PL229685B1

PL229685B1 - Sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego

Info

Publication number: PL229685B1
Application number: PL413225A
Authority: PL
Inventors: Marta Paczkowska
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2018-08-31
Also published as: PL413225A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego w którym obrabianą powierzchnię warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego pokrywa się powłoką stopującą składającą się z substancji stopującej i wiążącej, przy czym substancją stopującą jest amorficzny bór. Następnie obrabianą powierzchnię poddaje się laserowej obróbce cieplnej polegającej na stopowaniu z gęstością mocy wiązki laserowej w zakresie 40 - 160 W/mm2 oraz prędkość posuwu 4 - 16 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni równym 0,2 - 1 s.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliw sfero idalnych.

Żeliwa sferoidalne wykorzystywane są na wiele części w motoryzacji np. silniki (wały korbowe, wałki rozrządu) czy układy hamulcowe (tarcze). Niektóre fragmenty warstwy wierzchniej tych części narażone są na intensywne zużywanie w wyniku tarcia, a nie raz i korozji.

Konieczne jest w związku z tym zastosowanie obróbki powierzchniowej, która zapewniałaby zwiększenie ich odporności na zużycie. Obróbka modyfikująca warstwę wierzchnią jedynie tych narażonych na intensywne zużywanie się fragmentów jest wystarczająca.

W stanie techniki znane są metody laserowej modyfikacji warstw wierzchnich materiałów metalicznych. Z polskiego opisu patentowego PL186654 znany jest sposób wytwarzania spiekanego elementu mechanicznego o powierzchni odpornej na ścieranie, w którym na korpus metaliczny techniką laserową nakłada się pokrycie cermetowe. Z chińskiego opisu patentowego CN101880483B znana jest powłoka ceramiczna zwierająca w swym składzie m.in. azotek krzemu oraz sposób jej laserowego stopowania: W tym przypadku substancja wzbogacająca warstwę wierzchnią jest wieloskładnikowa. Z amerykańskiego opisu patentowego US5411770A znany jest sposób modyfikacji stali nierdzewnej, utwardzanej powłoką żelową z azotku krzemu w atmosferze ochronnej azotu za pomocą lasera CO2, w celu utworzenia na niej warstwy stopu powierzchniowego. W niemieckim opisie patentowym DE3347048A1 przedstawiono sposób wytwarzania warstwy powierzchniowej zawierającej bor przez zautomatyzowane napawanie, przy wykorzystaniu plastycznie odkształcalnego materiału wypełniacza. Sposób ten jednak odnosi się do tworzenia borowanej warstwy za pomocą metody spawalniczej i dotyczy stali. Z japońskiego opisu JP5686247B2 znane jest narzędzie posiadające powłokę z azotku boru utworzoną za pomocą metody osadzania. Ponadto z polskiego opisu patentowego P.409277 znany jest sposób laserowej obróbki cieplnej warstwy wierzchniej żeliwa szarego płatkowego wzmocnionego przez zabielanie, w którym powierzchnię żeliwa wzmocnionego przez zabielanie pokrywa się powłoką stopującą zawierzającą Si3N4-a.

Sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego, według wynalazku polega na tym, że obrabianą powierzchnię warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego pokrywa się powłoką stopującą składającą się z substancji stopującej i wiążącej, przy czym substancją stopującą jest amorficzny bor, następnie obrabianą powierzchnię poddaje się laserowej obróbce cieplnej polegającej na stopowaniu z gęstością mocy wiązki laserowej w zakresie od 40 do 160 W/mm² oraz prędkość jej posuwu 4-16 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni równym 0,2-1 s. Korzystnym jest, kiedy posuw wiązki laserowej odbywa się po linii prostej.

Sposób według wynalazku zapewnia wytworzenie warstwy wierzchniej, składającej się ze strefy przetopionej o drobnoziarnistej zahartowanej mikrostrukturze wzbogaconej o borki żelaza Fe2B, o szerokości 2-3 mm i maksymalnej głębokości 0,2--0,3 mm. Strefa ta charakteryzuje się zwiększoną twardością 1100-1300HV0,1 (ok. 5-krotnie w porównaniu do twardości ferrytyczno-perlitycznej wyjściowej osnowy żeliwa sferoidalnego) oraz posiada większą odporność na zużycie (nawet blisko 20-krotnie mniejszy ubytek masy odnotowano w przypadku próbek obrobionych laserowo niż w próbkach nieobrobionych). Dodatkową zaletą jest zmniejszenie zużycia również badanej przeciwpróbki. Ponadto należy zaznaczyć, iż strefy stopowane laserowo charakteryzuje zwiększona odporność na korozję.

Poza tym, że laserowa obróbka cieplna z przetopieniem powoduje powstanie w warstwie wierzchniej strefy stopowanej (jako pierwszej od powierzchni), to powoduje również powstanie pod nią strefy przejściowej (składającej się z części przetopionych i nie przetopionych), która zapewnia dobre połączenie strefy stopowanej z materiałem nieprzetopionym. Występowanie z kolei strefy zahartowanej ze stanu stałego pod strefą przejściową dodatkowo wzmacnia cała warstwę wierzchnią obrabianego żeliwa.

Przykładem realizacji sposobu według wynalazku jest obróbka fragmentu noska krzywki w wałku rozrządu. W celu uzyskania modyfikacji warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego przeprowadza się nagrzewanie fragmentu warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego - uprzednio pokrytego powłoką stopującą składającą się z substancji stopującej i wiążącej, w której substancją stopującą jest amorficzny bor - promieniowaniem za pomocą wiązki laserowej lasera molekularnego CO2 o pracy ciągłej z gęstością mocy równą 160 W/mm². Odległość dyszy od nagrzewanej powierzchni to 127 mm. Prędkość posuwu wiązki laserowej względem próbki to 16 mm/s.

PL 229 685 B1

Stopowanie laserowe polega na przetopieniu warstwy wierzchniej wraz z powłoką stopującą składającą się z substancji stopującej i wiążącej. Substancją stopującą jest amorficzny bor. Grubość zastosowanej powłoki wynosi 0,04 mm.

Claims

1. Sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego, znamienny tym, że obrabianą powierzchnię warstwy wierzchniej żeliwa sferoidalnego pokrywa się powłoką stopującą składającą się z substancji stopującej i wiążącej, przy czym substancją stopującą jest amorficzny bor, następnie obrabianą powierzchnię poddaje się laserowej obróbce cieplnej polegającej na stopowaniu z gęstością mocy wiązki laserowej w zakresie 40-160 W/mm² oraz prędkość posuwu 4-16 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni równym 0,2-1 s.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że posuw wiązki laserowej odbywa się po linii prostej.