Profile mikrotwardości w warstwach stopowanych laserowo wytworzo-

8.3.1 Warstwa stopowana laserowo borem

Profile mikrotwardości laserowo borowanych warstw kompozytowych wytworzonych przy różnych mocach wiązki laserowej (od 1,43 kW do 1,82 kW) pokazano na rysunku 77 [94] z uwzględnieniem linii pomiarowych (Rys. 77d).

Otrzymany skład fazowy, a zwłaszcza obecność twardych faz ceramicznych (borków metali), był przyczyną zwiększenia mikrotwardości przy powierzchni oraz w całej strefie przetopionej. Mikrotwardość laserowo borowanej stali 316L mierzono wzdłuż osi ścieżek laserowych wytwarzanych przy różnych mocach wiązki (Rys. 77a). Zastosowana moc wiązki wpływała na wyniki pomiarów z powodu otrzymania różnych stosunków rozcieńczenia (DR), co powodowało różnice w udziale twardych borków i miękkiego austenitu w warstwie kompozytowej. Największą mikrotwardość zaobserwowano tuż przy powierzchni (ok. 880-890 HV) strefy przetopionej mocą wiązki P = 1,43 kW. Wynikało to z największego udziału borków w mikrostrukturze w tym przypadku. Stosowanie większej mocy wiązki laserowej (1,56 i 1,82 kW) powodowało zmniejszenie przypowierzchniowej twardości do ok. 800 HV. W miarę oddalania się od powierzchni mikrotwardość zmniejszała się wskutek zwiększającego się udziału miękkiej osnowy austenitycznej. Przy końcu strefy przetopionej twardość wynosiła ok. 400 HV. Pod strefą przetopioną otrzymano twardość 160-190 HV charakterystyczną dla materiału podłoża, czyli stali austenitycznej 316L. Pomiary mikrotwardości w strefie wpływu ciepła nie różniły się zatem od pomiarów w podłożu, co wskazywało na brak zmian mirostruktury w tej strefie. Głębokość strefy przetopionej zależała od stosowanej mocy wiązki (a zatem i stosunku rozcieńczenia) i była największa dla największej mocy (1,82 kW).

Zbliżoną twardość zmierzono wzdłuż styku sąsiednich ścieżek wytworzonych przy mocy wiązki P = 1,82 kW (Rys. 77b). Jedynie głębokość strefy przetopionej była nieznacznie mniejsza w tym przypadu. Pomiary przeprowadzone równolegle do powierzchni (Rys. 77c) wskazywały na prawie stałą twardość (710-800 HV) na głębokości 0,03 mm, jak również zminiejszoną twardość w odległości 0,3 mm od

powierzchni, co wynikało ze zmniejszonego udziału twardych borków w mikrostrukturze.

Rys. 77. Profile mikrotwardości laserowo borowanych warstw kompozytowych wytworzonych na stali austenitycznej 316L: wzdłuż osi ścieżki przy różnej mocy wiązki laserowej (a); wzdłuż osi ścieżki i na styku ścieżek dla mocy wiązki 1,82 kW (b); równolegle do powierzchni na różnej głębokości przy mocy wiązki 1,82 kW (c); linie pomiarów mikrotwardości (d) [94]

Rys. 78. Profile mikrotwardości mierzone wzdłuż osi ścieżki warstw borowanych laserowo wiązką o mocy 1,82 kW przy współczynniku rozcieńczenia DR=0,37 [94] i DR= 0,54 [107]

Porównano profile mikrotwardości warstw laserowo stopowanych borem przy mocy P = 1,82 kW przy różnych stosunkach rozcieńczenia otrzymanych w wyniku stosowania różnej grubości powłoki z borem (Rys. 78). Stwierdzono dość znaczne różnice w twardości strefy przetopionej. Warstwa charakteryzująca się stosunkiem rozcieńczenia DR=0,37 [94] osiągała przy powierzchni twardość 800 HV, podczas gdy w przypadku stosunku rozcieńczenia 0,54 [107] przypowierzchniowa, a zarazem maksymalna twardość wynosiła tylko 600 HV przy jednoczesnym zwiększeniu głębokości przetopienia.

8.3.2 Warstwa stopowana laserowo borem i dodatkiem samosmarującym CaF2

Profile mikrotwardości powstałych podczas laserowego stopowania stali austenitycznej 316L borem z dodatkiem samosmarującym (lubrykantem stałym) w postaci proszku CaF2 przedstawiono na rysunku 79. Mikrotwardość mierzono wzdłuż osi ścieżki laserowej. Moc wiązki w procesie obróbki laserowej wynosiła P

= 1,82 kW. Zastosowanie dodatkowego materiału stopującego wpłynęło ma zmniejszenie przypowierzchniowej mikrotwardości w strefie przetopienia laserowego do ok. 580 HV. Otrzymany profil mikrotwardości porównano z profilami po laserowym stopowaniu wyłącznie borem przy zastosowaniu takiej samej mocy wiązki laserowej (P = 1,82 kW) i różnych stosunkach rozcieńczenia DR (0,37 i 0,54) wynikających z różnych grubości powłoki z materiałem stopującym.

Rys. 79. Profil mikrotwardości mierzony wzdłuż osi ścieżki warstwy stopowanej laserowo borem i dodatkiem samosmarującym CaF2 [100] w porównaniu do profili po laserowym borowaniu [94, 107]

Dodatek lubrykantu stałego w postaci fluorku wapnia spowodował zwiększenie głębokości strefy przetopionej (do ok. 430 µm) wskutek obniżonej temperatury topnienia materiału stopującego, co powodowało zwiększenie stosunku rozcieńczenia do DR = 0,56. Sprzyjało to łagodniejszemu spadkowi twardości

między strefą przetopioną a rdzeniem, co wcześniej obserwowano też w przypadku podobnej obróbki stosowanej na stali łożyskowej [103, 104]. W podłożu mikrotwardość spadała do wartości charakterystycznych dla stali austemitycznej 316L (160-190 HV).

8.3.3 Warstwa stopowana laserowo borem i stopem Stellite-6

Na rysunku 80 pokazano profile mikrotwardości dla dwóch warstw stopowanych laserowo borem i stopem Stellite-6 wytworzonych przy zastosowaniu mocy wiązki laserowej 1,43 kW i 1,56 kW, co skutkowało stosunkiem rozcieńczenia odpowiednio: 0,41 i 0,48. Mikrotwardość mierzono wzdłuż osi ścieżek laserowych, a otrzymane profile porównano z profilami po laserowym stopowaniu wyłącznie borem przy stosunku rozcieńczenia 0,37 i 0,54. Twardość strefy przetopionej (stopowanej laserowo) zależy silnie od rodzaju materiału stopującego oraz parametrów obróbki laserowej, t.zn. stosowanej mocy wiązki skutkującej różnym stosunkiem rozcieńczenia, a w konsekwencji – różnym udziałem twardych borków żelaza w mikrostrukturze. Większą twardość przypowierzchniową (ok. 800 HV) warstwy stopowanej borem i stopem Stellite-6 zmierzono w przypadku stosowania mniejszej mocy wiązki (P = 1,43 kW). Zasadniczo profil mikrotwardości w strefie przetopionej (stopowanej) jest w tym przypadku porównywalny z profilem otrzymanym po laserowym stopowaniu wyłącznie borem przy stosunku rozcieńczenia 0,37. Nieco większa jest głębokość przetopienia, co związane jest z większą wartością stosunku rozcieńczenia (0,41).

Rys. 80. Profile mikrotwardości mierzone wzdłuż osi ścieżki w warstwach stopowanych laserowo borem i stopem Stellite-6 przy mocy wiązki lasera 1,43 kW [105] i 1,56 kW w porównaniu do profili po laserowym borowaniu [94, 107]

Profil mikrotwardości otrzymany przy większej mocy wiązki (P = 1,56 kW) jest z kolei podobny do profilu wyznaczonego dla laserowego borowania skutkującego stosunkiem rozcieńczenia 0,54, przy czym głębokość przetopienia jest nieco mniejsza z powodu mniejszej wartości DR (0,48), a twardość w strefie przetopionej nieznacznie większa. W podłożu mikrotwardość spadała do wartości charakterystycznych dla stali austemitycznej 316L (160-210 HV).

Rys. 81. Profile mikrotwardości mierzone wzdłuż osi ścieżki w warstwach stopowanych laserowo borem i niklem przy mocy wiązki lasera 1,43 kW [106] i 1,56 kW w porównaniu do profili po laserowym borowaniu [94, 107]

8.3.4 Warstwa stopowana laserowo borem i niklem

Rysunek 81 przedstawia profile mikrotwardości warstw stopowanych laserowo borem i niklem przy zastosowaniu mocy wiązki laserowej 1,43 kW i 1,56 kW, co skutkowało stosunkiem rozcieńczenia odpowiednio: 0,42 i 0,48. Wyniki pomiarów porównano z profilami mikrotwardości stali austenitycznej 316L stopowanej wyłącznie borem wiązką o mocy P = 1,82 kW przy różnych stosunkach rozcieńczenia DR (0,37 i 0,54). Podobnie, jak w poprzednich przypadkach, twardość była mierzona wzdłuż osi ścieżek laserowych.

Większą twardością przy powierzchni (ok. 690-740 HV) charakteryzowała się warstwa stopowana borem i niklem wiązką o mniejszej mocy (1,43 kW). W przypadku obróbki wiązką laserową o większej mocy (1,56 kW) twardość przypowierzchniowa osiągała 600-680 HV, a głębokość strefy przetopionej (stopowanej laserowo) zwiększała się. Zasadniczo, twardość strefy przetopionej mieściła się w obu przypadkach pomiędzy wartościami otrzymanymi w warstwach stopowanych wyłącznie borem o stosunku rozcieńczenia 0,37 i 0,54 (Rys. 81).

Różniły się nieco głębokości strefy przetopionej, wynikające z różnych stosunków

rozcieńczenia. Twardość podłoża pod strefą przetopioną osiągała 160-210 HV, czyli wartości charakterystyczne dla stali austemitycznej 316L.

8.3.5 Warstwa stopowana laserowo borem, niklem i chromem

Profile mikrotwardości warstw stopowanych laserowo borem, niklem i chromem przy zastosowaniu mocy wiązki laserowej P = 1,43 kW i P = 1,56 kW pokazano na rysunku 82. Profile te porównano z przedstawionymi wcześniej profilami mikrotwardości po borowaniu laserowym (laserowym stopowaniu borem) z różnymi współczynnikami rozcieńczenia DR = 0,37 i DR = 0,54.

Największą mikrotwardość strefy przetopionej, sięgającą nawet 940 HV, otrzymano dla warstwy stopowanej borem, niklem i chromem wiązką o mocy 1,43 kW, co skutkowało stosunkiem rozcieńczenia 0,43. Prawdopodobnie spowodowane to było pojawieniem się w mikrostrukturze większego udziału bardzo twardych borków chromu. Nieco mniejszą twardością (670-850 HV) charakteryzowała się strefa stopowana borem, niklem i chromem wiązką o większej mocy (P = 1,56 kW) i stosunku rozcieńczenia 0,49.. W tym przypadku otrzymana twardość strefy przetopionej była porównywalna z twardością warstwy stopowanej wyłącznie borem o stosunku rozcieńczenia DR = 0,37. Obie warstwy stopowane laserowo borem, niklem i chromem miały twardość większą od warstwy stopowanej wyłącznie borem przy stosunku rozcieńczenia 0,54. W podłożu stwierdzono twardość charakterystyczną dla stali austenitycznej 316L (160-210 HV).

Rys. 82. Profile mikrotwardości mierzone wzdłuż osi ścieżki w warstwach stopowanych laserowo borem, niklem i chromem przy mocy wiązki lasera 1,43 kW i 1,56 kW w porównaniu do profili po laserowym borowaniu [94, 107]

8.4 Odporność na zużycie przez tarcie warstw stopowanych laserowo