Technologia niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego wykazała, iż zawartość azotu w atmosferze podczas obróbki cieplno-chemicznej wpływa
na skład chemiczny uzyskanych warstw. Wykazano, iż wzrost zawartości azotu w mieszaninie gazowej podczas azotowania powoduje zwiększony udział tegoż
pierwiastka w warstwie dyfuzyjnej.
Badania dyfrakcji rentgenowskiej wykazały odmienną budowę fazową warstw dyfuzyjnych w zależności od zawartości azotu w atmosferze podczas niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego. W każdym przypadku uzyskane warstwy dyfuzyjne składały się z fazy S. W przypadku procesów 1 i 2 obróbka cieplno-chemiczna prowadziła do uzyskania mikrostruktury składającej się wyłącznie
z wyżej wymienionej fazy. Wzrost zawartości azotu w mieszaninie gazowej w procesach 3 i 4 wpłynął na uzyskanie mikrostruktury o odmiennej budowie fazowej.
Stop składał się z fazy S, będącej głównym składnikiem warstwy dyfuzyjnej oraz azotków chromu i prawdopodobnie azotków żelaza.
Badania metalograficzne wykazały, iż po procesie niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego następuje zanik ferrytu delta, którego występowanie zaobserwowano w materiale rodzimym. Poza tym zaobserwowano, iż zastosowanie mieszaniny gazowej zawierającej kolejno: 10 i 30 % azotu nie prowadzi do powstania pęknięć w warstwach dyfuzyjnych, w przeciwieństwie do wyższych zawartości azotu w mieszaninie podczas azotowania jarzeniowego.
Technologia laserowego przetapiania warstw spowodowała utlenienie powierzchni stopu i w konsekwencji powstanie na powierzchni warstwy tlenków chromu. Poza tym, nie zaobserwowano zmian w składzie chemicznym badanej stali austenitycznej.
Badania dyfrakcji rentgenowskiej warstw przetopionych wykazały niewielki wpływ technologii laserowej na budowę fazową analizowanego stopu. Dostrzeżono, iż szybkość chłodzenia w trakcie krystalizacji wtórnej powoduje zmiany w zawartości ferrytu delta w mikrostrukturze przetopu.
Badania metalograficzne ujawniły charakterystyczne strefy w przetopie.
W obszarze przygranicznym w przetopach w zależności od zastosowanej mocy wiązki lasera występowała strefa o budowie komórkowej bądź dendrytyczna o budowie
Wpływ azotowania jarzeniowego i laserowego nadtapiania na odporność kawitacyjną stali austenitycznej
str. 125
kolumnowej. Odmienna budowa mikrostruktury wiązała się również ze zmianą
rozkładu ferrytu delta w mikrostrukturze. Zastosowanie mocy wiązki lasera 2 kW i prędkości przesuwu 0,25 m/min skutkowało uzyskaniem budowy komórkowej (rys. 9.5), w której ferryt delta występował w postaci nieciągłej siatki wokół austenitu.
Użycie większej mocy wiązki lasera o mocy 5 kW, przy zachowaniu pozostałych parametrów na niezmiennym poziomie, skutkowało utworzeniem strefy dendrytów kolumnowych (rys. 9.7). Rozrost dendrytów odbywał się zgodnie z kierunkiem odprowadzania ciepła. Pomiędzy przetopem, a materiałem rodzimym zaobserwowano w obu przypadkach strefę przejściową o płaskim froncie krystalizacji.
Rozwiązanie innowacyjne, polegające na połączeniu obu operacji niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego i laserowego nadtapiania prowadzi
do uzyskania warstw multipleksowych. Badania składu chemicznego wykazały, iż przetapianie laserowe warstw dyfuzyjnych prowadzi do uzyskania grubszych
warstw o zmniejszonej zawartości azotu. Zawartość azotu w warstwach multipleksowych była zależna od obróbki cieplno-chemicznej poprzedzającej nadtapianie laserowe. Wyższe zawartości azotu w warstwie dyfuzyjnej przekładały się
na wyższą zawartość azotu w wytworzonych warstwach multipleksowych.
Z uzyskanych gradientów zawartości azotu wynika, iż pomiędzy strefą przypowierzchniową oraz strefą przejściową występuje plateau o prawie stałej zawartości azotu. Należy przypuszczać, iż powstanie powyższego obszaru jest konsekwencją konwekcji ciekłego jeziorka. Prawdopodobnie dodatkowym czynnikiem oddziaływującym w niewielkim stopniu, a sprzyjającym powyższemu, jest kierunek odprowadzania ciepła odbywający się w dwóch przeciwnych względem siebie kierunkach. Z jednej strony dochodzi do ultraszybkiej krystalizacji wtórnej stopu w bezpośrednim kontakcie z ciekłym azotem, z drugiej zaś następuje krystalizacja ciekłego stopu będącego w bezpośrednim kontakcie z materiałem nieprzetopionym. Powyższe prowadzi do uzyskania stabilnej zawartości azotu w tym obszarze. Uzyskane zawartości azotu w warstwie multipleksowej dają potencjalną
możliwość uzyskiwania azotu w roztworze stałym (zg. z wynikami zawartymi w pracy [134]).
Badania odporności kawitacyjnej na stanowisku z wirującą tarczą wykazały, iż mechanizmy degradacji warstw nie zależą od natężenia procesu kawitacji.
Wpływ azotowania jarzeniowego i laserowego nadtapiania na odporność kawitacyjną stali austenitycznej
str. 126
Negatywny wpływ intensywności procesu na uzyskane warstwy zaobserwowano na stanowisku z wirującą tarczą. Krótszy czas inkubacji po procesie azotowania nr 1
był prawdopodobnie konsekwencją niewielkiej grubości warstwy dyfuzyjnej i znacznej różnicy właściwości mechanicznych w stosunku do materiału podłoża. Konsekwencją niniejszego było pękanie i zapadanie się warstwy, co wpłynęło znacznie na skrócenie czasu inkubacji w przebiegu erozji tak uzyskanej warstwy dyfuzyjnej. W przypadku warstwy po procesie nr 3 mechanizm degradacji był odmienny i zachodził wskutek
kruchego pękania. Wzrost twardości i sprężystości przyczynił się niemniej do wydłużenia czasu inkubacji podczas erozji w stosunku do materiału rodzimego i warstwy dyfuzyjnej wytworzonej w procesie nr 1.
Badania odporności kawitacyjnej na stanowisku magnetostrykcyjnym wykazały korzystny wpływ warstwy naazotowanej uzyskanej w procesie 1 oraz warstwy
multipleksowej na wydłużenie czasów inkubacji w stosunku do materiału rodzimego i warstwy przetopionej wiązką lasera o mocy 2 kW i prędkości przesuwu 0,25 m/min w środowisku ciekłego azotu. Należy przypuszczać, iż wzrost powyższego parametru był wynikiem uzyskania jednorodnych mikrostruktur o podwyższonym indeksie sprężystości w stosunku do pozostałych warstw i materiału referencyjnego. Porównując warstwę przetopioną oraz materiał rodzimy zaobserwowano podobne przebiegi
krzywych erozji, co należałoby wiązać z indeksem sprężystości, kształtującym się na zbliżonym poziomie w warstwie przetopionej i materiale referencyjnym. Azotowanie
po procesie nr 4 wpłynęło na skrócenie czasu inkubacji w stosunku do pozostałych warstw oraz materiału referencyjnego, z uwagi na jej kruche pękanie, będące wynikiem niejednorodności mikrostruktury warstwy dyfuzyjnej.
Wpływ azotowania jarzeniowego i laserowego nadtapiania na odporność kawitacyjną stali austenitycznej
str. 127