Hartowanie i borowanie laserowe stali konstrukcyjnej C45

• Autorzy: Bartkowska, A. , Pertek-Owsianna, A. , Przestacki, D.

Warianty tytułu

EN

Laser hardening and laser boriding of constructional C45 steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano wpływ hartowania laserowego i borowania laserowego na właściwości stali C45. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę i mikrotwardość warstwy wierzchniej. Laserowa obróbka cieplna (LOC) była wykonana za pomocą lasera technologicznego CO2 firmy Trumpf TLF 2600 Turbo o mocy nominalnej 2,6 kW. Laserowe hartowanie stali przeprowadzono, stosując moc lasera P = 1,04 kW, prędkość skanowania wiązką laserową v = 2,88 m/min, średnicę wiązki lasera d = 2 mm, odległość ogniska soczewki od powierzchni próbki l = 106,8 mm i odległość między ścieżkami: f = 0,28 mm, 0,50 mm i 0,625 mm. W wyniku badań hartowania laserowego wybrano najkorzystniejszą odległość między ścieżkami. Laserowe borowanie polegało na naniesieniu pasty z borem na powierzchnię stali, a następnie przetopieniu jej wiązką lasera. Grubość powłoki wynosiła 40 μm i 80 μm. Zastosowano następujące stałe parametry laserowej obróbki cieplnej: moc lasera P = 1,04 kW, prędkość skanowania wiązką v = 2,88 m/min, średnica wiązki d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Pomiar mikrotwardości wykonano sposobem Vickersa na twardościomierzu Zwick 3212B. Natomiast badania mikrostruktury przeprowadzono za pomocą mikroskopu Metaval produkcji Carl Zeiss Jena. Po laserowej obróbce cieplnej z przetopieniem otrzymana warstwa składała się z trzech stref: przetopionej (SP), wpływu ciepła (SWC) i rdzenia o łagodnym gradiencie mikrotwardości od powierzchni do rdzenia. Badania odporności na zużycie przez tarcie wykonano za pomocą tribometru MBT-01 typu Amsler w układzie: próbka (obracający się pierścień)-przeciwpróbka (płytka z węglika spiekanego). Badania wykazały, że warstwy borowane charakteryzują się większą odpornością na zużycie przez tarcie niż stal C45 hartowana laserowo.

EN

The work presents the effect of laser hardening and laser boriding on the properties of C45 steel. The influence of laser heat treatment on the microstructure and microhardness of surface layer was investigated. The laser heat treatment (LHT) was carried by means of a technological CO2 laser TRUMPF TLF 2600 Turbo of nominal power 2.6 kW. Laser hardening of steel was carried out with laser power P = 1.04 kW, laser beam scanning velocity v = 2.88 m/min, laser beam diameter d = 2 mm, and distance between tracks f = 0.28 mm, 0.50 mm and 0.625 mm. As a result of laser hardening the most advantageous distance between tracks was selected. Laser boriding consisted of covering steel surface with boron paste and then remelting it with a laser beam. The thickness of the coating was 40 μm and 80 μm. The following constant parameters were applied: laser power P = 1.04 kW, laser beam scanning velocity v = 2.88 m/min, laser beam diameter d = 2 mm, and distance between tracks f = 0.50 mm. Measurements of microhardness were conducted using the Vickers’ method and Zwick 3212 B hardness tester. Microstructure observations were performed on an light microscope Metaval Carl Zeiss Jena. After laser heat treatment with remelting, a three-zone layer was obtained, which included: remelted zone (MZ), heat affected zone (HAZ) and a core, with a mild microhardness gradient from the surface to the core. Wear resistance tests were conducted by means of an MBT-01 Amsler type tribometer in the following system: specimen (rotating ring)-counterspecimen (plate sintered carbide). The tests showed that laser borided layer characterizes better wear resistance than laser hardened C45 steel.

Słowa kluczowe

PL

hartowanie laserowe; borowanie laserowe; mikrostruktura; mikrotwardość; odporność na zużycie; tarcie

EN

laser hardening; laser boriding; microstructure; microhardnes; wear resistance

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 610--614
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska, A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

autor

Pertek-Owsianna, A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

autor

Przestacki, D.

• Instytut Technologii Mechanicznej, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Gościański M., Pirowski Z., Dudziak B.: Comparative experimental research of tribological properties of the ADI cast iron in dry friction conditions. Part 1. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 1 (57) (2012) 51÷54.
• [2] Kapcińska D.: Comparative research of abrsion resistance of the new generation Hardox 500 steel and generally applied materials. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 1 (56) (2011) 66÷70.
• [3] Łabęcki M., Gościański M., Kapcińska D.: Research of the tribology, strenght and structure of materials used for the agricultural machines elements working in soil. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 2 (52) (2007) 43÷51.
• [4] Lubas J.: Tribological properties of surface layer with boron in friction pairs. Surface Review and Letters 16 (5) (2009) 767÷773.
• [5] Młynarczak A., Piasecki A.: Budowa i właściwości dyfuzyjnych warstw chromoborowanych wytwarzanych na stalach narzędziowych. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 24 (2) (2004) 173÷184.
• [6] Przybyłowicz K.: Teoria i praktyka borowania stali. Politechnika Świętokrzyska, Kielce (2000).
• [7] Pertek A.: Kształtowanie struktury i właściwości warstw borków żelaza otrzymanych w procesie borowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań (2001).
• [8] Bonek M., Dobrzański L. A., Hajduczek E., Klimpel A.: Structure and properties of laser alloyed surface layers on the hot-work tool steel. Journal of Materials Processing Technology 175 (2006) 45÷54.
• [9] Grabas B., Najgeburska M., Śliwka Ł., Maj M.: Wpływ temperatury i prędkości skanowania na szerokość ścieżki zahartowanej wiązką, laserową. Mechanik 11 (2008) 951÷953.
• [10] Kusiński J.: Lasery w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo Akapit, Kraków (2000).
• [11] Major B.: Laserowa modyfikacja stali poprzez wprowadzenie węglików i borków. III Ogólnopolska Konferencja Obróbka Powierzchniowa, Częstochowa- Kule (1996) 263÷269.
• [12] Napadłek W., Przetakiewicz W.: Struktura stali 40H hartowanej laserowo. Konferencja Naukowo-Techniczna „Nowe materiały – nowe technologie materiałowe w przemyśle okrętowym i maszynowym” (1998) 169÷176.
• [13] Pertek A., Kulka M., Jankowiak M., Jóźwiak K.: Laser heat treatment of borided layers. Inżynieria Materiałowa 5 (2001) 716÷719.
• [14] Safonov A. N.: Special features of boronizing iron and steel using a continuous- wave CO2 laser. Metal Science and Heat Treatment 40 (1-2) (1998) 6÷10.