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

• Autorzy: Paczkowska, M.

Warianty tytułu

PL

Ocena możliwości modyfikacji warstwy wierzchniej elementów z żeliwa sferojdalnego za pomocą azotytonowania laserowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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 Si_{3N4. 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.}

Słowa kluczowe

PL

azototytanowanie laserowe; warstwa wierzchnia; żeliwo sferoidalne

EN

nitrogen and titanium laser alloying; surface layer; nodular iron

• Czasopismo: Archives of Mechanical Technology and Automation
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 33, no. 3
• Strony: 33--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fig.

Twórcy

autor

Paczkowska, M.

• Institute of Machines and Motor Vehicles, Poznan University of Technology

Bibliografia

• [1] Copola C.J. et al., Influence of laser parameters on the nitriding of low carbon steel, Applied Surface Science, 2002, vol. 197-198, p. 896-903.
• [2] Diagnostyka pojazdów samochodowych - budowa, eksploatacja, naprawa, red. A. Tabor, Kraków, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 2006.
• [3] Grum J., Šturm R., Microstructure analysis of nodular iron 400-12 after laser surface melt hardening, Materials Characterization, 1996, 37, p. 81-88.
• [4] Guzik E., Dzik S., Możliwość kształtowania struktury i właściwości wysokojakościowego żeliwa wermikularnego, Inżynieria Materiałowa, 2006, vol. 27, nr 3, p. 712-715.
• [5] Ignaszak Z., Ciesółka J., Specyficzne struktury w wielkogabarytowych odlewach z żeliwa sferoidalnego i ich identyfikacja, Inżynieria Materiałowa, 2006, vol. 27, nr 3, p. 716-719.
• [6] Huang Chong-Cheng, Tsai Wen-Ta, Lee Ju-Tung, The effect of silicon nitride on the laser surface alloying with Fe-Cr-Si3N4 powders, Scripta Metallurgica et Materiala, 1995, vol. 32, issue 9, p. 1465-1470.
• [7] Jiang P. et al., Wear resistance of a laser surface alloyed Ti-6Al-4V alloy, S&CT, 2000, vol. 130, issue1, p. 24-28.
• [8] Kawalec M. et al., Zastosowanie lasera technologicznego CO2 do doskonalenia właściwości warstwy wierzchniej stali oraz wspomagania toczenia twardej ceramiki konstrukcyjnej Si3N4, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, vol. 24, nr 2 spec., p. 139-157.
• [9] Kula P., Inżynieria warstwy wierzchniej, Łódź, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej 2000.
• [10] Małdziński L., Termodynamiczne, kinetyczne i technologiczne aspekty wytwarzania warstwy azotowanej na żelazie i stalach w procesach azotowania gazowego, Poznań, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 2003.
• [11] Paczkowska M., Możliwości modyfikacji struktury i własności warstwy powierzchniowej elementów maszyn przez borowanie laserowe, Inżynieria Materiałowa, 2008, 6, p. 585-590.
• [12] Paczkowska M., Ratuszek W., Waligóra W., Microstructure of laser boronized nodular iron, S&CT, 2010, 205, p. 2542-2545.
• [13] Park Heung-Il, Nakata Kazuhiro, Tomida Shogo, In situ formation of TiC particulate composite layer on cast iron by laser alloying of thermal sprayed titanium coating, Journal of Materials Science, 2000, vol. 35, issue 3, p. 747-755.
• [14] Psyllaki P.P., Griniari A., Pantelis D.I., Parametric study on laser nitriding of 1.5919 steel, Journal of Materils Processing Technology, 2008, 195, p. 299-304.
• [15] Sha Chien-Kuo, Tsai Hsien-Lung, Hardfacing characteristics of S42000 stainless steel powder with added silicon nitride using a CO2 laser, Materials Characterization, 2004, vol. 52, issue 4-5, p. 341-348.
• [16] Shaaf P., Laser nitriding of metalis, Progress in Materials Science, 2002, 47, p. 1-161.
• [17] Tassin C. et al., Improvement of the wear resistance of 316L stainless steel by laser surface alloying, S&CT, 1996, vol. 80, issue 1-2, p. 207-210.
• [18] Thomann A.L. et al., Chemical and structural modifications of laser treated iron surfaces: investigation of laser processing parameters, Applied Surface Science, 2004, vol. 230, issue 1-4, p. 350-363.
• [19] Xue L. et al., Laser gas nitriding of Ti-6Al-4V. Part 1: Optimization of the process, Advanced Performance Materials, 1997, vol. 4, issue 1, p. 25-47.