MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI STALI NARZĘDZIOWYCH NADTAPIANYCH LASEREM CO 2

Podobne dokumenty
LASEROWE UMACNIANIE STALI NIESTOPOWYCH. A. BYLICA 1, S. ADAMIAK 2 Instytut Techniki, Uniwersytet Rzeszowski Rzeszów, ul.

WŁAŚCIWOŚCI ŻELIWA SZAREGO NADTOPIONEGO WĄZKĄ LASEROWĄ. S. ADAMIAK 1 Instytut Techniki, Uniwersytet Rzeszowski Rzeszów, ul.

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

ZMIANY SKŁADU FAZOWEGO STALI SZYBKOTNĄCYCH PO OBRÓBCE LASEROWEJ. ul. Reymonta 25, Kraków

NAPRĘŻENIA WŁASNE W STALI C45 NADTAPIANEJ LASEROWO

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

ZMIANA WŁASNOŚCI STALI SZYBKOTNĄCEJ SKSM PO OBRÓBCE LASEROWEJ

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

NAPRĘŻENIA WŁASNE W HARTOWANYCH LASEROWO STALACH SK5MC, SW7M, 45

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURALNA WARSTWY WIERZCHNIEJ W STALIWIE Cr Mo W WARUNKACH ŚCIERANIA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA LASEROWO. BYLICA Andrzej, ADAMIAK Stanisław Instytut Techniki, Wyższa Szkoła Pedagogiczna Rzeszów, ul.

MODYFIKACJA STOPU AK64

Badania wpływu obróbki laserowej i azotowania na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

Badania nad stopowaniem laserowym warstw wierzchnich elementów cylindrycznych z żeliwa sferoidalnego

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

WPŁYW AZOTU NA STRUKTURĘ, TWARDOŚĆ I ZUŻYCIE ŚCIERNE ŻELIWA CHROMOWEGO

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

36/29 Soljdjf'jc:;arioQ ofmdals llld AlJoys, No.36, 1998 Ku~ Metali i Stopów, Nr 36, 1998 PAN- Oddział K.1towice PL ISSN

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

32/42 NA ŚCIERANIE POWIERZCHNI STALI EUTEKTYCZNEJ WPŁ YW OBRÓBKI LASEROWEJ NA ODPORNOŚĆ

Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

ŻELIWNE ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

OCENA MIKROSTRUKTURY W ASPEKCIE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH WALCÓW HUTNICZYCH Częstochowa, al. Armii Krajowej 19

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

OBRÓBKA CIEPLNA STOPOWYCH KOMPOZYTÓW POWIERZCHNIOWYCH

ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Andrzej BYLICA, Andrzej Dziedzic Instytut Techniki, WSP Rzeszów Ul. Rejtana 16 A, Rzeszów

OCENA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH NOWYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH NA OSNOWIE NIKLU

ŻELIWO NI-RESIST O OBNIŻONEJ ZAWARTOŚCI NIKLU

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE WALCOWANEGO NA GORĄCO ŻELIWA SFEROIDALNEGO

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

Metaloznawstwo II Metal Science II

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Z UKŁADU Ni-Ta-Al-M O DUŻEJ ZAWARTOŚCI WĘGLA

MOŻLIWOŚCI KSZTAŁTOWANIA ODPORNOŚCI NA PROCESY ZUŻYWANIA LASEROWO BOROWANYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH ELEMENTÓW STALOWYCH ORAZ ŻELIWNYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do rozdzielania i rozdrabniania materiałów bądź nadawania kształtu przez

Stale narzędziowe. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

ODPORNOŚĆ NA ZUŻYCIE ŚCIERNE WARSTW WYTWARZANYCH METODĄ LASEROWO-MECHANICZNĄ 1. WSTĘP

WPŁYW CHROMU, MOLIBDENU I WANADU NA STRUKTURĘ I WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE STALIWA DO PRACY NA GORĄCO

WPŁYW PRĘDKOŚCI KRYSTALIZACJI KIERUNKOWEJ NA ODLEGŁOŚĆ MIĘDZYPŁYTKOWĄ EUTEKTYKI W STOPIE Al-Ag-Cu

T E C H N I K I L AS E R OWE W I N Ż Y N I E R I I W Y T W AR Z AN IA

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

WYTWARZANIE POWIERZCHNI NIEJEDNORODNYCH TECHNOLOGIĄ ELEKTROISKROWĄ I LASEROWĄ

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

MODYFIKACJA SILUMINÓW AK7 i AK9. F. ROMANKIEWICZ 1 Uniwersytet Zielonogórski, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTUR I MORFOLOGI PRZEŁOMÓW SILUMINU AK64

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

KOMPOZYTOWE WARSTWY STOPOWE C Cr Mn NA ODLEWACH STALIWNYCH. Katedra Odlewnictwa Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej 2

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

27/34 STAN WARSTWY WIERZCHNIEJ I BADANIA ZUŻYCIA OSTRZY ZE STALI SW7M OBROBIONEJ WIĄZKĄ LASEROWĄ. ZIELECKI Władysław, MARSZAŁEK Józef

WPŁYW RODZAJU OSNOWY I GRAFITU NA WŁAŚCIWOŚCI TRYBOLOGICZNE ŻELIWA SZAREGO

UTWARDZANIE DYSPERSYJNE WALCOWANEGO ŻELIWA SFEROIDALNEGO

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA MIKROSTRUKTURĘ SILUMINÓW

Stan warstwy wierzchniej po laserowej oraz laserowo-mechanicznej modyfikacji powierzchni

Badania zużycia ściernego nanostrukturalnej stali bainitycznej

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

STRUKTURA I TWARDOŚĆ WARSTW PRZETAPIANYCH METODĄ GTAW NA ŻELIWIE SFEROIDALNYM

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK9

NOWOCZESNE ODMIANY ŻELIWA O STRUKTURZE AUSFERRYTYCZNEJ. A. KOWALSKI, A. PYTEL Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków

ZASTOSOWANIE METODY ATD DO JAKOŚCIOWEJ OCENY STALIWA CHROMOWEGO PRZEZNACZONEGO NA WYKŁADZINY MŁYNÓW CEMENTOWYCH

WPŁYW PRĘDKOŚCI GŁOWICY W PROCESIE HARTOWANIA LASEROWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

OBRÓBKA CIEPLNA STALIWA Cr Mo V PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

Opracowanie staliwa chromowego na tuleje ciężkich maszyn

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

37/42 KSZTAL TOW ANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU STOPU KOBALTU METODĄ GTAW. Zenon OPIEKUN STRESZCZENIE. l. WSTĘP

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Odpuszczanie (tempering)

OCENA APARATU MILLERA DO OKREŚLANIA ODPORNOŚCI NA ŚCIERANIE STALIWA KONSTRUKCYJNEGO

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PARAMETRY STEREOLOGICZNE WĘGLIKÓW W ŻELIWIE CHROMOWYM W STANIE SUROWYM I AUSTENITYZOWANYM

WPŁYW TWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ NA ODPORNOŚĆ STALIWA HADFIELDA NA ŚCIERANIE

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Transkrypt:

5/15 Archives of Foundry, Year 2005, Volume 5, 15 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2005, Rocznik 5, Nr 15 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI STALI NARZĘDZIOWYCH NADTAPIANYCH LASEREM CO 2 A. BYLICA 1, A. DZIEDZIC 2, W. BOCHNOWSKI 3, S. ADAMIAK 4 Instytut Techniki, Uniwersytet Rzeszowski 35-310 Rzeszów, al. Rejtana 16 A STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury SEM, mikrotwardości, odporności na zużycie tribologiczne stali narzędziowych nadtapianych wiązką lasera. Badano stale narzędziowe - do pracy na zimno: X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1, 100MnCrW4 i X155CrVMo12-1, na gorąco X38CrMoV5-1 oraz stal szybkotnącą HS 6-5-2. Po laserowej obróbce przeprowadzono konwencjonalne odpuszczanie. Pokazano, że korzystne jest przeprowadzenie procesu odpuszczania dla stali X100CrMoV5-1, X155CrVMo12-1, X38CrMoV5-1 oraz HS 6-5-2. Zachowanie stosunkowo wysokiej twardości narzędziowych stali stopowych po wysokim odpuszczaniu jest wynikiem wystąpienia efektu twardości wtórnej - wydzielania węglików stopowych koherentnych z osnową martenzytu i przemianą austenitu szczątkowego. Keywords: tool steels, laser remelted, abrasion resistance. 1. WSTĘP Laserowa obróbka warstw wierzchnich, stosowana jest w przemyśle (prawie od 20 lat) [1-3] w celu umocnienia elementów par trących maszyn i urządzeń, przylgni i grzybków zaworów w silnikach spalinowych - rzadziej w przypadku uszlachetniania narzędzi. Spośród głównych grup stali stosowanych na narzędzia (do pracy na zimno, 1 prof. zw. dr hab. inż., bylica@univ.rzeszow.pl 2 dr, dziedzic@univ.rzeszow.pl 3 dr, wobochno@univ.rzeszow.pl 4 dr, sadamiak@univ.rzeszow.pl

46 do pracy na gorąco, szybkotnących), nadtapianie stali szybkotnących szczególnie HS 6-5-2 jest procesem najczęściej opisywanym w literaturze krajowej i zagranicznej. Niewielka objętość nadtopionego materiału na zimnym podłożu sprzyja szybkiej krystalizacji, efektem, której jest struktura o znacznym rozdrobnieniu [4-6], silnie przesycona z fazami o rozszerzonej rozpuszczalności, a także nowo wytworzonymi fazami metastabilnymi [7]. W konsekwencji następuje poprawa właściwości mechanicznych i technologicznych stopu. Poprzez właściwe zaprojektowanie procesu obróbki można wytworzyć w warstwie nadtopionej korzystny stan naprężeń prowadzący do wzrostu właściwości użytkowych wyrobu. Od większości narzędzi wykonanych ze stali wymaga się wysokiej twardości przy zachowaniu dużej udarności w temperaturach pracy. W przypadku laserowego nadtapiania stali narzędziowych znacznemu wzrostowi twardości warstwy wierzchniej towarzyszy obniżenie udarności, co ogranicza zastosowanie tej technologii do umacniania narzędzi. Zjawisku temu próbuje się zapobiegać stosując po obróbce laserem konwencjonalną obróbkę cieplną. Zamieszczone w literaturze wyniki badań dotyczą głównie oceny wpływu odpuszczania na strukturę i właściwości stali szybkotnących. Stąd w niniejszej pracy podjęto temat odpuszczania stali narzędziowych do pracy na gorąco i do pracy na zimno nadtapianych wiązką laserową. 2. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Przedmiotem badań były stale: narzędziowe do pracy na zimno: X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1, 100MnCrW4 i X155CrVMo12-1, narzędziowa do pracy na gorąco X38CrMoV5-1, stal szybkotnąca HS 6-5-2. Próbki o wymiarach 8x8x40 mm naświetlano laserem CO 2 z parametrami umożliwiającymi nadtopienie warstwy wierzchniej: moc P=1,5 kw, prędkość skanowania v=0,8 m/min, średnica plamki lasera d=4 mm. Po obróbce laserowej zastosowano konwencjonalne odpuszczanie. Stale narzędziowe do pracy na zimno X45NiCrMo4 i 100MnCrW4 odpuszczano jednokrotnie w temperaturze 200 0 C, stale X100CrMoV5-1 i X155CrVMo12-1 odpuszczano jednokrotnie w temperaturze 550 0 C. Stal do pracy na gorąco X38CrMoV5-1 jednokrotnie w temperaturze 500 0 C natomiast dla stali HS 6-5-2 zastosowano odpuszczanie dwukrotne w temperaturze 560 0 C. Temperatury odpuszczania zostały dobrane w oparciu o normy konwencjonalnej obróbki cieplnej dla poszczególnych gatunków stali. Przeprowadzono badania: metalograficzne SEM, pomiary mikrotwardości metodą Vickersa na zgładzie poprzecznym do kierunku naświetlania laserem, badania tribologiczne w warunkach tarcia technicznie suchego na testerze typu trzpień-tarcza T 01M przyjmując obciążenie węzła tarcia P=44,1 N, prędkość poślizgu v p =17,2 m/min.

47 3. WYNIKI BADAŃ Naświetlanie warstwy wierzchniej badanych stali narzędziowych laserem CO 2 z parametrami jak w pracy prowadzi do uzyskania strefy nadtopienia o głębokości maksymalnie 0,5 mm i szerokości do 5 mm (rys.1a). Kształt strefy nadtopienia jest wynikiem rozkładu energii wiązki laserowej. W zależności od przyjętych parametrów obróbki uzyskuje się różną chropowatość powierzchni. Wskutek burzliwych ruchów cieczy w jeziorku oraz intensywnego nadmuchu gazu ochronnego kształtowana jest geometria warstwy wierzchniej. Przeprowadzone badania na profilometrze FORM TALY SURF SERIES 2 (zgodnie z normą PN ISO 4288) wykazały, że laserowe nadtopienie powoduje wzrost podstawowych parametrów chropowatości. Powstający na powierzchni stali charakterystyczny relief będący wynikiem przemieszczania się źródła ciepła wzdłuż określonej trajektorii charakteryzuje się zmienną chropowatością (rys.1b, 1c). a) b) 2 mm 20 m 15 10 5 0-5 -10 c) 15 10 5 0-5 -10 R a =2,49 m R t =24,12 m 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 mm 20 m R a =1,60 m R t =22,20 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 mm Rys. 1. Stal X155CrVMo12-1: a) widok próbki, b) profil powierzchni nadtopionej wykonany w poprzek ścieżki, c) profil w kierunku zgodnym z ruchem wiązki laserowej Fig. 1. Steel X155CrVMo12-1: a) view of a sample, b) surface roughness executed in direction across the path, c) surface roughness in direction of laser beam movement Wartość parametru R a po obróbce laserem w kierunku zgodnym z ruchem wiązki wynosi od 1,60 do 2,25 m, natomiast kierunku poprzecznym od 1,71 do 2,49 m. W mikrostrukturze strefy nadtopienia stali narzędziowych do pracy na zimno X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1, 100MnCrW4 widoczne są granice równoosiowych ziarn byłego austenitu powstałego podczas krystalizacji. Średnia wielkość ziarn wynosi

48 15 m. Wewnętrzną strukturę ziarn stanowią martenzyt listwowy i austenit szczątkowy. Długość listew martenzytu wynosi do 10 m (rys.2a). W strefie wpływu ciepła ujawniono na granicach ziarn charakterystyczną siatkę węglików stopowych (rys.2b). Podobnie jak w strefie nadtopienia wewnątrz ziarn występował martenzyt listwowy. Uzyskane struktury posiadały twardość odpowiednio X45NiCrMo4-680 HV0,065, X100CrMoV5-1 - 720 HV0,065, 100MnCrW4-780 HV0,065. Podczas obserwacji na mikroskopie SEM nie stwierdzono wyraźnych zmian mikrostruktury w wyniku odpuszczania. Efekty odpuszczania (procesy wydzieleniowe) uwidaczniają się w badaniach mikrotwardości. a) b) 3 m Rys. 2. Mikrostruktura stali X45NiCrMo4: a) strefa nadtopienia, b) strefy wpływu ciepła Fig. 2. Microstructure of steel X45NiCrMo4: a) remelted zone, b) heat influence zone 10 m Stal X155CrVMo12-1 należąca do grupy stali ledeburytycznych w strefie nadtopienia posiadała budowę komórkowo-dendrytyczną. Na granicach komórek występowała eutektyka. Wewnątrz komórek ujawniono martenzyt płytkowy i austenit szczątkowy (rys. 3). Mikrotwardość strefy nadtopienia przed odpuszczaniem wynosiła 840 HV0,065 a po odpuszczaniu 820 HV0,065. Rys. 3. Mikrostruktura strefy nadtopienia stali X155CrVMo12-1 Fig. 3. Microstructure of remelted zone steel X155CrVMo12-1 2 m W stali do pracy na gorąco X38CrMoV5-1 strefę nadtopienia tworzyły komórki dendrytyczne na granicach, których obserwowano jasną fazę węglikową. W obszarze

Mikrotwardość, HV0,065 X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1 100MnCrW4 X155CrVMo12-1 X38CrMoV5-1 HS 6-5-2 49 tym występowały liczne rozprzestrzeniające się po granicach pęknięcia międzykrystaliczne będące skutkiem naprężeń cieplnych (rys.4). Wewnątrz komórek obserwowano martenzyt i austenit szczątkowy. Mikrotwardość strefy nadtopienia wynosiła 700 HV0,065. Przeprowadzenie odpuszczania prowadzi do niewielkiego obniżenia twardości do wartości 680 HV0,065. Mikrostrukturę stali po odpuszczaniu konwencjonalnym przedstawiono na rys. 5. 10 m 2 m Rys. 4. Strefa nadtopienia stali X38CrMoV5-1 widoczne pęknięcia Fig.4. Remelted zone for steel X38CrMoV5-1 visible crack Rys. 5. Strefa nadtopienia stali X38CrMoV5-1 po odpuszczaniu Fig.5. Remelted zone steel X38CrMoV5-1 after tempering Strukturę stali szybkotnącej HS 6-5-2 stanowiły komórki dendrytyczne. W przestrzeniach międzydendrytycznych występowała eutektyka zawierająca węgliki typu M 6 C. Wewnątrz komórek ujawniono martenzyt i austenit szczątkowy. Twardość strefy nadtopienia wynosiła 890 HV0,065 a w wyniku odpuszczania nastąpił jej wzrost do 950 HV0,065 (rys.6), spowodowany wydzieleniem węglików stopowych podczas nagrzewania do temperatury odpuszczania oraz przemianą austenitu szczątkowego w martenzyt podczas chłodzenia. 1000 Nadtopiona laserem Nadtopiona laserem i odpuszczona 800 600 400 200 0 Gatunek stali Rys. 6. Mikrotwardość stali narzędziowych po nadtopieniu laserowym i odpuszczaniu Fig. 6. Microhardness of tool steel after laser remelted and tempered

X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1 100MnCrW4 X155CrVMo12-1 X38CrMoV5-1 HS 6-5-2 Zużycie, g 50 We wszystkich badanych stalach bezpośrednio pod strefą nadtopienia występowała wąska strefa wpływu ciepła (o szerokości do 0,2 mm). W strukturze obserwowano martenzyt, węgliki stopowe oraz austenit szczątkowy (rys. 7). Bezpośrednio pod strefą nadtopienia obserwowano lokalne nadtopienia materiału na granicach ziarn. 10 m Rys.7. Strefa wpływu ciepła stali 38CrMoV5-1 Fig.7. Heat influence zone steel X38CrMoV5-1 Wyniki badań tribologicznych (rys.8) pokazują, że laserowe nadtopienie stali narzędziowych do pracy na zimno poprawia średnio o 15% odporność na zużycie ścierne w stosunku do stali obrobionej cieplnie w sposób konwencjonalny [5]. Najmniejsze zużycie 0,01g wykazała stal 100MnCrW4 (po odpuszczaniu zużycie wynosiło 0,011g i było ono porównywalne ze zużyciem wagowym stali szybkotnącej). Na niski ubytek masy znaczący wpływ może mieć obecny w stali mangan, który wraz z żelazem tworzy cementyt stopowy odporny na ścieranie. Największe zużycie zarejestrowano dla stali X45NiCrMo4 - ponad dwukrotnie większe niż w stali 100MnCrW4. W przypadku stali do pracy na zimno X100CrMoV5-1, stali do pracy na gorąco X38CrMoV5-1 i stali szybkotnącej HS 6-5-2 po nadtopieniu laserowym korzystne jest przeprowadzenie wysokiego odpuszczania, po którym stale wykazują mniejsze zużycie tribologiczne. 0,030 Nadtopiona laserem Nadtopiona laserem i odpuszczona 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 Gatunek stali Rys. 8. Wyniki badań tribologicznych stali narzędziowych po nadtopieniu laserowym i odpuszczaniu Fig. 8. Results of abrasion wear of tool steel after laser remelting and tempering

51 4. WNIOSKI Laserowe nadtapianie, badanych w pracy stali narzędziowych, prowadzi do wzrostu odporności tribologicznej w odniesieniu do stali ulepszonej cieplnie w sposób konwencjonalny. Korzystne jest przeprowadzenie procesu odpuszczania dla stali X100CrMoV5-1, X155CrVMo12-1, X38CrMoV5-1 oraz HS 6-5-2. Zachowanie stosunkowo wysokiej twardości narzędziowych stali stopowych po wysokim odpuszczaniu jest wynikiem wystąpienia efektu twardości wtórnej - wydzielania węglików stopowych koherentnych z osnową martenzytu i przemianą austenitu szczątkowego. Obróbka laserowa z parametrami przyjętymi w pracy pozwala uzyskać chropowatość powierzchni stali w kierunku zgodnym z ruchem wiązki R a =1,60-2,25 m, natomiast kierunku poprzecznym R a =1,71-2,49 m. LITERATURA [1] Dausinger F., Bergmann H.W., Sigel j., Laser treatment of materials, 6-th European conference, Vol. 2, Germany, 1996. [2] Kusiński J., Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków, 2000. [3] Burakowski T., Wierzchoń T., Inżynieria powierzchni metali, WNT, Warszawa, 1995. [4] Bylica A., Adamiak S., Dziedzic A., Wpływ obróbki laserowej na strukturę i właściwości wybranych staliarzędziowych do pracy na zimno, Archiwum Odlewnictwa PAN, nr 11, Katowice 2004. [5] Bylica A., Major B., Bochnowski W., Dziedzic A., Wpływ gęstości mocy i czasu oddziaływania wiązki laserowej na strukturę i zużycie tribologiczne stali szybkotnącej HS 6-5-2, Polska Metalurgia w latach 1998-2002, XIII Konferencja Sprawozdawcza Komitetu Metalurgii PAN, Kraków 2002. [6] Bylica A., Dziedzic A., Bochnowski W., Naprężenia własne i zużycie tribologiczne laserowo modyfikowanych stali szybkotnących, 7 Sympozjum Techniki Laserowej, Szczecin-Świnoujście 2002. [7] Fraś E., Krystalizacja metali i stopów, PWN, Warszawa, 1992. [8] Dobrzański L.A., Bonek M., Klimpel A., Własności warstwy wierzchniej stali X40CrMoV5-1 w zależności od warunków przetapiania przy użyciu lasera diodowego dużej mocy, Inżynieria Materiałowa, nr 6 (137), 2003. [9] Szatkowski W., Wpływ hartowania laserowego na strukturę i mikrotwardość wybranych stopów żelaza, Praca magisterska pod kierunkiem A. Bylicy, Uniwersytet Rzeszowski, 2004. Stelmach J., Badania odporności na zużycie ścierne stali i żeliw po hartowaniu laserowym, Praca magisterska pod kierunkiem A. Bylicy, Uniwersytet Rzeszowski, 2004.

52 MICROSTRUCRE AND PROPERITIES OF TOOL STEELS REMELTED WITH CO 2 LASER SUMMARY The following types of steels were the object of examinations - cold-work tool steels: X45NiCrMo4, X100CrMoV5-1, 100MnCrW4 and X155CrVMo12-1, hot-work tool steel X38CrMoV5-1, high-speed steel HS 6-5-2. Samples were remelted with laser CO 2 and tempered conventionally. The following observations were performed: the metallographic SEM, measurements of micro hardness, abrasion resistance. The laser remelting of tool-grade steels leads to growth of abrasions resistance in comparison to steels subjected to conventional heat treatment. It is beneficial to perform tempering for the following steel types: X100CrMoV5-1, X155CrVMo12-1, X38CrMoV5-1 and HS 6-5-2. The preservation of relatively high hardness of tool-alloy steels after high tempering is the result of secondary hardness - precipitations of alloy carbides coherent with martensite matrix and the transformation of residual austenite. Recenzował Prof. Marek Soiński