Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Laser-borided layer formed on Inconel 600 alloy

100%

Kulka M. , Makuch N. , Dziarski P. , Przestacki D.

|

tom Vol. 34, nr 6

733--736

EN

Nickel and its alloys are known for their excellent resistance to corrosion and oxidation. Therefore, these materials are often used wherever corrosive media or high temperature are to be expected. However, under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), these materials have to characterize by suitable wear protection. The diffusion boronizing is the thermochemical treatment, which improves tribological properties of nickel and its alloys. In this study, instead of diffusion process, the laser boriding was used in order to produce boride layer on Inconel 600 alloy. The external cylindrical surface of base material was coated by paste including amorphous boron. Then the surface was remelted by laser beam. TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser was used for laser alloying. The microstructure and properties of this layer were investigated. The continuous laser-borided layer was obtained at the surface. The layer was uniform in respect of the thickness. Laser remelted zone, heat affected zone and the substrate characterized the microstructure. The laser-borided layers were significantly thicker (350÷470 μm depending on the laser power used) than those obtained in case of diffusion boriding. The remelted zone was characterized by hardness of about 1100÷1900 HV. The significant increase in abrasive wear resistance of laser-borided layers was observed in comparison with pure Inconel 600 alloy.

PL

Nikiel i jego stopy są znane z bardzo dobrej odporności na korozję i utlenianie. Dlatego materiały te są stosowane często tam, gdzie spodziewane jest agresywne środowisko lub wysoka temperatura. Jednakże w warunkach znacznego zużycia mechanicznego (ściernego czy adhezyjnego) materiały te muszą się charakteryzować odpowiednią odpornością na zużycie. Borowanie dyfuzyjne jest obróbką cieplno-chemiczną, która poprawia właściwości tribologiczne niklu i jego stopów. W prezentowanej pracy zamiast procesu dyfuzyjnego zastosowano borowanie laserowe w celu wytworzenia warstwy borków na stopie Inconel 600. Zewnętrzną, walcową powierzchnię próbek pokryto pastą zawierającą bor amorficzny. Następnie powierzchnię przetapiano wiązką laserową. Do laserowego stopowania stosowano laser CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Badano mikrostrukturę i właściwości wytworzonej warstwy. Przy powierzchni powstała ciągła warstwa borowana laserowo. Otrzymana warstwa była jednorodna pod względem grubości. Mikrostruktura składała się ze strefy przetopionej laserowo, strefy wpływu ciepła oraz podłoża. Warstwy borowane laserowo były znacznie grubsze (350÷470 μm, zależnie od mocy wiązki laserowej) niż otrzymywane w przypadku borowania dyfuzyjnego. Strefa przetopiona charakteryzowała się twardością 1100÷1900 HV. Stwierdzono znaczne zwiększenie odporności na ścieranie warstwy borowanej laserowo w porównaniu z czystym stopem Inconel 600.

2

Laser alloying of 316L steel with boron and nickel

100%

Mikołajczak D. , Kulka M. , Makuch N. , Dziarski P.

|

tom Vol. 84, nr 1

32--40

EN

Purpose: The aim of the study was to improve the hardness and tribological properties of austenitic 316L steel by laser alloying with boron and nickel. Design/methodology/approach: The relatively low wear resistance of austenitic 316L steel could be improved by an adequate surface treatment. Laser alloying was developed as an alternative for time- and energy-consuming thermo-chemical treatment, e.g. diffusion boriding. In the present study, laser alloying of 316L steel with boron and nickel was carried out as the two-stage process. Firstly, the outer surface of the sample was coated with the paste, consisting of the mixture of boron and nickel powders, blended with a diluted polyvinyl alcohol solution. Second stage consisted in laser re-melting of the paste coating together with the base material. Laser treatment was carried out with the use of the TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. The multiple laser tracks were formed on the surface. The microstructure was observed with the use of an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) Tescan Vega 5135. The phase analysis was carried out by PANalytical EMPYREAN X-ray diffractometer using Cu Ka radiation. Hardness profile was determined along the axis of laser track. Wear resistance was studied using MBT-01 tester. Findings: The use of the adequate laser processing parameters (laser beam power, scanning rate, overlapping) caused that free of cracks and gas pores and the uniform laseralloyed layer in respect of the thickness was produced. In the microstructure, only two zones were observed: laser re-melted zone (MZ) and the substrate. There were no effects of heat treatment below MZ. Heat-affected zone (HAZ) was invisible because the austenitic steel could not be hardened by typical heat treatment (austenitizing and quenching). The produced laser-alloyed layer was characterized by improved hardness and wear resistance compared to the base material. Research limitations/implications: The application of proposed surface treatment in industry will require the appropriate corrosion resistance. In the future research, the corrosion behaviour of the produced layer should be examined and compared to the behaviour of 316L steel without surface layer. Practical implications: The proposed layer could be applied in order to improve the hardness and tribological properties of austenitic steels. Originality/value: This work is related to the new conception of surface treatment of austenitic steels, consisting in laser alloying with boron and some metallic elements.

3

Low-cycle fatigue strength of borocarburized 15NiCr13 steel

100%

Dziarski P. , Makuch N. , Kulka M. , Mikołajczak D.

|

tom Vol. 36, nr 2

69--73

EN

The high fatigue resistance of carburized layers is well known. Simultaneously, there is not much data referring to the fatigue strength of borided layers. Some papers showed the advantageous influence of borocarburizing process on fatigue performance. The resistance of borocarburized layers to the lowcycle fatigue was higher than the one characteristic of typical borided layer formed on medium-carbon steel. In this study, the two-step process: carburizing followed by boriding was used in order to form the borocarburized layer. The investigated material as well as the boriding parameters were adequately selected in order to improve the low-cycle fatigue strength. The borocarburized 15NiCr13 steel was examined. This material was selected because of its advantageous carbon concentration-depth profile beneath iron borides obtained after boriding. The gas boriding in N2–H2–BCl3 atmosphere consisted of two stages: saturation with boron and diffusion annealing, alternately repeated. This treatment was carried out in order to obtain a limited amount of the brittle FeB phase in the boride zone. The low-cycle fatigue strength of through-hardened borocarburized steel was comparable to that obtained in case of throughhardened carburized specimen, which was previously investigated under the same conditions. The advantageous carbon concentration-depth profile as well as limited amount of FeB phase had a positive influence on the low-cycle fatigue strength. Therefore, the fatigue performance of borocarburized layer could approach a limit obtained for carburized layer.

PL

Duża odporność zmęczeniowa warstw nawęglanych jest powszechnie znana. Jednocześnie nie ma zbyt wielu danych dotyczących wytrzymałości zmęczeniowej warstw borowanych. Niektóre prace wskazywały na korzystny wpływ boronawęglania na odporność zmęczeniową. Dla warstw boronawęglanych uzyskiwano większą odporność niż dla typowych warstw borowanych otrzymywanych na stali średniowęglowej. W pracy zastosowano do wytworzenia warstwy boronawęglanej dwustopniowy proces nawęglania i borowania. Badany materiał i parametry procesu borowania zostały odpowiednio dobrane w celu polepszenia niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej. Do badań użyto boronawęglaną stal 15NiCr13, na której można było otrzymać korzystny profil stężenia węgla pod borkami żelaza po borowaniu. Borowanie gazowe w atmosferze N2–H2–BCl3 składało się z dwóch etapów: nasycania borem i wyżarzania dyfuzyjnego. Celem takiej obróbki było otrzymanie warstwy borków o ograniczonym udziale kruchej fazy FeB. Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa boronawęglanej i utwardzonej cieplnie stali 15NiCr13 była porównywalna do osiągniętej dla nawęglanej i utwardzonej cieplnie próbki, którą badano w tych samych warunkach. Korzystny profil stężenia węgla oraz ograniczony udział fazy FeB w strefie borków miały pozytywny wpływ na niskocyklową wytrzymałość zmęczeniową. Właściwości zmęczeniowe boronawęglanej stali mogły się w ten sposób zbliżyć do wartości otrzymywanych dla stali nawęglanych.