Laserowe stopowanie stali austenitycznej 316L borem i wybranymi pierwiastkami metalicznymi
[ 1 ] Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN Laser Alloying of Austenitic 316L Steel with Boron and Some Metallic Elements
polish
- obróbka laserowa
- stal 316L
- mikrostruktura
- mikrotwardość
- odporność na ścieranie
- laser alloying
- 316L steel
- microstructure
- microhardness
- wear resistance
PL Stal austenityczna 316L jest dobrze znana jako materiał o bardzo dobrej odporności na korozję i utlenianie w podwyższonych temperaturach. Stąd też jest ona powszechnie stosowana w warunkach oddziaływania agresywnego środowiska, czy w podwyższonych temperaturach. Jednakże jej wadą jest stosunkowo niska twardość (200 HV). W warunkach dużych obciążeń mechanicznych stal ta powinna się charakteryzować odpowiednio odpornością na zużycie. W niniejszej pracy zastosowano process laserowego stopowania borem (laserowe borowanie) lub borem i wybranymi pierwiastkami metalicznymi w celu poprawy twardości i odporności na zużycie przez tarcie tego materiału. Jeśli materiał stopujący zawierał oprócz boru pierwiastki metaliczne, można było zmniejszyć moc wiązki laserowej podczas procesu stopowania. Badano mikrostrukturę wytworzonych warstw oraz takie ich właściwości użytkowe, jak: twardość, odporność na zużycie przez tarcie, odporność na korozję i kohezja. Wytworzono kompozytowe warstwy borkowe bez defektów (mikropęknięć, czy porów gazowych) odpowiadające strefie przetopionej. Warstwy te składały się z twardych faz ceramicznych (borków żelaza, niklu i chromu) w miękkiej austenitycznej osnowie. Austenityczna struktura stali 316L nie poddawała się hartowaniu, niezależnie od stosowanej szybkości chłodzenia podczas obróbki laserowej. Dlatego też strefa wpływu ciepła nie różniła się mikrostrukturą od podłoża. Stwierdzono znaczne zwiększenie odporności na zużycie warstw stopowanych laserowo w porównaniu do nieobrobionej stali 316L. Dominującemu mechanizmowi zużycia ściernego towarzyszyło zużycie adhezyjne i zużycie przez utlenianie, o czym świadczyły kratery adhezyjne i obecność tlenków na zużytych powierzchniach. Jednocześnie, pomimo struktury wielofazowej, odporność korozyjna stopowanych warstw była tylko nieznacznie gorsza od odporności stali 316L bez obróbki. Najbardziej korzystną kombinację odporności na zużycie i odporności na korozję otrzymano dla warstwy laserowo stopowanej borem i niklem.
EN Austenitic 316L steel is well-known for its good resistance to corrosion and heat resistance. Therefore, this material was often used wherever corrosive media or high temperatures were to be expected. However, a relatively low hardness (200 HV) is an important disadvantage of this steel. Under conditions of appreciable mechanical wear, this steel had to characterize by suitable wear protection. In this study, the process of laser alloying with boron (laser boriding) or with boron and some metallic elements was used in order to improve the hardness and wear behavior of this material. If the alloying material consisted of boron and metallic elements, there was a possibility to use the lower laser beam power during laser alloying. The microstructure of the layers and such properties as hardness, wear resistance, corrosion resistance and cohesion were studied. The composite boride layers without defects (microcracks or gas pores) were produced as a re-melted zone. They consisted of hard ceramic phases (iron, nickel and chromium borides) and a soft austenitic matrix. An austenitic structure of 316L steel could not be hardened, irrespective of cooling rate obtained during laser heat treatment. Therefore, the heat-affected zone and the substrate didn’t differ in microstructure from each other. The significant increase in wear resistance of laser-alloyed layers was observed in comparison with the untreated 316L steel. The predominant abrasive wear was accompanied by adhesive and oxidative wear evidenced by shallow grooves, adhesion craters and the presence of oxides on the worn surfaces. Simultaneously, in spite of the multiphase microstructure, the corrosion resistance of the alloyed layers was comparable to 316L without treatment. The most acceptable combination of wear behaviour and corrosion resistance was obtained for laser-alloyed layer with boron and nickel.
151
materials engineering
materials engineering
DrOIN 2072
public
Tadeusz Frączek
Częstochowa, Polska
19.12.2019
polish
public
Jerzy Michalski
Warszawa, Polska
23.12.2019
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
18.12.2020
Rada Dyscypliny Inżynieria Materiałowa Politechniki Poznańskiej
doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: inżynieria materiałowa