Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Cz. 2, Stale konstrukcyjne stopowe

Praca obejmuje drugą część badań przyczynkowych nad oceną stanu strukturalnego stali o różnym składzie chemicznym w strefie grzania laserowego, realizowanych w Instytucie Obróbki Plastycznej oraz w Instytucie Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. W pierwszej części [1] badano skutki obróbki laserowej stali węglowych o różnej zawartości węgla; od około 0,04 %C (stal E04J) do 0,8 %C (stal N8E). W niniejszym artykule oceniano podobnie skutki obróbki laserowej pięciu stali konstrukcyjnych o różnym składzie chemicznym (18HGT, 33H3MF, 38HMJ, 40H i 45) w stanie zahartowanym i ulepszonym cieplnie oraz porównano skutki obróbki laserowej stali 33H3MF i 38HMJ (przeznaczonych do azotowania) w stanie przed i po azotowaniu; przy czym grubość warstwy dyfuzyjnej wynosiła około 0,6 mm. Badania wykazały, że twardość po zahartowaniu laserowym zależy przede wszystkim od zawartości węgla w stali, natomiast odporność na odpuszczające działanie temperatury od zawartości węglikotwórczych składników stopowych. Stwierdzono ponadto, że – podobnie jak w przypadku stali węglowych – parametry zahartowanego obszaru (głębokość i szerokość warstwy) zmniejszają się ze wzrostem prędkości przemieszczania się wiązki światła lasera. Obserwacje strukturalne wykazały, że warstwa obrobiona ciepl-nie zawiera różniące się między sobą obszary; strefa, a także liczne drobne pęknięcia ułożone zgodnie z kierunkiem odprowadzenia ciepła oraz (podobnie jak w pracy [1]) szczeliny ułożone prostopadle do powierzchni próbki i pęcherze. Stwierdzono zróżnicowane struktury hartowania w strefie przetopionej. W drugiej części badań oceniono rozkłady twardości warstw azotowanych stali 33H3MF i 38HMJ. Stwierdzono, że różnią się one głębokością utwardzenia i wyraźnie twardością przy powierzchni, a war-stwa stali 33H3MF ma w tej części znacznie większą twardość. Zauważono również, że obróbka laserowa niszczy warstwę dyfuzyjną (powierzchniową), powodując powsta-nie pęcherzy, które w niektórych przypadkach są przyczyną tworzenia się nieciągłości powierzchni, a także że twardość przetopionej warstwy dyfuzyjnej jest o około 400 jednostek HV0,1 mniejsza od twardości warstwy azotowanej.

This paper covers the second part of adjunctive studies assessing the structural state of steel with different chemical compositions in a laser heating zone, conducted at the Metal Forming Institute and at the Institute of Machines and Transportation of the Poznań University of Technology. The first part [1] investigated the effects of laser treatment of carbon steels with varying carbon content; from approx. 0.04 %C (E04J steel) to 0.8 %C (N8E steel). Similarly, this article assesses the effects of laser treatment of five construc-tional steels with varying chemical compositions (18HGT, 33H3MF, 38HMJ, 40H and 45) in hardened and heat-treated state, and the effects of laser treatment of 33H3MF and 38HMJ steels (intended for nitriding) were compared in pre- and post-nitrided state; where the thickness of the diffusion layer was approx. 0.6 mm. Tests showed that hardness after laser treatment depends, above all, on carbon content in the steel, while resistance to the tempering action of temperature depends on the content of carbide-forming alloying ingredients. Moreover, it was determined that – similarly as in the case of carbon steels – the parameters of the hardened area (depth and width of the layer) decrease as the laser beam’s speed of travel increases. Structural observations revealed that the heat-treated layer contains differing areas; the heat-affected zone, and numerous fine cracks oriented in the direction of heat take-off, as well as (similarly as in paper [1]), crevices arranged perpendicularly to the sample’s surface, and bubbles. Different har-dening structures were observed in the melted zone. In the second part of studies, hard-ness distributions of nitrided layers of 33H3MF and 38HMJ steels were evaluated. It was determined that they differ in hardening depth, and clearly, in near-surface hardness; and the layer of 33H3MF steel has substantially higher hardness in this layer. It was also observed that laser treatment destroys the diffusion (surface) layer, causing bubbles to form, which are the cause of surface discontinuities in certain cases, as well as that the hardness of the melted diffusion layer is approx. 400 HV0.1 units lower than the hardness of the nitrided layer.