Wpływ teksturowania laserowego na stan technologicznej warstwy wierzchniej stali 41Cr4

• Autorzy: Napadłek, W. , Woźniak, A.

Warianty tytułu

EN

The effect of laser texturing on the technological state of surface layer of the steel 41Cr4

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodykę i wyniki badań teksturowania laserowego warstwy wierzchniej stali konstrukcyjnej do ulepszania cieplnego 41Cr4, stosowanej m.in. do produkcji wałów korbowych tłokowych silników spalinowych. Obróbkę laserową warstwy wierzchniej tej stali przeprowadzono z wykorzystaniem lasera Nd: YAG o długości fali impulsowego promieniowania laserowego λ = 1064 nm. Zastosowanie ablacyjnej mikroobróbki laserowej w newralgicznych strefach warstwy wierzchniej czopów wału miało na celu wytworzenie odpowiedniej tekstury powierzchni z mikrozasobnikami olejowymi w kształcie półczasz kulistych. Stosując różne parametry ablacyjnej mikroobróbki laserowej (gęstość mocy, częstotliwość repetycji, liczba impulsów w tę samą strefę, stopień przykrycia powierzchni), uzyskano bardzo interesującą stereometrię technologicznej warstwy wierzchniej stali 41Cr4. Posiadała ona charakterystyczne mikrozasobniki czynnika smarowego, bardzo istotne w procesach tribologicznych pary ciernej czop wału korbowego- -łożysko ślizgowe. Przeprowadzone laboratoryjne badania metalograficzne wykazały występowanie wysokodyspersyjnej mikrostruktury martenzytycznej w strefie przypowierzchniowej, przetopionej i zahartowanej. W strefie przejściowej stwierdzono mikrostrukturę martenzytyczno-bainityczną oraz bainityczną. Mikrostruktura taka powstała w wyniku ultraszybkich przemian fazowych zachodzących w czasie krystalizacji stopu Fe-C-Cr z fazy ciekłej. Charakteryzuje się dużą mikrotwardością w przedziale 600÷680 HV0,05. Mikrostruktura ta występowała w strefie bezpośrednio przyległej do mikrozasobników środka smarnego wytworzonych w procesie teksturowania laserowego.

EN

The article presents the methodology and research results of laser texturing on the surface layer of the structural steel 41Cr4 for quenching and tempering, which is used, among others in the manufacture of crankshafts for combustion piston engines. The laser treatment of the surface layer the abovementioned steel was carried out using Nd: YAG laser with a wavelength of pulsed laser radiation λ = 1064 nm. The use of ablative laser micromachining in sensitive areas of the surface layer on the shaft spigots was aimed to create a suitable surface texture of oil microcontainers in the shape of half-spherical bowls. Using various parameters ablative laser micromachining (power density, repetition rate, number of pulses in the same area, the overlap area), have produced very interesting stereometry of the technological surface layer of steel 41Cr4. It had a characteristic microcontainers of the lubricant, which are very important in the tribological processes in the frictional pair of crankshaft spigot-slide bearing. The conducted metallographic laboratory examinations showed the presence of highly dispersive martensitic microstructure in superficial zone, which was melted and hardened. In the transitional zone was found martensitic-bainitic and bainite microstructure. The microstructure was formed by the effect of ultrafast phase transformations occurring during crystallization alloy of Fe-Cr-C from the liquid phase. It had high microhardness in the range of 600÷680 HV0.05. The microstructure was present in the area directly adjacent to microcontainers of lubricant produced during laser texturing.

Słowa kluczowe

PL

teksturowanie laserowe; stal 41Cr4; wał korbowy; warstwa wierzchnia; mikrozasobniki; mikrotwardość

EN

laser texturing; steel 41Cr4; crankshaft; surface layer; microcontainers; microhardness

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 781--785
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Napadłek, W.

• Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa,

autor

Woźniak, A.

• Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Cypko E.: Analiza przydatności warstwy regeneracyjnej czopa do współpracy z panewką wielowarstwową. Rozprawa doktorska, WAT, Warszawa (1993).
• [2] Fuller D.: Teoria i praktyka smarowania. PWT, Warszawa (1960).
• [3] Hebda M., Wachal A.: Trybologia. WNT, Warszawa (1980).
• [4] Wajand J. A., Wajand J. T.: Tłokowe silniki spalinowe średnio- i szybkoobrotowe. WNT, Warszawa (2005).
• [5] Luft S.: Podstawy budowy silników. Wydanie 2. WKiŁ, Warszawa (2006).
• [6] Marian Victor: Lubrication of textured surface. International Conference Universitaria Engineering, Petrosani 17-19 October (2002).
• [7] Schreck S., Zum Gahr K.-H.: Laser-assisted structuring of ceramic and steel surfaces for improving tribological properties. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institute for Materials Research I, P.O. Box 3640, 76021 Karlsruhe, Germany 13 March (2005).
• [8] Napadłek W., Burakowski T.: Wybrane przykłady powierzchniowego teksturowania aserowego. Inżynieria Materiałowa 4 (182) (2011) 633÷636.
• [9] Włodarski J. K.: Tłokowe silniki spalinowe – procesy tribologiczne. WKŁ, Warszawa (1982).
• [10] Kozaczewski W.: Konstrukcja złożeń tłok-cylinder silników spalinowych. WKiŁ, Warszawa (1987).
• [11] Napadłek W., Przetakiewicz W.: Wpływ obróbki laserowej na właściwości wybranych elementów silnika spalinowego. Inżynieria Materiałowa 5 (130) (2002) 547÷553.
• [12] Niewczas A.: Trwałość zespołu tłok – pierścienie tłokowe – cylinder silnika spalinowego. WNT, Warszawa (1998).
• [13] Napadłek W.: Badania wpływu hartowania laserowego na wybrane właściwości użytkowe stali. Rozprawa doktorska, WAT, Warszawa (2002).