Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Analiza możliwości azotowania laserowego żeliwa sferoidalnego

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

tom nr 2

75--77

PL

Celem prezentowanych badań była ocena możliwości modyfikacji warstwy wierzchniej ferrytyczno-perlitycznego żeliwa sferoidalnego za pomocą azotowania laserowego z wykorzystaniem Si3N4. Obróbka laserowa przeprowadzona została za pomocą lasera molekularnego CO2 firmy TRUMPF. Mikrostrukturę warstw wierzchnich badano za pomocą: elektronowego mikroskopu skaningowego oraz dyfraktometru rentgenowskiego. Do oznaczenia pierwiastków wykorzystano spektroskop elektronów Auger (AES). Mikrotwardość określono za pomocą mikrotwardościomierza Vickersa przy obciążeniu 100 g. Na podstawie badań nad azotowaniem laserowym żeliwa sfe-roidalnego stwierdzono, że możliwe jest: wykorzystanie związku Si3N4 jako źródła azotu, uzyskanie drobnoziarnistej strefy przetopionej wzbogaconej w azot występujący między innymi w azotkach żelaza; 3,5-krotnie podwyższenie mikrotwardości warstwy wierzchniej.

EN

The aim of this research was possibility analysis of laser nitriding, with Si3N4 as a source of nitrogen, of nodular iron (with ferrite-pearlite matrix) surface layer. Treatment was performed with the molecular CO2 continuous Trumph Laser. The microstructure of surface layer was analyzed with scanning electron microscope and X-ray diffractometer. Auger electron spectroscope (AES) was used for elements identification. Vickers microhardness tester with 100 g charge has been used to microhardness measurement. This research showed that, it is possible to: enriched the iron nodular surface layer with nitrogen by laser treatment using Si3N4; achieved fine-grained microstructure of remelted zone with nitrogen (in nitride irons, for example) 3,5-times increased microhardness of the surface layer.

2

Analiza możliwości selektywnego kształtowania warstwy wierzchniej elementów żeliwa sferoidalnego za pomocą krzemowania laserowego

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

tom Vol. 34, nr 5

521--525

PL

W artykule przedstawiono analizę efektów selektywnej metody modyﬁkacji warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego z zastosowaniem laserowej obróbki cieplnej. Metoda ta może być wykorzystana do wybranych części elementów maszyn szczególnie narażonych na zużycie przez tarcie i korozję. W badaniach oceniano wpływ krzemowania laserowego na mikrostrukturę i twardość warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego. Przeanalizowano w szczególności wpływ warunków laserowej obróbki cieplnej, w tym parametrów wiązki laserowej na budowę zmodyﬁkowanej warstwy. Obserwacja mikrostruktury warstwy wierzchniej za pomocą mikroskopu świetlnego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego ujawniła występowanie drobnoziarnistej strefy stopowanej. Badania dyfrakcyjne wykazały występowanie faz typu: FeSi oraz C0,12Fe0,79Si0509. Pod strefą stopowaną wyodrębniono jeszcze dwie strefy, a mianowicie przej ściową (zawierającą fazy przetopione, jak i nieprzetopione podczas obróbki) oraz strefę zahartowaną ze stanu stałego. Badania wielkości stref stopowanych wykazały, że zależą one od zastosowanych podczas obróbki parametrów wiązki laserowej. Większa zastosowana gęstość mocy skutkowała pojawieniem się większej strefy stopowanej (pomimo krótszego czasu oddziaływania wiązki laserowej). Maksymalna grubość strefy, jaką odnotowano, wynosiła 0,45 mm, a szerokość ok. 2 mm. Średnia zwartość krzemu w uzyskanych strefach, wyznaczona za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej, wyniosła w zakresie: 3÷7% mas. w zależności od zastosowanych parametrów wiązki laserowej. Im większą zastosowano gęstość mocy, tym średnie stężenie krzemu było mniejsze z powodu powstania większej strefy stopowanej. Odnotowano, że strefy stopowane miały 3,5÷5-krotnie większą twardość od twardości osnowy materiału wyjściowego. Wraz ze zwiększeniem gęstości mocy wiązki laserowej uzyskiwano większą twardość strefy stopowanej (pomimo mniejszego stężenia pierwiastka stopowego). Wniosek z tej obserwacji sugeruje, że twardość stref w przypadku przeprowadzonego krzemowania jest determinowana w większym stopniu przez parametry wiązki laserowej niż przez stężenie pierwiastka stopowego. Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że z wykorzystaniem laserowej obróbki cieplnej jest możliwe wzbogacanie w krzem warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego i zarazem zmodyﬁkowanie jej właściwości. Możliwe jest również kontrolowanie uzyskanych efektów za pomocą parametrów obróbki laserowej.

EN

In presented paper the effect ofthe selected modification ofnodular iron surface layer by laser alloying with silicon was investigated. This method could be applied to these parts of machine elements which are particulary exposed to abrasive or corrosive wear. In this research the inﬁuence of laser alloying with silicon on microstructure and hardness of surface layer of nodular iron was evaluated. The inﬁuence of laser heat treatment parameters (including laser beam parameters) was in-depth analyzed. Surface layer microstructure observation by light and scanning electron microscope revealed presence of alloyed zone characterized by ﬁne microstructure. FeSi and C 0.12Fe 0.79Si 0.09 phases were detected by X-ray diffraction. Two zones under alloyed zone were observed: transition (containing remelted and not-remelted phases during laser treatment) and hardened from solid state. Measurements of the size of alloyed zone showed that there are dependent on the laser beam parameters applied during treatment. The higher laser beam power density was applied the greater alloyed zone size was (despite shorter time of laser beam interaction). The average silicon amount in achieved zones (revealed by X-ray microanalysis) was in the range of 3÷7 wt % depending on the laser beam parameters. The higher laser beam power density was applied the smaller silicon amount was (as a consequence of the greater alloyed zone size). It was also noticed, that alloyed zone was characterized by 3.5÷5 times higher than matrix hardness of the base material. The higher laser beam power density was applied the higher hardness of alloyed zone was (despite reduced average amount of alloying element). The conclusion from this observation suggested that hardness of the alloyed zone in this case is determined more by laser beam parameters than by average amount of alloying element. Conducted research allows to state, that it is possible to use laser heat treatment in order to enrich the nodular iron surface layer with silicon and, in a consequence, to modify its properties. Achievement of desired effects in surface layer is possible by appropriate selection of the laser treatment parameters.

3

The analisys of the influence of cooling rate during laser alloying with silicon nitride on surface layer state of cast iron machine parts

100%

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2015

|

tom Vol. 60, nr 1

74--79

EN

The aim of this was to evaluate influence of different heat treatment conditions on microstructure and hardness of surface layer of cast iron elements. The molecular CO2 laser with 2600W output power and TEM01 mode was used to perform surface modification. An optical and scanning microscopes, Auger electron spectroscope, X-ray diffractometer, EDS microanalyser and hardness Vickers tester were used to assess the result of the surface modification. The research showed, that it is possible to modify the surface layer of cast iron by laser alloying with silicon nitride. After laser alloying it is possible to achieve the alloyed zone (containing nitrogen and silicon) with uniform, fine, dendritic microstructure similar to the hardened white cast iron. Microstructure of alloyed zone as well as its size depended on laser heat treatment parameters. In case of alloyed zones formed with higher laser power density and its smaller interaction time (which generate higher cooling rates) it was noted higher amount of undiluted graphite and new-formed phases like Fe1,94C0,055, FeN0,032, FeN0,076, FeSi, Fe2Si. In case of alloyed zone formed with higher cooling rate alloyed zone microstructure was finer and more homogenous. The average hardness of alloyed zone with silicon nitride was 5-times higher than matrix of the bulk material. Improved hardness of surface layer of cast iron by laser alloying with silicon nitride should favor better wear resistance of machine part cast iron treated in this way.

PL

Celem badań była ocena wpływu różnych warunków laserowej obróbki cieplnej na mikrostrukturę i twardość warstwy wierzchniej elementów żeliwnych. Do modyfikacji powierzchniowej wykorzystano laser molekularny CO2 o pracy ciągłej firmy Trumpf, o maksymalnej mocy 2600W i modzie TEM01. Oceny przeprowadzonej modyfikacji dokonano za pomocą mikroskopu optycznego, skaningowego, spektroskopu elektronów Auger, mikroanalizy rentgenowskie oraz dyfrakcji rentgenowskiej, a także mikrotwardościomierza metodą Vickersa. Badania wykazały, że istnieje możliwość modyfikacji warstwy wierzchniej żeliwa za pomocą stopowania laserowego żeliw azotkiem krzemu. Po stopowaniu laserowym można uzyskać strefę stopowaną (zwierającą azot i krzem) o jednorodnej, drobnej, dendrytycznej mikrostrukturze, o charakterze zbliżonym do zahartowanego żeliwa białego. Mikrostruktura strefy stopowanej, jak i jej rozmiar zależały od zastosowanych parametrów laserowej obróbki cieplnej. W strefach powstałych z zastosowaniem większej gęstości mocy i krótszego czasu oddziaływania, generujących większą prędkość chłodzenia na materiał odnotowano większą zawartość nie rozpuszczonego grafitu, a także większą zawartość nowopowstałych faz jak: Fe1,94C0,055, FeN0,032, FeN0,076, FeSi, Fe2Si. W przypadku stref uzyskanych z większą prędkością chłodzenia odnotowano większe rozdrobnienie i ujednorodnienie mikrostruktury. Średnia twardość stref stopowanych azotkiem krzemu była około 5-krotnie większa od twardości osnowy rdzenia. Zwiększenie twardości warstwy wierzchniej żeliw przez stopowanie laserowe azotkiem krzemu powinno sprzyjać zwiększeniu odporności na zużywanie obrobionych w ten sposób żeliwnych części maszyn.

4

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

100%

Paczkowska M.

Archives of Mechanical Technology and Automation

|

2013

|

tom Vol. 33, no. 3

33--43

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 Si3N4. 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.

5

Ocena skutków laserowego ulepszania cieplnego warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

tom Vol. 32, nr 4

658-661

PL

Prezentowane wyniki badań dotyczą problematyki związanej z konstytuowaniem warstwy powierzchniowej elementów żeliwnych. Celem tej pracy było rozpoznanie możliwości w zakresie wykorzystania nagrzewania wiązką laserową do przeprowadzenia ulepszania cieplnego warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego. Zasadniczym etapem tych badań było opracowanie warunków obróbki laserowej, które powodując odpowiednią temperaturę w warstwie powierzchniowej żeliw, pozwolą uzyskać efekt odpuszczania laserowego (bez pojawienia się strefy ponownie zahartowanej od powierzchni). Obróbkę wykonano za pomocą lasera molekularnego CO2 Trumpf TLF 2600 o pracy ciągłej. Podczas obróbki rejestrowano temperaturę powierzchni obrabianego elementu. Obróbka składała się z dwóch etapów. Pierwszy etap polegał na nagrzewaniu w celu uzyskania strefy zahartowanej, a drugi na nagrzewaniu w tym samym miejscu w celu uzyskania odpuszczania. Rezultaty obróbki oceniono na podstawie analizy mikrostruktury i mikrotwardości warstwy powierzchniowej. Badania pozwoliły ustalić, że gęstość mocy wiązki laserowej, której następstwem zastosowania było zmniejszenie średniej mikrotwardości w warstwie powierzchniowej o ok. 200 HV0,1, na głębokość powyżej 0,4 mm wyniosła 9ź102 Wźcm-2 dla zastosowanego czasu oddziaływania wiązki laserowej na materiał 3,74 s. Przy mniejszej gęstości mocy nie odnotowano zmniejszenia mikrotwardości, co jednak nie wyklucza zajścia procesów związanych z niskim odpuszczaniem lub odprężaniem (ze względu na temperaturę występującą podczas nagrzewania laserowego). Wyniki prezentowanych badań pozwoliły stwierdzić, że jest możliwe uzyskanie efektu ulepszania cieplnego w przypadku elementów żeliwnych za pomocą nagrzewania laserowego przez wytworzenie strefy odpuszczonej (bez efektów świadczących o tym, aby podczas nagrzewania laserowego przy powierzchni doszło do ponownej austenityzacji) w warstwie powierzchniowej uprzednio zahartowanej.

EN

The presented research concerns the issue of cast iron parts surface layer designing. The aim of research was laser heating potential estimation which allows to achieve nodular cast iron surface layer hardening and tempering processes. The fundamental stage in this research was to set laser treatment conditions, which bring cast iron surface layer appropriate temperature and thereby cause laser tempering (without rehardened zone near the surface). Laser treatment was performed by CO2 Trumpf TLF 2600 molecular laser with continuous wavelength. During the laser treatment treated samples surface temperature was continuously controlled. The laser heat treatment was made for two stages. The goal of the first stage was to obtain hardened layer, and the goal of the second stage was previously hardened layer tempering. The results of performed treatment were estimated by microstructure analysis and microhardness measurements. These outcomes were compared to the temperature measurement results. The researches carried out enable to state, that the power density (9ź102 Wźcm-2, using 3.74 s interaction time) caused surface layer average microhardness decrease to 200 HV0.1 for the 0.4 mm distance. In the other cases microhardness decrease was negligible. However, lower power densities which were used in higher temperature tests could processes in surface layer low tempering or stress annealing. The performed research results state that it is possible to obtain hardening and tempering effect in cast iron parts surface layer using laser beam heating. It is also possible to achieve homogenous tempered zone (without rehardened zone near the surface ) from previously hardened layer.

6

Wpływ borowania laserowego na strukturę warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego. Część 2: Struktura strefy przejściowej i zahartowanej

100%

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2005

|

tom Vol. 50, nr 2

65-68

PL

W pracy przedstawiono analizą stref zmodyfikowanych, powstałych w wyniku obróbki laserowej żeliwa sferoidalnego, ze szczególnym uwzględnieniem przejściowej oraz zahartowanej. Wykazano niewielki rozrzut mikrotwardości w strefie przetopionej oraz znaczny w strefie przejściowej i zahartowanej. Różnice w mikrotwardości w strefie przejściowej i zahartowanej świadczą o różnorodności występujących tam faz. Zaprezentowano także mechanizm tworzenia się otoczek grafitu: martenzytycznej i ledeburytycznej w strefie przejściowej oraz martenzytycznej w strefie zahartowanej. Ponadto wykazano istnienie zależności grubości otoczki martenzytycznej grafitu od odległości od strefy przejściowej i zastosowanej mocy wiązki laserowej.

EN

In this paper modified zones as a result of nodular iron laser treatment was presented. Transition and hardened zones were investigated particularly. Slight microhardness scatter in melted zone and significant in transition and hardened zones were showed. Differences in microhardness in transition and hardened zones testify to variety of phases in those zones. Mechanisms of martensite and ledeburite graphite shell in transition zone and martensite graphite shell in hardened zone formation were presented. Furthermore correlation between martensite graphite shell thickness and distance from transition zone was observed.

7

Właściwości warstw powierzchniowych elementów stalowych borowanych laserowo i dyfuzyjnie

100%

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2004

|

tom Vol. 49, nr 3

43-48

PL

W artykule omówiono strukturę stali po borowaniu laserowym w porównaniu ze strukturą po borowaniu dyfuzyjnym. Analizowano strukturę granicy strefy przetopionej po borowaniu laserowym stali stwierdzając, że stanowią ją częściowo przetopione ziarna. Poza tym, stwierdzono równomierne stężenie boru w strefie przetopionej oraz brak występowania w niej fazy FeB. W badaniach stosowano metodę spektroskopii elektronów Auger (AES) oraz mikroanalizę rentgenowską. Podano również możliwości zastosowania borowania laserowego.

EN

In this paper laser and diffusion boronizing structural effects on bearing steel have been compared. Structure at the border between melted and hardened zones has been analyzed. At this border partly melted grains have been observed. Furthermore, steady boron distribution has been found in melted zone, and lack of FeB iron borides has been observed. In this research Auger Electron Spectroscopy (AES) and X-ray microanalysis methods have been applied. Possibilities of laser bo-ronizing application have been presented as well.

8

Borowanie laserowe i możliwości jego zastosowania

100%

Paczkowska M.

Przegląd Spawalnictwa

|

2009

|

tom R. 81, nr 1

26-30

PL

Przedstawiono przykłady elementów maszyn, których części narażone są na szczególnie trudne warunki eksploatacyjne. W przypadku tych części występuje potrzeba stosowania lokalnej obróbki powierzchniowej w celu nadania im odpowiednich właściwości. Przedstawiony został zarys i możliwości obróbki laserowej, w tym borowania laserowego. Na podstawie badań własnych określono wpływ tej obróbki na strukturę warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego. Wykazano, że obróbka laserowa umożliwia wprowadzanie boru w warstwy powierzchniowe obrabianego elementu, możliwe jest uzyskanie drobnoziarnistej, jednorodnej struktury z borkami żelaza, a mikrotwardość warstwy powierzchniowej elementu z badanego materiału po takiej obróbce wzrasta ok. 5-krotnie.

EN

The paper contains examples of machine components which parts are exposed to intensive exploatation conditions. Thus, local surface layer modification of those parts is required in order to achieve appropriate properties. Laser treatment including laser boronizing possibilities are presented. Influence of laser boroniznig on surface layer structure of nodular iron components has been determined on the basis of presented investigations. It has been proved laser treatment makes possible boron implementing in surface layers of the treating material and such a method allows obtaining a fine-crystalline, homogenous structure with iron borides. Microhardness of surface layer of investigated sample after such treatment increases approximately five times.

9

Analysis of gray iron microstructure influence on potential laser heat treatment effects

100%

Paczkowska M.

Archives of Mechanical Technology and Automation

|

2012

|

tom Vol. 32, no. 1

27-36

EN

The research of gray iron surface layer creation by laser heat treatment are the issue of this article. The aim of this research was gray iron types analysis. The influence of their microstructure on surface layer character created by laser heat treatment was principally studied. The results of theoretical analysis allow to state that particular differences should appear between laser heat treatment effects in ferrite flake iron and ferrite-pearlite, pearlite and metastable nodular iron. So, in the surface layer of those nodular iron types higher temperature should be expected during laser treatment. As a consequence larger should be range of the changes created by laser heat treatment. Moreover, it was stated that influence on physical properties of graphite shape is much more important than type of cast iron matrix. The practical verification (laser heat treatment of chosen cast irons) confirmed theoretical results. Significant role of laser radiation absorbing layer in cast iron treatment was also showed.

PL

Artykuł dotyczy badań z zakresu konstytuowania warstw wierzchnich żeliw metodą laserowej obróbki cieplnej (LOC) w celu poprawy ich właściwości użytkowych. Analizowano mikrostrukturę różnych rodzajów żeliw szarych pod względem jej wpływu na budowę warstw wierzchnich uzyskiwanych metodą LOC. Analiza teoretyczna wykazała, że wyraźne różnice po laserowej obróbce cieplnej powinny się pojawić między żeliwem płatkowym o osnowie ferrytycznej a żeliwem sferoidalnym o osnowie ferrytyczno-perlitycznej, perlitycznej lub nierównowagowej. W warstwach wierzchnich żeliw sferoidalnych można się spodziewać wyższej temperatury podczas LOC, więc w konsekwencji większy powinien być zasięg zmian. Ponadto stwierdzono, że większy wpływ na właściwości fizyczne żeliw ma kształt grafitu niż rodzaj ich osnowy. Weryfikacja empiryczna, polegająca na przetapianiu i odpuszczaniu laserowym wybranych żeliw, potwierdziła wnioski wynikające z analizy teoretycznej. Wykazano również istotną rolę pokrycia absorbującego promieniowanie laserowe w przypadku badanych żeliw.

10

Możliwości modyfikacji struktury i własności warstwy powierzchniowej elementów maszyn przez borowanie laserowe

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

tom Vol. 29, nr 6

585-590

PL

W pracy przedstawiono wpływ obróbki laserowej na strukturę i zużycie warstw powierzchniowych. Materiał do badań stanowiło żeliwo sferoidalne szeroko stosowane np. w przemyśle motoryzacyjnym. Do obróbki wykorzystany został technologiczny laser molekularnego CO2 firmy Trumph. Dobór parametrów obróbki laserowej pozwolił uzyskać różne szybkości chłodzenia podczas przeprowadzanej modyfikacji. Oceny struktury dokonano między innymi za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego oraz dyfraktometru RTG. Do jakościowej analizy składu chemicznego wykorzystano spektroskop elektronów Auger. Za pomocą maszyny tarciowej Amsler wykonano badania zużycia. Po borowaniu laserowym w strefach przetopionych wykazano obecność boru (AES), borków żelaza (RTG). Mikrotwardość powstałych stref borowanych jest przynajmniej 4,5-krotnie większa od materiału rodzimego. Ponadto wyniki badań pozwoliły stwierdzić wpływ szybkości chłodzenia podczas borowania laserowego na mikrotwardość i strukturę stref. Ubytek masy próbek po borowaniu laserowym i chłodzeniu z szybkością 8ź103Cźs-1 był 3,5-krotnie mniejszy od próbek hartowanych klasycznie. Podano również przykłady możliwości zastosowania borowania laserowego elementów maszyn w celu zwiększenia ich odporności na zużycie.

EN

In this paper the effect of the laser treatment on surface layer structure and properties was studied. Nodular iron was selected as a test material because of its wide application for example in automobile industry. Laser treatment was performed with molecular CO2 continuous Trumph laser. Laser treatment parameters have been selected in appropriate way to achieve different cooling rates of melted zones. Modified zones have been examined to reveal their structure using optical and scanning electron microscopy, chemical analysis (AES), phase composition (X-ray diffraction) and microhardness testing methods. Wear tests have been performed with Amsler machine tester. After laser boronizing in remelted zones boron (AES) and iron borides (X-ray diffraction) have been found. Microhardness of boronized zone was 4.5-times higher then untreated material, at least. Results allow to state cooling rate (during laser boronizing) influence on zones structure and their microhardness. Mass loss of laser boronized and cooled with 8ź103Cźs-1 rate samples was 3.5-times lower then after conventional hardening samples. Examples of potential application of laser boronizing on machine components (for improving their wear resistance) have been presented, as well.

11

The influence of the laser and diffusion boronizing on the surface layer of nodular iron

100%

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2017

|

tom Vol. 62, nr 1

158--162

EN

Cast irons are commonly used in case of many machine parts in different industry branches, also in agricultural industry. A lot of such machine parts are exposed to tribological wear and corrosion. Therefore, surface layers with improved properties are needed. This paper refers to two different ways of modification of the surface layer of nodular iron. The aim of this research was to compare the effects of the laser boronizing and diffusion boronizing of nodular iron, especially the influence of boron concentration on the hardness of modified surface layer. An optical and scanning electron microscopes, Auger electron spectroscope (AES) and hardness Vickers tester were used to assess the results of the surface layer treatments. The performed research showed, that after diffusion, as well as, after laser boronizing of nodular iron higher hardness of the surface layer (in comparison to the core material) was obtained. Coarse-grained, needle-like shape of iron borides with ferrite grains after diffusive boronizing and very fine-crystalline, homogenous microstructure after laser alloying were observed. Hardness changes measurement from the surface on the cross-section for both cast irons treated with those methods of boronizing were correlated with the registered changes of boron concentration. Nevertheless, this correlation was stronger for diffusion boronizing than for laser modification. Smaller correlation for the zone achieved after laser boronizing is possibly a result of other aspects which influences the hardness and are characteristic for laser treatment like creation of very fine grains or supersaturated solid solutions (unlike diffusion treatment). It was stated, that it is possible to use less alloying element in case of laser treatment to achieve similar hardness to the surface layer after diffusion modification. Higher microstructure fineness and homogeneity, gentle hardness changes on the cross section of the surface layer form the surface to the core material after laser boronizing (in comparison to diffusion boronizing) should favor the wear resistance of machine part as well as be conducive to the selection of this kind of treatment.

PL

Żeliwa stosowane są w przypadku wielu części maszyn w różnych gałęziach przemysłu, w tym w rolniczego. Wiele z nich jest narażonych na zużycie tribologiczne i korozję. W związku z tym potrzebne są warstwy wierzchnie o odpowiednich właściwościach. Niniejszy artykuł dotyczy dwóch metod modyfikacji warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego. Celem tych badań było porównanie efektów borowania laserowego i borowania dyfuzyjnego żeliwa sferoidalnego, a w szczególności wpływu koncentracji boru na twardości wytworzonej warstwy wierzchniej. Do oceny skutków obróbki powierzchniowej został wykorzystany mikroskop optyczny i skaningowy, spektroskop elektronów Auger (AES) i twardościomierz Vickersa. Przeprowadzone badania wykazały, że po borowaniu dyfuzyjnym, jak i po laserowym żeliwa sferoidalnego uzyskano zwiększoną twardość warstwy wierzchniej (w porównaniu do materiału rdzenia). Po borowaniu dyfuzyjnym obserwowano gruboziarnistą mikrostrukturę z iglastymi borkami żelaza i ziarnami ferrytu. Natomiast mikrostruktura strefy naborowanej za pomocą laserowej obróbki cieplnej była drobnoziarnista i jednorodna. Zmiany twardości zmierzone od powierzchni na przekroju poprzecznym dla obu żeliw po obróbce tymi metodami borowania korelowały z zarejestrowanymi zmianami koncentracji boru. Z tym, że zależność była silniejsza w przypadku borowania dyfuzyjnego niż modyfikacji laserowej. Mniejsza zależność w przypadku borowania laserowego jest prawdopodobnie wynikiem innych czynników wpływających na twardość, które są charakterystyczne dla obróbki laserowej, jak powstawanie bardzo drobnych ziarn czy też silnie przesyconych roztworów stałych (w przeciwieństwie do mikrostruktury otrzymywanej w wyniku obróbki dyfuzyjnej). Stwierdzono, że aby osiągnąć podobną twardość warstwy wierzchniej w przypadku laserowej obróbki cieplnej do twardości po modyfikacji dyfuzyjnej możliwe jest stosowanie mniejszej ilości pierwiastka stopowego. Uzyskanie większej jednorodności, drobnoziarnistości mikrostruktury, łagodne zmiany twardości na przekroju warstwy wierzchniej od powierzchni w kierunku materiału rdzenia po borowaniu laserowym (w stosunku do borowania dyfuzyjnego) powinny sprzyjać większej odporności na zużycie elementów maszyn z żeliwa sferoidalnego oraz sprzyjać w wyborze właśnie tej powierzchniowej obróbki cieplnej.

12

Analiza wpływu stopowania laserowego na mikrostrukturę warstwy wierzchniej żeliw szarych

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

tom Vol. 36, nr 3

138--142

PL

Niektóre części żeliwnych elementów pojazdów samochodowych powinny się charakteryzować warstwami wierzchnimi o dużej odporności na zużycie w wyniku tarcia, a także korozję czy działanie wysokiej temperatury. Celem tych badań była ocena możliwości wytworzenia w powszechnie stosowanych żeliwach szarych warstw wierzchnich wzbogaconych o pierwiastki stopowe zwiększające między innymi żarowytrzymałość, a mianowicie bor, krzem i koblat. Badania stopowania laserowego wykonano za pomocą lasera molekularnego CO2 firmy TRUMPF o maksymalnej mocy 2600 W i modzie TEM01. Obróbkę przeprowadzono z parametrami umożliwiającymi uzyskanie dużych szybkości chłodzenia powstałych stref stopowanych. Zastosowano gęstość mocy wiązki laserowej w zakresie 0,82÷2,70·105 W/cm2 oraz czas jej oddziaływania wiązki na materiał od 10 do 30 ms. Badania mikrostruktury powstałych warstw przeprowadzono za pomocą mikroskopu świetlnego i elektronowego. Za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej zidentyfikowano implementowane pierwiastki. Natomiast badania z użyciem dyfraktometru rentgenowskiego umożliwiły analizę powstałych faz. Twardość warstw określono za pomocą mikrotwardościomierza sposobem Vickersa. W wyniku przeprowadzonej obróbki polegającej na stopowaniu borem i krzemem oraz borem, krzemem i kobaltem w każdym z wariantów w warstwie wierzchniej żeliw stwierdzono powstanie strefy stopowanej o drobnoziarnistej mikrostrukturze i charakterze zbliżonym do zahartowanego żeliwa białego. Pod strefą stopowaną odnotowano występowanie strefy przejściowej (z elementami przetopionymi i nieprzetopionymi podczas obróbki) oraz strefy zahartowanej ze stanu stałego. Średnia twardość stref stopowanych wynosiła 1200÷1700 HV0,1 w zależności od zastosowanych parametrów obróbki laserowej. Przyczyną nawet 8-krotnego zwiększenia twardości stopowanej strefy (w porównaniu z osnową materiału rodzimego) była między innymi drobnokrystaliczna mikrostruktura oraz utworzenie się silnie przesyconych roztworów stałych oraz twardych faz zawierających implementowane pierwiastki. W strefie stopowanej stwierdzono borek Fe2B. Nie zaobserwowano różnic średniej twardości stopowych stref w tych samych warunkach obróbki laserowej żeliw płatkowych oraz sferoidalnych, a także jednoznacznych różnic średniej twardości pomiędzy strefami zawierającymi krzem i bor oraz strefami zawierającymi bor, krzem i kobalt. Badania mikrostrukturalne obszarów w strefie stopowanej w pobliżu strefy przejściowej wykazały występowanie nie do końca rozpuszczonych płatków grafitu w obecności ultradrobnokrystalicznej osnowy, co potwierdziło uzyskanie dużej szybkości chłodzenia w całej warstwie wierzchniej (szybkość chłodzenia obrabianej powierzchni wyniosła ok. 0,7·104°C/s). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że z wykorzystaniem laserowej obróbki cieplnej jest możliwe wzbogacanie w B, Si oraz Co warstwy wierzchniej żeliwa płatkowego oraz sferoidalnego i zarazem modyfikowanie jej mikrostruktury i twardości.

EN

Some parts of the surface layer of cast iron automotive elements should characterized by good resistance to wear by friction, corrosion, and high temperature. The aim of this study was to evaluate the possibility of forming of the gray iron surface layer enriched with alloying elements which increase e.g. creep, like B, Si and Co. The research of laser alloying was performed with molecular CO2 laser TRUMPF with 2600 W maximum output power and TEM01 mode. The treatment was carried out with parameters enabling to obtain high-speed cooling rates of formed alloyed zones. The laser beam power density was in range of 0.82÷2.70·105 W/cm2 and interaction time in the range of 10 to 30 ms. Surface layer microstructure was evaluated using light and electron microscopes. X-ray microanalysis was applied to identified elements implemented into the surface layer. To estimate types of phases formed during laser treatment X-ray diffraction was used. The microhardness of the layers was determined by Vickers method. In each variant of laser treatment consisting of alloying with B and Si and B, Si and Co, the fine-grained microstructure alloyed zone in the surface layer of cast iron was formed. Microstructure of this zone is similar to hardened white cast iron. Two zones were observed under alloyed zone: transition (containing with remelted and unremelted phases during laser treatment) and hardened from solid state. Average hardness of alloyed zones was in range of 1200÷1700 HV0.1 depending upon the laser treatment parameters. The reason for even 8-times increase of the alloyed zone hardness (compared to the matrix of the base material) was fine crystalline microstructure, highly supersaturated solid solutions and hard phases containing implemented elements. In the alloyed zone e.g. Fe2B iron boride was noted. No differences in average hardness of alloyed zones (crated in the same conditions of the laser treatment) between nodular iron and flake iron were observed. Moreover, no differences in average hardness of zones alloyed with B, Si and zones alloyed with B, Si, Co were noted. Microstructure observations of the alloyed zone areas near the transition zone showed the presence of not fully dissolved graphite flakes in ultra-fine crystalline matrix. This fact confirmed high cooling rate in the whole surface layer achieved during laser treatment (cooling rate of treated surface was approximately 0.7·104°C/s). Results of this study showed that it is possible to enrich with of B, Si and Co of the nodular and flake cast iron surface layer by laser heat treatment and modify its microstructure and hardness.

13

Programy komputerowe do obslugi lecznicy dla zwierzat

100%

Paczkowska M.

Magazyn Weterynaryjny

|

1997

|

tom 06

|

nr 5

376

14

Wpływ parametrów obróbki laserowej na budowę warstwy powierzchniowej żeliwa sferoidalnego

100%

Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

tom Vol. 30, nr 6

505-508

PL

W artykule przedstawiono badania dotyczące modyfikacji warstwy po-wierzchniowej ferrytyczno-perlitycznego żeliwa sferoidalnego za pomocą obróbki laserowej z przetopieniem. Celem badań było określenie wpływu parametrów obróbki laserowej na ta-kie wielkości, jak: wymiary strefy przetopionej (głębokość / i szerokość a) i mikrotwardość strefy HV0,1 oraz porównanie wpływu zastosowanych po-kryć na te wielkości. Do obróbki wykorzystano dwa rodzaje pokrycia: substan-cję absorbującą promieniowanie laserowe oraz substancję zawierającą amor-ficzny bor w celu uzyskania efektu stopowania warstwy powierzchniowej. W wyniku tego zabiegu na jednych próbkach uzyskano przetopienie, a na drugich przetopienie wraz ze zmianą składu chemicznego (obecność boru potwierdzono za pomocą spektroskopu elektronów Auger), uzyskując w ten sposób stopowanie laserowe. Wykazano, że w obu przypadkach istnieje zależność wymiarów strefy przetopionej od zastosowanej energii dostarczonej do jednostki powierzch-ni Ej. Ze wzrostem tej energii zwiększa się głębokość i szerokość przetopio-nych stref. W przypadku borowania odnotowano większe wymiary uzyska-nych stref niż w przypadku samego przetapiania. Strefy przetopione charakteryzowały się drobną, dendrytyczną mikro-strukturą, podczas gdy borowane zawierały drobne borki żelaza. Mikrotwardość strefy po samym przetapianiu laserowym wyraźnie zależy od zastosowanej energii Ej. Rezultatem zastosowania wyższej energii była wyższa mikrotwardość strefy przetopionej. W zależności od zastosowanych energii uzy-skano mikrotwardość w zakresie ok. 850+1200 HV0,1. Takiej zależności nie od-notowano dla przetapiania laserowego z wprowadzeniem do strefy boru. Mikro-twardość stref w tym przypadku utrzymywała się na poziomie ok. 1200 HV0,1. Zaobserwowano również wpływ parametrów obróbki laserowej na mikro-strukturę, występującej pod strefą przejściową strefy zahartowanej. Wyższa zastosowana energia Ej spowodowała powstanie grubszych otoczek marten-zytycznych wokół kulek grafitu.

EN

Presented research referred to surface layer modification by laser treatment with remelting. Nodular iron with ferrite-pearlite matrix was selected as a test materiał. The purpose of this research was to estimate the influence of la-ser treatment parameters on such values of melted zonę as: dimensions (depth / and width a) and microhardness HV0.1, and to compare used sam-ples coat influence on those values. Two types of coats were applied: laser radiation absorbing substance and coat with amorphous boron substance to obtain surface alloying effect additionally. Conseąuently, in this way melted zones and melted zones with chemical composition modification were achieved. Boron presence in this case were proved by Auger Electron Spectroscope, so alloying effect were gotten. Results allow to state that: melted zonę dimensions depend on energy de-livered to the surface unit during laser treatment Ej in both applied coats. Higher energy Ej causes increasing melted zones depth and width. How-ever, samples coated with amorphous boron substance were characterized by larger dimensions than samples coated only with laser radiation absorbing substance. Melted zonę consisted of fine dendritic microstructure. Boronized zonę microstructure observation revealed fine iron borides. Obtained outcomes showed that melted zones microhardness depends on energy delivered to the surface unit during laser treatment Ej. Higher Ej ener-gy caused higher microhardness of melted zonę. Microhardness in the rangę: 850+1200 HV0.1 were achieved. Łuck of such dependence was observed in melted zones enriched with boron. In this case microhardness was approxi-mately 1200 HV0.1 for each of applied Ej energy during laser treatment. Moreover, effects of laser treatment parameters could be noticed in hard-ened zonę occurring under transition zonę. Higher energy Ej applied dur-ing laser treatment caused thicker martensite shells around graphite nodules.

15

The analysis of the influence of laser heat treatment of the crankshaft journal on wear resistance of the bearing

100%

Paczkowska M.

Tribologia

|

2016

|

tom nr 2

87--100

EN

The aim of the presented research was to evaluate wear effects of bering elements in case of modification based on laser alloying with boron of journal surface layer. The research was performed on ZPG-IV tribology tester with journal-bearing friction pair. During the test load was applied progressively. SEM microscopes and non-contact 3D optical profilografometr was used to assess the test results. Study of the character of the wear process allowed to state, that after each increase of load during the test, rapid change of the value of oil temperature and the value of resistance in journal-pan contact was appeared. Then, the stabilization period was followed by. Some differences in the way of those processes between tested variants were noticed. Firstly, turing the stabilization period larger thickness of the oil film at the journal-pan interface was notice in case of journal after laser treatment than in case of untreated journal. Secondly, it could be expected that oil temperature will be lower in case of longer time of tribological test for treated journal (than for untreated journal). It should favor better wear resistance of this kinematic node. Macro and microscopic observations of both types of surface after wear test allow to state, that journals after laser treatment were characterized by less wear effects, as cavities in the surface layer in comparison to untreated journals. More intensive wear of journals without treatment was confirmed by stereometric research and measurements of surface roughness parameters. This research allow to state positive laser treatment influence on the wear resistance of the journal. Although, there was no larger loss of the surface layer in case of pans after cooperation with hard journal after laser treatment (describe by the decrease of pans’ thickness) then loss of the surface layer in case of pans after cooperation with softer untreated journal (nearly 5-times softer than the surface layer of treated journal), the microscopic observations and measurement of the parameters of stereometric structure of their surface showed more intensiva wear of pan after cooperation with treated journal.

PL

Celem prezentowanych badań była ocena skutków zużywania się elementów węzła kinematycznego łożyska ślizgowego w przypadku zastosowania modyfikacji warstwy wierzchniej czopu za pomocą stopowania laserowego borem. Badania zostały przeprowadzone na stanowisku do badań tribologicznych ZPG-IV z węzłem ciernym czop–panewka. Podczas badania obciążenie zwiększane było stopniowo. Do oceny stanu powierzchni został zastosowany elektronowy mikroskop skaningowy (SEM) oraz bezstykowy optyczny profilografometr 3D. Na podstawie analizy przebiegu procesu zużywania stwierdzono, że po zwiększeniu obciążenia następowała nagła zmiana wartości temperatury oleju oraz rezystancji w strefie styku czopa i panewki, a następnie ich stabilizacja. Stwierdzono również pewne różnice w przebiegu tych procesów pomiędzy badanymi wariantami. Po pierwsze podczas okresu stabilizacji odnotowano występowanie większej grubości filmu olejowego w strefie styku czop-panewka w przypadku zastosowania czopu obrobionego laserowego niż w przypadku czopu nieobrobionego. Po drugie na podstawie analizy procesu zużywania stwierdzono, że przy dłuższym czasie próby dla czopu obrobionego wartość temperatury oleju w miejscu styku czopa i panewki będzie mniejsza (niż dla czopu nieobrobionego), co powinno sprzyjać zwiększeniu odporności na zużywanie przez tarcie tego węzła kinematycznego. Na podstawie wykonanych badań makro- i mikroskopowych powierzchni obu rodzajów czopów po przeprowadzonej próbie zużycia zaobserwowano, że czopy obrobione laserowo charakteryzowały się mniejszą ilością efektów zużycia w postaci ubytków w warstwie wierzchniej w porównaniu z czopami nieobrobionymi laserowo. Mniejsze zużycie czopów obrobionych laserowo potwierdziły pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni. Badania te pozwoliły na stwierdzenie pozytywnego wpływu obróbki laserowej na odporność zmodyfikowanej w ten sposób warstwy wierzchniej czopów. Pomimo że nie odnotowano większego ubytku warstwy wierzchniej panewek (wyrażonej przez zmniejszenie ich grubości po próbie zużyciowej) współpracujących z twardym obrobionym laserowo czopem od panewek współpracujących z blisko 5-krotnie bardziej miękkim od czopu obrobionego laserowo czopem nieobrobionym, to obserwacje mikroskopowe i pomiary parametrów struktury geometrycznej powierzchni wskazały jednak na intensywniejsze ich zużycie.

16

Analiza wpływu warunków hartowania laserowego żeliwa sferoidalnego na mikrostrukturę jego warstwy powierzchniowej

100%

Paczkowska M.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

tom Vol. 30, nr 1

29-39

PL

W artykule przedstawiono wpływ warunków obróbki laserowej na mikrostrukturę i mikro-twardość stref przypowierzchniowych próbek z żeliwa sferoidalnego, powszechnie stosowanego np. w przemyśle motoryzacyjnym. Dobór parametrów obróbki laserowej pozwolił uzyskać różną szybkość chłodzenia podczas prowadzenia modyfikacji. W zależności od przyjętych parametrów obróbki laserowej uzyskano strefę przypowierzchniową zahartowaną ze stanu ciekłego (przetopioną) lub tylko zahartowaną ze stanu stałego. W strefach przetopionych wykazano występowanie cementytu, martenzytu i austenitu szczątkowego oraz grafitu. Zawartość poszczególnych faz zależała od parametrów obróbki laserowej. Strefa przetopiona charakteryzowała się dużą drobnoziar-nistością. Średnia mikrotwardość stref przetapianych była 4-krotnie większa niż materiału rodzimego. Po hartowaniu laserowym ze stanu stałego można było zaobserwować w strefie przypowierzchniowej grafit, martenzyt, ferryt oraz niewielkie ilości austenitu szczątkowego. Mikrotwardość po takiej obróbce była około 2-krotnie większa niż materiału rodzimego.

EN

In this paper the effect of the laser treatment on surface layer microstructure and microhard-ness was studied. Nodular iron was selected as a test material because of its wide application for example in automobile industry. Laser treatment parameters have been selected in appropriate way to achieve different cooling rates of melted zones. Remelted zone or hardened from solid state surface layer has been found in the dependence on laser treatment parameters. The influence on dimensions, microstructure and microhardness of surface zones has been observed. Cementite, martensite, residual austenite and graphite have been found in remelted zone. Their contents depended on laser treatment parameters. Average microhardness of remelted zones was 4-times higher than bulk material. In case of laser hardening from solid state in surface zone martensite, ferrite, graphite and little amount of residual austenite have been observed. Microhardness of those zones was 4-times higher than bulk material.

17

The possibilities of the laser modification of the malleable iron surface

100%

Paczkowska M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2018

|

tom Vol. 63, nr 1

51--57

EN

The aim of the presented investigation was to perform surface modification of the malleable iron by laser alloying and evaluate the influence of the laser heat treatment (LHT) on the microstructure of its surface layer (particularly in comparison to the other gray irons). After LHT of the malleable iron modified microstructure of its surface layer with very fine-crystalline, homogenous and hard (>1000HV0.1) melted zone was achieved. 4-fold increased hardness (in comparison to the hardness of matrix of the core material) of melted zone resulted not only from very fine and hardened microstructure, but also due to supersaturating with alloying elements. Gentle hardness changes on the cross section of the surface layer from the melted zone to the core material was noticed. The depth of melted zone was approx. 0.7 mm and it corresponded to the counted depth. It was stated that due to malleable iron specific thermophysical properties smaller depth of modified layer than achieved depth for flake irons and much smaller than the depth for nodular irons for the same LHT conditions could be expected.

PL

Celem prezentowanych badań było przeprowadzenie obróbki powierzchniowej żeliwa ciągliwego przez stopowanie laserowe oraz ocena wpływu laserowej obróbki cieplnej (LOC) na mikrostrukturę jego warstwy wierzchniej (w szczególności w porównaniu do innych żeliw szarych). Po LOC żeliwa ciągliwego uzyskano mikrostrukturę jego warstwy wierzchniej z drobnokrystaliczną, jednorodną i twardą (>1000HV0.1) strefą przetopioną. 4-krotne zwiększenie twardości (w porównaniu do twardości osnowy materiału rdzenia) strefy przetopionej nie wynikała tylko z bardzo drobnej i zahartowanej mikrostruktury, ale również z przesycenia wprowadzonymi pierwiastkami stopowymi. Zaobserwowano łagodną zmianę twardości na przekroju poprzecznym od strefy przetopionej do rdzenia. Głębokość strefy przetopionej wynosiła około 0.7 mm i była zbliżona do wartości obliczonej. Stwierdzono, że w wyniku specyficznych właściwości termofizycznych żeliwa ciągliwego można się spodziewać osiągnięcia mniejszej głębokości warstwy zmodyfikowanej niż w przypadku głębokości dla żeliw płatkowych i o wiele mniejszej niż w przypadku żeliw sferoidalnych (uzyskanej w tych samych warunkach LOC).

18

The possibilities of strengthening of the surface layer of nodular iron by laser alloying with silicon nitride on the example of a rocker arm

100%

Paczkowska M.

Tribologia

|

2017

|

tom nr 6

71--78

EN

In the order to increase the resistance to the friction wear of machine parts appropriate surface treatment application is needed. The aim of presented research was to evaluate the laser alloying with silicon nitride effects obtained in the surface layer of nodular iron and to select the laser treatment parameters that should be appropriate for the treatment of the one of the engine parts, which is a rocker arm. After implementation of silicon nitride into the nodular iron surface layer using laser heating, a uniform, fine, dendritic microstructure similar to the hardened white cast of the allayed zone was created in all performed variants. This microstructure resulted in at least 4-times higher hardness in comparison to the core material. The hardness and the alloyed zone dimensions were dependent on the laser heat treatment variant. The laser beam power density of 41 W/mm2 and its velocity of 2.8 mm/s were selected for the treatment of the rocker arm. It was caused by the effects obtained in the surface layer. With these parameters, it was possible to achieve the hardness of 1300 HV0.1 and the width of the alloying zone of over 4 mm, which is enough to strengthen the surface area of the rocker arm most exposed to the tribological wear.

PL

W celu zwiększenia odporności na zużycie w wyniku tarcia części maszyn potrzebna jest ich odpowiednia obróbka powierzchniowa. Celem prezentowanych badań była ocena efektów stopowania laserowego azotkiem krzemu uzyskanych w warstwie wierzchniej żeliwa sferoidalnego oraz dobór parametrów obróbki laserowej, które powinny być odpowiednie do obróbki jednej z części silnika pojazdu, jakim jest dźwigienka zaworowa. W wyniku wprowadzenia azotku krzemu do warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego za pomocą nagrzewania laserowego we wszystkich przeprowadzonych wariantach wytworzona została jednorodna, drobnoziarnista i dendrytyczna mikrostruktura o charakterze zbliżonym do zahartowanego żeliwa białego. Efektem takiej mikrostruktury było uzyskanie przynajmniej 4-krotnego zwiększenia twardości w porównaniu z twardością materiału rdzenia. Twardość i wielkość uzyskanej strefy stopowanej zależały od zastosowanego wariantu laserowej obróbki cieplnej. Do obróbki dźwigienki zaworowej wybrano gęstość mocy wiązki laserowej równej 41 W/mm2&enspi jej prędkości 2,8 mm/s. Było to spowodowane tym, że w przypadku takich parametrów możliwe było uzyskanie twardości 1300 HV0.1 i szerokości strefy stopowanej ponad 4 mm, co jest wystarczające do umocnienia najbardziej narażonego na zużycie tribologiczne obszaru powierzchni dźwigienki zaworowej.

19

Analiza budowy strefy stopowanej laserowo borem w żeliwie sferoidalnym z wykorzystaniem metody spektroskopii elektronów Auger (AES)

100%

Paczkowska M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

tom T. 29, nr 4

331--344

PL

Artykuł dotyczy problematyki związanej z modyfikacją warstwy wierzchniej żeliwa szarego za pomocą laserowej obróbki cieplnej (LOC) przede wszystkim w celu zwiększania odporności na zużycie tribologiczne fragmentów części maszyn wykonanych z tego materiału. W niniejszej pracy przedstawiono badania wpływu stopowania laserowego borem na mikrostrukturę warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego. Celem prezentowanych badań była ocena budowy strefy stopowanej laserowo borem w warstwie wierzchniej żeliwa sferoidalnego z wykorzystaniem dyskretnej metody spektroskopii elektronów Auger, którą wybrano ze względu na szczególne możliwości badawcze dedykowane warstwom zawierającym pierwiastki lekkie. Modyfikację warstwy wierzchniej dokonano za pomocą lasera molekularnego CO2 o pracy ciągłej firmy Trumpf o maksymalnej mocy wyjściowej 2600W i modzie TEM0,1. Do oceny efektów LOC, oprócz metody AES, wykorzystano mikroskopy optyczne i elektronowy mikroskop skaningowy oraz dyfraktometr rentgenowski. Twardość oceniono metodą Vickersa przy obciążeniu 0,9807 N. Stopowanie laserowe żeliwa sferoidalnego borem umożliwia wytworzenie warstwy wierzchniej składającej się z drobnoziarnistej strefy przetopionej, wzbogaconej w nowopowstałe fazy zawierające wprowadzany pierwiastek, strefy przejściowej oraz zahartowanej ze stanu stałego. Uzyskana strefa przetopiona pozwala ok. 7-krotnie zwiększyć twardość warstwy wierzchniej żeliwa. Badania za pomocą AES tej strefy wykazały obecność wprowadzonego podczas LOC boru, którego zawartość wynosiła ok. 10% at., co umożliwiło powstanie borków Fe2B. Obecność tych borków potwierdziła analiza dyfrakcyjna oraz obserwacje mikrostrukturalne. Ponadto wykazano, że mniejszej zawartości wprowadzonego pierwiastka można spodziewać się pośrodku strefy przetopionej, gdzie odnotowano również mniejszą twardość. Stwierdzono także, że w strefie przetopionej w pobliżu strefy przejściowej występują duże różnice w proporcjach żelaza i boru, co wskazuje na obecność w tym miejscu bardziej drobnoziarnistej mikrostruktury. Występowanie w tym obszarze drobniejszych ziarn potwierdziły obserwacje mikrostrukturalne.

EN

The paper concerns aspects related with surface layer of gray iron modification using laser heat treatment (LHT) mainly to achieve the increase of the resistance to tribological wear of machine elements parts made of this iron. In this paper the influence of laser alloying with boron on the microstructure of the nodular iron surface layer is presented. The aim of the research was the evaluation of the structure of laser alloyed zone with boron in the surface layer of nodular iron using Auger Electron Spectroscopy. This method has been chosen because of special research possibilities dedicated to layers made of light elements. Surface layer modification was made using CO2 Trumpf molecular laser with continuous wave with 2600W output power and TEM0,1 mode. Except AES method to evaluate LHT effects optical and electron scanning microscopes and X-ray diffractometers were applied. Hardness was assessed by Vickers method with the load of 0.9807N. Laser alloying with boron of nodular iron makes possible to achieve the surface layer made of finegrained remelted zone enriched with new phases containing implemented element, the transition zone and the hardened zone form the solid state. The remelted zone allows for approximately 7-fold increase of the harness of the surface layer of the iron. The research with AES of this zone showed the existence of born implemented during LHT. Its amount was about 10% at., which made possible to create Fe2B borides. Presence of those borides was confirmed by microscopic observation and X-ray diffraction. In addition, it was showed that less amount of implemented element could be expected in the middle of the remelted zone, where lower hardness has been also found. Moreover, in the remelted zone in the neighborhood of the transition zone large differences in proportions of iron and boron has been detected. It points to more fine grained microstructure in this place. Presence of such fine grained microstructure was confirmed by microscopic observation.

20

Znaczenie właściwości cieplnych żeliw w kształtowaniu ich warstwy powierzchniowej podczas laserowej obróbki cieplnej

63%

Kinal G. , Paczkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

tom Vol. 32, nr 4

477-480

PL

Prezentowane badania składają się z dwóch etapów. Pierwszy dotyczy analizy właściwości cieplnych, jakimi charakteryzują się żeliwa szare: płatkowe i sferoidalne w aspekcie ich wpływu na uzyskiwane efekty po obróbce laserowej. W tym etapie dokonano obliczeń zmiany temperatury od głębokości w głąb rdzenia obrabianego żeliwa podczas obróbki laserowej. Analiza wykazała, iż zastosowanie tych samych parametrów obróbki laserowej spowoduje, że uzyskana głębokość strefy zmodyfikowanej w przypadku żeliw płatkowych powinna być mniejsza niż w przypadku żeliw sferoidalnych. Drugi etap badań polegał na weryfikacji przyjętego założenia w etapie pierwszym. W związku z tym wykonano obróbkę laserową (hartowanie laserowe) próbek z żeliw sferoidalnych EN-GJS-500 i EN-GJS-600 o osnowie ferrytyczno-perlitycznej oraz płatkowych EN-GJL-200 i EN-GJL-250 o osnowie perlitycznej. Wykazano, że w zakresie zastosowanych fluencji od 10 do 140 Jźmm-2 uzyskiwane głębokości stref zmodyfikowanych w przypadku żeliw płatkowych są ponad 2-krotnie mniejsze niż głębokości stref w przypadku żeliw sferoidalnych, co potwierdziło wniosek z analizy teoretycznej. Badania wykazały, że dla uzyskania podobnego efektu w warstwie powierzchniowej elementy wykonane z żeliw płatkowych wymagają stosowania podczas obróbki większych fluencji niż elementy z żeliw sferoidalnych. Ma to istotne znaczenie nie tylko przy prognozowaniu głębokości umocnienia warstwy powierzchniowej pod względem określonych wymagań danego elementu, ale również przy planowaniu jego obróbki wykańczającej.

EN

Presented research consist of two stages. The first one concerning analysis of heat properties of gray irons: flake and nodular and study of their influence on laser heat treatment effects. On this stage the calculations were carried out to describe the temperature changes from the surface to the core material during laser treatment. The analysis showed that using the same laser treatment parameters will cause smaller depth of modified zone in case of flake irons than nodular irons. The aim of the second stage of research was to verify this theoretical conclusion from the first stage. Therefore, the laser heat treatment (laser hardening) was performed on EN-GJS-500 and EN-GJS-600 nodular irons with ferrite-pearlite matrix and GJL-200 and EN-GJL-250 flake irons with pearlite matrix. It was showed that in spread of applied fluences from 10 to 140 Jźmm-2 the obtained depth of modified zone in case of flake iron is over twice smaller than in case of nodular irons. Thus, the theoretical conclusion was confirmed. As a result the research showed that to obtain similar effects in the surface layer by laser treatment of elements made of flake iron it is necessary to use higher fluence values than for treatment for nodular iron. This is extremely important not only in prediction of hardened surface layer depth concerning properties which are necessary for particularly treated part but for super finish mechanical treatment planning as well.