Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Piasecki A., Kotkowiak M., Kulka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

143--148

EN

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

PL

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

2

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

Piasecki A., Kotkowiak M., Kulka M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 86, nr 1

15--23

EN

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

3

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

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

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 1

4--9

EN

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

PL

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

4

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

Kotkowiak M., Piasecki A., Kulka M.

Archives of Mechanical Technology and Materials

|

2016

|

Vol. 36

7--11

EN

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

5

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

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

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

459--463

EN

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

PL

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