. Using data obtained with Thermo-CALC software, dependencies of temperature on density for each present phase were determined. For liquid phase and austenite influence of carbon concentration on density was also appended. Applying those relationships to the model, density of each individual cell of used grid as well as mean value for whole analysed region were assessed. The method allowed to consider volume fractions of phases and heterogeneity of solid and liquid solutions to find the mean density of the material. The paper presents results of computer simulation of nodular iron density change, with eutectic saturation of 0,9 to 1,1.

PL

Zmiany objętościowe zachodzące w odlewach z żeliwa sferoidalnego są zjawiskiem znacznie bardziej złożonym, niżeli w innych stopach odlewniczych. Początkowo krystalizacja kulek grafitu, która jest przyczyną zmniejszenia gęstości i występowania rozszerzalności przedskurczowej, przebiega bezpośrednio z fazy ciekłej. Zmniejszenie zawartości węgla w cieczy przylegającej do kulek grafitu sprzyja krystalizacji austenitu, którego warstwa izoluje te cząstki od cieczy. Dalszy wzrost grafitu wymaga dyfuzji węgla przez rosnącą warstwę roztworu stałego. Na tym etapie krystalizacji rozszerzalność zanika i zaczyna się skurcz. Z praktyki przemysłowej wiadomo, że o występowaniu wad skurczowych w odlewach z żeliwa sferoidalnego o takim samym składzie chemicznym decyduje grubości ścianki. W pracy podjęto próbę zidentyfikowania mechanizmu tworzenia się wad skurczowych w odlewach z żeliwa sferoidalnego podczas krystalizacji. W tym celu przeprowadzono dwuwymiarową symulację krystalizacji podwójnego stopu Fe-C za pomocą modelu wykorzystującego technikę automatu komórkowego. Na podstawie danych otrzymanych przy użyciu oprogramowania Thermo-CALC wyznaczono zależności gęstości poszczególnych faz występujących w układzie od temperatury, a dla roztworu ciekłego i stałego dodatkowo od stężenia węgla. Za pomocą otrzymanych zależności wyznaczano gęstość w poszczególnych komórkach stosowanej siatki obliczeniowej oraz średnią gęstość analizowanego obszaru. Metoda ta pozwoliła wyznaczyć gęstość materiału z uwzględnieniem udziałów objętościowych poszczególnych faz i niejednorodności roztworów ciekłego i stałego. W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowej zmian objętościowych żeliwa sferoidalnego o stopniu nasycenia eutektycznego w granicach od 0,9 do 1,1.

3

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

Piasecki A., Popławski M., Młynarczyk A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

121--124

EN

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

PL

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

4

Badania nad stopowaniem laserowym warstw wierzchnich elementów cylindrycznych z żeliwa sferoidalnego

Paczkowska Marta, Kinal Grzegorz

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 1

38--42

PL

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

EN

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

5

Analiza możliwości selektywnego kształtowania warstwy wierzchniej elementów żeliwa sferoidalnego za pomocą krzemowania laserowego

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

521--525

PL

W artykule przedstawiono analizę efektów selektywnej metody modyﬁkacji warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego z zastosowaniem laserowej obróbki cieplnej. Metoda ta może być wykorzystana do wybranych części elementów maszyn szczególnie narażonych na zużycie przez tarcie i korozję. W badaniach oceniano wpływ krzemowania laserowego na mikrostrukturę i twardość warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego. Przeanalizowano w szczególności wpływ warunków laserowej obróbki cieplnej, w tym parametrów wiązki laserowej na budowę zmodyﬁkowanej warstwy. Obserwacja mikrostruktury warstwy wierzchniej za pomocą mikroskopu świetlnego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego ujawniła występowanie drobnoziarnistej strefy stopowanej. Badania dyfrakcyjne wykazały występowanie faz typu: FeSi oraz C0,12Fe0,79Si0509. Pod strefą stopowaną wyodrębniono jeszcze dwie strefy, a mianowicie przej ściową (zawierającą fazy przetopione, jak i nieprzetopione podczas obróbki) oraz strefę zahartowaną ze stanu stałego. Badania wielkości stref stopowanych wykazały, że zależą one od zastosowanych podczas obróbki parametrów wiązki laserowej. Większa zastosowana gęstość mocy skutkowała pojawieniem się większej strefy stopowanej (pomimo krótszego czasu oddziaływania wiązki laserowej). Maksymalna grubość strefy, jaką odnotowano, wynosiła 0,45 mm, a szerokość ok. 2 mm. Średnia zwartość krzemu w uzyskanych strefach, wyznaczona za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej, wyniosła w zakresie: 3÷7% mas. w zależności od zastosowanych parametrów wiązki laserowej. Im większą zastosowano gęstość mocy, tym średnie stężenie krzemu było mniejsze z powodu powstania większej strefy stopowanej. Odnotowano, że strefy stopowane miały 3,5÷5-krotnie większą twardość od twardości osnowy materiału wyjściowego. Wraz ze zwiększeniem gęstości mocy wiązki laserowej uzyskiwano większą twardość strefy stopowanej (pomimo mniejszego stężenia pierwiastka stopowego). Wniosek z tej obserwacji sugeruje, że twardość stref w przypadku przeprowadzonego krzemowania jest determinowana w większym stopniu przez parametry wiązki laserowej niż przez stężenie pierwiastka stopowego. Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że z wykorzystaniem laserowej obróbki cieplnej jest możliwe wzbogacanie w krzem warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego i zarazem zmodyﬁkowanie jej właściwości. Możliwe jest również kontrolowanie uzyskanych efektów za pomocą parametrów obróbki laserowej.

EN

In presented paper the effect ofthe selected modification ofnodular iron surface layer by laser alloying with silicon was investigated. This method could be applied to these parts of machine elements which are particulary exposed to abrasive or corrosive wear. In this research the inﬁuence of laser alloying with silicon on microstructure and hardness of surface layer of nodular iron was evaluated. The inﬁuence of laser heat treatment parameters (including laser beam parameters) was in-depth analyzed. Surface layer microstructure observation by light and scanning electron microscope revealed presence of alloyed zone characterized by ﬁne microstructure. FeSi and C 0.12Fe 0.79Si 0.09 phases were detected by X-ray diffraction. Two zones under alloyed zone were observed: transition (containing remelted and not-remelted phases during laser treatment) and hardened from solid state. Measurements of the size of alloyed zone showed that there are dependent on the laser beam parameters applied during treatment. The higher laser beam power density was applied the greater alloyed zone size was (despite shorter time of laser beam interaction). The average silicon amount in achieved zones (revealed by X-ray microanalysis) was in the range of 3÷7 wt % depending on the laser beam parameters. The higher laser beam power density was applied the smaller silicon amount was (as a consequence of the greater alloyed zone size). It was also noticed, that alloyed zone was characterized by 3.5÷5 times higher than matrix hardness of the base material. The higher laser beam power density was applied the higher hardness of alloyed zone was (despite reduced average amount of alloying element). The conclusion from this observation suggested that hardness of the alloyed zone in this case is determined more by laser beam parameters than by average amount of alloying element. Conducted research allows to state, that it is possible to use laser heat treatment in order to enrich the nodular iron surface layer with silicon and, in a consequence, to modify its properties. Achievement of desired effects in surface layer is possible by appropriate selection of the laser treatment parameters.

6

The evaluation of nodular iron surface layer modification by laser alloying with nitrogen and titanium

Paczkowska M.

Archives of Mechanical Technology and Automation

|

2013

|

Vol. 33, no. 3

33--43

EN

The following article refers to the surface layer cast iron parts modification by laser treatment. The aim of this research was analysis of nitrogen and titanium laser alloying influence on microstructure and microhardness of treating surface layer. As a source of nitrogen, Si3 N4 was used. This research showed that it is possible to enrich the cast iron surface layer with nitrogen and titanium by laser treatment. Fine-grained microstructure of remelted zone consists of α solid state and cementite. Nitrogen and titanium were found in remelted zone. The research showed that alloying elements are present in solid states, mostly. However, nitrogen could be present in Fe24N10 iron nitride as well. It was showed that microhardness could be increased about 4 times (depending on laser treatment parameters) comparing to the base material. This higher microhardness could be present in as little as 1mm depth from the surface. The possibility of laser alloying with nitrogen and titanium was confirmed by laser treatment test of nodular iron camshaft.

PL

Artykuł jest poświęcony konstytuowaniu metodą stopowania laserowego warstw wierzchnich żeliwa sferoidalnego w celu poprawy właściwości użytkowych elementów z niego wykonanych. Analizowano wpływ stopowania laserowego azotem i tytanem na mikrostrukturę i mikrotwardość obrabianej warstwy wierzchniej. Jako źródło azotu wykorzystano Si3N4. Badania wykazały, że za pomocą obróbki laserowej możliwe jest wzbogacenie warstwy wierzchniej żeliw w azot i tytan. Po stopowaniu laserowym żeliwa sferoidalnego uzyskano drobnoziarnistą mikrostrukturę stopowanej strefy przetopionej, składającej się przede wszystkim z roztworu stałego żelaza α oraz cementytu. Na podstawie badań stwierdzono również, że wprowadzone pierwiastki (azot i tytan) występują przede wszystkim w roztworach stałych, przy czym azot możne występować również w azotku żelaza Fe24N10. W zależności od parametrów obróbki laserowej mikrotwardość warstwy wierzchniej azototytanowanego żeliwa może wzrosnąć ponad 4-krotnie w porównaniu z materiałem rodzimym, do głębokości ponad 1 mm. Możliwość modyfikacji warstwy wierzchniej przez azototytanowanie laserowe gotowego elementu z żeliwa sferoidalnego potwierdziła próba przeprowadzona na krzywce wałka rozrządu.

7

Porównanie efektów borowania laserowego i dyfuzyjnego elementów z żeliwa sferoidalnego z wykorzystaniem spektroskopii elektronów Auger

Paczkowska M., Waligóra W.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 1

30-33

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań dotyczących budowy warstw powierzchniowych otrzymanych dwiema metodami, umożliwiającymi wprowadzenie boru. Porównano efekty obróbki dyfuzyjnej przeprowadzonej w procesie borowania gazowego z efektami obróbki laserowej zrealizowanej za pomocą lasera molekularnego. Materiał do badań stanowiło żeliwo sferoidalne EN GJS-500-7 o osnowie ferrytyczno-perlitycznej. W obu naborowanych warstwach stwierdzono występowanie borków żelaza (w postaci gruboiglastej po obróbce dyfuzyjnej i w postaci drobnych, wielościennych wydzieleń po obróbce laserowej). Z wykonanych pomiarów metodą spektroskopii elektronów Auger wynika, iż za pomocą borowania dyfuzyjnego i laserowego możliwe jest uzyskanie podobnego średniego poziomu stężenia boru przy powierzchni. Średnia mikrotwardość obu stref przy powierzchni jest również porównywalna i wynosi ok. 1200 HV0,1. Jednakże charakter zmian stężenia boru i mikrotwardości dla obu warstw jest inny. W przeciwieństwie do warstwy przetopionej stężenie boru i mikrotwardość w warstwie dyfuzyjnej charakteryzuje się znacznym rozrzutem wyników. Można spodziewać się, że występowanie po obróbce laserowej na prze- kroju strefy naborowanej korzystnych zmian stężenia boru i mikrotwardości, a także zahartowanego podłoża, pozwoli uzyskać lepszą odporność na zużycie tak obrobionych elementów niż elementów po obróbce dyfuzyjnej.

EN

In this paper research results of surface layer structure obtained with two kinds of methods which makes possible implementing boron were presented. Diffusive treatment effects carried out in gas process with laser treatment effects carried out with molecular laser were compared. EN GJS-500-7 nodular iron with ferrite-pearlite matrix was selected as a test material. In both cases boride irons were present (as coarse-grained needle-like after diffusive boronizing - Fig. 1, 2 and as a fine with polyhedral shape after laser boronizing - Fig. 3, 4). Comparable level of boron amount near the surface is possible to achieve by diffusive and laser boronizing as Auger electron spectroscopy research showed (Fig. 5). Average microhardness of both surface layer is also comparable (approx. 1200 HV0,1) - Fig. 7, 8. However the character of boron distribution as well as microhardness distribution for those cases is different entirely. As opposite to laser layer, diffusive layer is characterize by high scatter of boron amount (Fig. 5, 6) and microhardness values (Fig. 7). Surface layer created by laser boronizing is expected to have better wear resistance than surface layer created by diffusive boronizing because of presence of better boron amount and microhardness distributions with hardened base material under boronized zone. Hence laser treatment of machine elements seems to be good alternative for diffusive treatment.

8

Mechanical, thermal and tribological aspects of the machining process of nodular iron with coated carbide and ceramic tools

Grzesik W., Żak K.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2009

|

Vol. 33, nr 1

31-43

EN

This paper overviews some typical cutting characteristics obtained in the turning of the pearlitic-ferritic nodular iron (EN-GJS-500-7 grade with UTS=500 MPa) when using carbide tools coated with single TiAlN and multiple TiC/Ti(C,N)/Al2O3/TiN layers, as well as silicon nitride Si3N4 based ceramic tools. As a competitor, a P20 uncoated carbide grade was selected. The fundamental process readings include the cutting forces, the tool-chip interface temperature, Peclet number, friction coefficient and the tool-chip contact length as functions of cutting parameters. In particular, the measurements of cutting temperature were carried out using conventional tool-work thermocouple method and IR mapping technique. It is concluded based on many process characteristics that multilayer coated and ceramic tools can substantially improve the performance of nodular iron machining.

PL

W pracy omówiono wybrane typowe charakterystyki procesu toczenia perlityczno-ferrytycznego żeliwa sferoidalnego (gatunek EN-GJS-500-7 o wytrzymałości na rozciąganie RM=500 MPa). Stosowano ostrza z węglików spiekanych z naniesioną pojedynczą powłoką TiAlN lub wielowarstwową powłoką TiC/Ti(C,N)/Al2O3/TiN, a także ostrza z ceramiki azotkowej Si3N4. Węglik spiekany ISO P20 przyjęto jako materiał referencyjny. Prowadzono pomiary podstawowych wielkości procesu, składowych całkowitej siły skrawania, temperatury styku wiór-ostrze, liczby Pecleta, współczynnika tarcia, długości styku wiór-ostrze w funkcji parametrów skrawania. Pomiary temperatury skrawania prowadzono metodą termoelementu naturalnego i metodą pirometrii w podczerwieni IR. Uzyskane charakterystyki procesu wskazują, że zastosowanie ostrzy z węglików spiekanych z powłokami wielowarstwowymi i ceramiki azotkowej polepsza istotnie wydajność procesu skrawania żeliwa sferoidalnego.

9

Badania zużycia adhezyjnego elementów z żeliwa sferoidalnego borowanych laserowo

Paczkowska M., Wojciechowski Ł.

Tribologia

|

2007

|

nr 3-4

71-83

PL

Artykuł dotyczy wpływu obróbek laserowych elementów wykonanych z żeliwa sferoidalnego na ich zużycie. Wykonano trzy różne obróbki laserowe na elementach z żeliwa sferoidalnego EN-GJS-500: hartowanie, przetapianie i borowanie laserowe. Badania zużyciowe wykonano na maszynie Amsler. Badaniu poddano również próbki nieobrobione i klasycznie hartowane objętościowo. W każdym zastosowanym wariancie zaobserwowano ślady zużycia. Pomiar śladów wielkości zużycia (głębokości i szerokości) oraz ubytku masy pozwoliły stwierdzić, że największym zużyciem charakteryzuje się żeliwo nieobrobione. Badania wykazały, że wszystkie zastosowane warianty obróbki laserowej elementów z żeliwa sferoidalnego, tzn. hartowanie laserowe ze stanu stałego, przetapiane, jak i borowanie laserowe w znaczący sposób zmniejszyły zużycie adhezyjne. Niemniej jednak najniższe zużycie odnotowano dla próbek po borowaniu laserowym. Ubytek masy w tym przypadku był aż 19-krotnie mniejszy dla próbek nieobrobionych. Niniejsze badania pozwalają stwierdzić, że celowa jest laserowa modyfikacja warstw powierzchniowych elementów z żeliwa sferoidalnego w celu poprawy ich odporności na zużycie.

EN

In this paper laser treatment effect on the nodular iron wear resistance has been studied. Laser treatment has been chosen because it provides possibility of modifying properties of localized surface regions. Nodular iron 500-7 having a pearlite - ferrite matrix that contains graphite nodules was selected as the test material. Nodular irons are widely used in practice because of their good castability, machinability and relatively low price. Nevertheless, some parts of nodular iron elements are exposed to intensive wear and corrosion during their work. Thus, appropriate surface layer properties are required. The aim of this paper is to present the influence of surface layer laser modification on nodular iron wear resistance. Tree different types of laser treatment have been applied on nodular iron: hardening (from solid state), remelting (hardening from liquid state) and boronizing (alloying). Laser treatment was performed with molecular CO2 continuous Triumph TLF 2600t laser with 2.6- kW output power and TEM0,1 mode. Furthermore, untreated and full hardened samples have been investigated too. In this research Amsler tester has been used as wear machine. Depth and width of wear trace has been measured. Mass loss has been examined, as well. In all five cases trace after wear test has been observed. It has been found all nodular iron laser treatments: hardening, remelting and boronizing increase wear resistance. Nevertheless, the most effective treatment is laser boronizing. In case of this treatment mass loss is 19 times reduced comparing to untreated samples. Laser boronizing samples have 2 times wear trace width and 8 times wear trace depth smaller comparing to untreated samples. Laser hardening and laser remelting reduce 8 and 11 times of mass loss, respectively. Whereas full hardening causes 5 times reduce of mass loss. This research allow to state it is possible to improve ware resistibility of nodular iron by laser treatment.

10

Struktura stref warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego EN-GJS-500 po borowaniu laserowym

Paczkowska M., Waligóra W.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2006

|

Vol. 26, nr 1

157-166

PL

W artykule omówiono wpływ borowania laserowego na strukturę warstw powierzchniowych żeliwa sferoidalnego. Stwierdzono, że po borowaniu laserowym od powierzchni w głąb można wyróżnić następujące strefy: przetopioną, przejściową i zahartowaną. Mikrotwardość w strefie przetopionej jest 4-6-krotnie większa od twardości rdzenia. Odnotowano również, że im mniejsze są rozmiary strefy przetopionej, tym większa jest twardość tej strefy. Wykazano ponadto równomierne stężenie boru w strefie przetopionej od powierzchni w głąb nagrzewanej próbki. Dokonano także analizy struktury i twardości strefy przejściowej i zahartowanej, stwierdzając występowanie wokół kulek grafitu otoczek martenzytycznych i ledeburytycznych w strefie przejściowej oraz otoczek martenzytycznych w strefie zahartowanej. Zaobserwowano zmniejszanie się grubości otoczek wraz z odległością od strefy przejściowej.

EN

In this paper laser boronizing effect on the nodular iron surface layers structure has been studied. It has been stated three different zones from the surface could be distinguished: melted, transition and hardened. Microhardness of melted zone is 4-6 times higher than the core hardness. It has been noticed also the smaller melted zone thickness the higher microhardness is. Moreover, stable boron distribution in melted zone on the section from the surface of heating material has been observed. Structure and microhardness of transition and hardened zones have been analyzed, as well. Martensite shells around graphite nodules in these both zones have been observed and it has been found their sizes are decreased with the distance from the surface. Additionally, ledeburite shells around graphite nodules in transition zone have been occurred.

11

Wpływ borowania laserowego na strukturę warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego. Cześć 1: Porównanie struktury po borowaniu dyfuzyjnym i laserowym

Paczkowska M., Waligóra W.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2005

|

Vol. 50, nr 2

59-64

PL

Praca dotyczy problematyki obróbek laserowych żeliw. Przedstawiono przykłady elementów maszyn rolniczych, które mogą być poddane borowaniu laserowemu. Analizowano strukturą żeliwa sferoidalnego po borowaniu laserowym, w porównaniu ze strukturą po borowaniu dyfuzyjnym. Szczególnie zwrócono uwagą na połączenie strefy zawierającej bor z podłożem w przypadku obu tych obróbek powierzchniowych. Wykazano równomierny rozkład boru w strefie przetopionej po borowaniu laserowym. W badaniach wykorzystano metodą spektroskopii elektronów Auger (AES). Stwierdzono występowanie zależności mikrotwardości (o znacznych wartościach ) od grubości stref naborowanych, czyli od stężenia w nich boru.

EN

This paper refers to cast irons laser treatments. Examples of agricultural machine parts which could be modified by laser treatment were presented. Laser and diffusion boronizing structural effects on nodular iron were compared. Boron zone with the basis connection in case both surface treatments was investigated particularly. Steady boron distribution in melted zone after laser boronizing was found. In this research Auger Electron Spectroscopy (AES) method was applied. Correlation between microhardness (high values) and boron zone thickness (thus boron concentration in them) was observed.

12

Wpływ borowania laserowego na strukturę warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego. Część 2: Struktura strefy przejściowej i zahartowanej

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2005

|

Vol. 50, nr 2

65-68

PL

W pracy przedstawiono analizą stref zmodyfikowanych, powstałych w wyniku obróbki laserowej żeliwa sferoidalnego, ze szczególnym uwzględnieniem przejściowej oraz zahartowanej. Wykazano niewielki rozrzut mikrotwardości w strefie przetopionej oraz znaczny w strefie przejściowej i zahartowanej. Różnice w mikrotwardości w strefie przejściowej i zahartowanej świadczą o różnorodności występujących tam faz. Zaprezentowano także mechanizm tworzenia się otoczek grafitu: martenzytycznej i ledeburytycznej w strefie przejściowej oraz martenzytycznej w strefie zahartowanej. Ponadto wykazano istnienie zależności grubości otoczki martenzytycznej grafitu od odległości od strefy przejściowej i zastosowanej mocy wiązki laserowej.

EN

In this paper modified zones as a result of nodular iron laser treatment was presented. Transition and hardened zones were investigated particularly. Slight microhardness scatter in melted zone and significant in transition and hardened zones were showed. Differences in microhardness in transition and hardened zones testify to variety of phases in those zones. Mechanisms of martensite and ledeburite graphite shell in transition zone and martensite graphite shell in hardened zone formation were presented. Furthermore correlation between martensite graphite shell thickness and distance from transition zone was observed.

13

Początki i rozwój produkcji surówki specjalnej przeznaczonej do wytwarzania żeliwa sferoidalnego w Hucie Szczecin S.A.

Bara Z.

Przegląd Odlewnictwa

|

1998

|

Vol. 48, z. 11

393-395

PL

Zmiany rynkowe na początku lat 90. były inspiracją do podjęcia przez pracowników spółki pod nazwą Zakład Wielkopiecowy decyzji o podjęciu programu produkcyjnego i rozpoczęciu produkcji surówki specjalnej. W roku 1994 opracowano po wspólnych konsultacjach odlewników, technologów i wielkopiecowników pierwszy program produkcyjny, który na podstawie analizy spektrometrycznej pozwolił na ustalenie składu chemicznego surówki specjalnej. Surówka ta o gwarantowanej zawartości pierwiastków podstawowych i śladowych była przeznaczona do wytwarzania żeliwa sferoidalnego. Po okresie prywatyzacji i rozpoczęciu działalności Huty Szczecin opracowano nowy program produkcyjny dla surówki specjalnej, który zakładał cztery główne gatunki surówki specjalnej o zróżniocowanej zawartości krzemu. Systematyczna analiza zamówień odbiorców krajowych i zagranicznych umożliwia przewidywanie tendencji na rynkach światowych i dostowanie produkcji do wymagań rynkowych.

EN

The market changes at the beginning of the 1990s were an inspiration for the workers of Zakład Wielkopiecowy (blast furnace plant) to make a decision concerning the production programme and to start the production of special pig iron. In 1994, after the consultations of foundrymen, production engineers and blast furnace workers, the first production programme, based od spectrometric analysis, was elaborated. This pig iron with warranted content of basic and trace elements was designed for manufacturing nodular iron. After the privatization and starting the activity by Huta Szczecin, a new production programme for special pig iron was elaborated. It included four main grades of special pig iron with different content of silicon. Systematic analysis of orders, both from Polish and foreign buyers, makes it possible to foresee the trends in the world market and to readjust the production to the market requirements.

14

Odlewy z żeliwa sferoidalnego utwardzone powierzchniowo plazmą łuku elektrycznego

Trytek A.

Przegląd Odlewnictwa

|

1998

|

Vol. 48, z. 12

431-434

PL

W artykule przedstawiono nowoczesną metodę utwardzania za pomocą skoncentrowanego strumienia ciepła, warstwy przypowierzchniowej odlewów z żeliwa sferoidalnego. Zastosowanie wiązki laserowej albo plazmy łuku elektrycznego wpływa na znaczny wzrost twardości odlewanych elementów maszynn.

EN

In the article a modern method of hardening the surface layer of nodular iron castings by means of intensive heat stream is presented. The application of a laser beam or an electric arc plasma results in a conciderable increase of hardness, what confirms the usefulness of the application of this method in order to improve the durability of cast machine parts.