PL232765B1

PL232765B1 - Sposób stopowania laserowego warstwy wierzchniej żeliwa szarego

Info

Publication number: PL232765B1
Application number: PL417078A
Authority: PL
Inventors: Marta Paczkowska
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2019-07-31
Also published as: PL417078A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa szarego, w którym obrabianą powierzchnię warstwy wierzchniej żeliwa szarego pokrywa się powłoką stopującą, składającą się z warstwy stopującej, wykonanej z proszku kobaltu o wielkości cząstki 2 µm i czystości 99,8% oraz substancji wiążącej, którą jest powszechnie stosowane szkło wodne. Następnie obrabianą powierzchnię poddaje się laserowej obróbce cieplnej, polegającej na stopowaniu z mocą wiązki laserowej w zakresie 2,0 - 2,6 KW oraz prędkością jej posuwu 16 - 21 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni równym 0,18 - 0,25 s.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób stopowania laserowego warstwy wierzchniej żeliwa szarego przy zastosowaniu kobaltu.

Żeliwa szare wykorzystywane są na wiele części w przemyśle motoryzacyjnym np. układu hamulcowego jak tarcze czy bębny, silnika jak pierścienie tłokowe. Powierzchnia tarczy współpracująca z klockiem hamulcowym, czy też krawędź pierścienia tłokowego współpracująca z tuleją narażona jest nie tylko na intensywne zużywanie przez tarcie oraz korozję ale również na obciążenia cieplne. Istotne jest zastosowanie takiej obróbki powierzchniowej, która wzmocniłaby warstwę narażoną na zużycie w wyniku tarcia, zwiększyłaby odporność na korozję oraz byłaby odporna na procesy odpuszczania. Takie właściwości możliwe są do uzyskania dzięki zastosowaniu kobaltu. Pierwiastek ten poza zwiększeniem twardości i odporności na zużycie przez tarcie, odporności na korozję zwiększa również żarowytrzymałość. Przeciwdziałanie zmniejszania spadku twardości wraz ze zwiększaniem się wartości temperatury jest ważną cechą kobaltu. W stanie techniki znane są sposoby obróbki wykorzystującej kobalt jako składnik kompozycji powłok ochronnych. Takie rozwiązanie przedstawia chociażby opis patentowy WO2010089047 (A1), DE3444456 (C1) czy też DE3437983 (C1). W odróżnieniu od znanych sposób według wynalazku polega na wprowadzeniu samego kobaltu jako substancji stopującej (nie nadstopu, czy też węglików lub tlenków w osnowie kobaltu lub niklu) za pomocą jednokrotnego nagrzewania z wykorzystaniem wiązki laserowej (bez dodatkowego nagrzewania innymi metodami) z konkretnie określonymi parametrami obróbki umożliwiającymi uzyskanie odpowiednich prędkości chłodzenia zapewniających uniknięcie powstania faz stabilnych jak perlit (obecność tej fazy obniża twardość), co może mieć miejsce w przypadku stopowania kobaltem, który zwiększa prędkość krytyczną chłodzenia.

Sposób obróbki laserowej warstwy wierzchniej żeliwa szarego według wynalazku polega na tym, że obrabianą warstwę wierzchnią żeliwa, może być to powierzchnia tarczy hamulcowej współpracującej z klockiem, bądź krawędź pierścienia tłokowego, pokrywa się powłoką stopującą składającą się z warstwy stopującej wykonanej z proszku kobaltu o wielkości cząstki 2 μm i czystości 99,8% oraz substancji wiążącej, którą jest powszechnie stosowane szkło wodne. Następnie tak przygotowaną warstwę wierzchnią poddaje się nagrzewaniu wiązką laserową o średnicy 4 mm, mocy w zakresie 2,0:2,6 kW oraz prędkością jej posuwu 16:21 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni w przedziale 0,18:0,25 s, uzyskując prędkość chłodzenia konstytuowanej strefy stopowanej 7:9 10³°C/s.

Korzystnym jest kiedy posuw wiązki laserowej odbywa się po linii prostej np. jeżeli obróbce podlega tarcza hamulcowa to równolegle do jej promienia, jeżeli pierścień tłokowy to po jego obwodzie. Sposób według wynalazku zapewnia wytworzenie warstwy wierzchniej składającej się ze strefy stopowanej o drobnoziarnistej zahartowanej mikrostrukturze o szerokości 1,7 mm i maksymalnej głębokości 0,45 mm. Wprowadzony kobalt rozpuszczony jest przede wszystkim w roztworze a który stanowi tu martenzyt.

Korzystnym jest również kiedy masa nałożonej powłoki stopującej przypadająca na obrabianą powierzchnię mieści się w granicach 110-130 g/m². Zbyt mała ilość powłoki stopującej może okazać się niewystarczająca do uzyskania odpowiednich właściwości warstwy wierzchniej, których występowaniu sprzyja kobalt, np. odporności na zużycie przez tarcie, odporności na korozję, żarowytrzymałości. Z drugiej strony zbyt duża jej ilość - z racji zwiększania przez kobalt krytycznej prędkości chłodzenia może sprzyjać powstaniu perlitu, czyli fazy znacznie zmniejszającej twardość.

Strefa poddana obróbce charakteryzuje się zwiększoną twardością bliską 1000 HV0,1 (ponad 4-krotnie większą w porównaniu do twardości osnowy żeliwa w stanie wyjściowym). Przez wprowadzenie kobaltu nadaje jej się również odporność na korozję i żarowytrzymałość.

W przykładzie realizacji sposobu według wynalazku powierzchnię tarczy hamulcowej, bądź krawędź pierścienia tłokowego wykonanych z żeliwa szarego poddaje się obróbce w celu uzyskania wzmocnienia warstwy wierzchniej żeliwa.

Warstwę wierzchnią żeliwa pokrywa się powłoką stopującą składającą się z warstwy stopującej wykonanej z proszku kobaltu o wielkości cząstki 2 μm i czystości 99,8% oraz substancji wiążącej, którą jest powszechnie stosowane szkło wodne. Następnie obrabianą powierzchnię nagrzewa się za pomocą wiązki laserowej o średnicy 4 mm, mocy równej 2,6 kW oraz prędkości jej posuwu względem obrabianej powierzchni 21 mm/s, uzyskując czas ekspozycji 0,18 s oraz prędkość chłodzenia konstytuowanej strefy 9-10^3oC/s. Posuw wiązki laserowej odbywa się po linii prostej. Przy obróbce tarczy hamulcowej równolegle do jej promienia. W przypadku pierścienia tłokowego po jego obwodzie.

PL 232 765 B1

Masa nałożonej powłoki stopującej przypadająca na obrabianą powierzchnię wynosiła 120 g/m². Oczekiwane parametry twardości osiąga się również w wartościach granicznych masy powłoki tj. 110 g/m² oraz 130 g/m², mocy wiązki laserowej czy też prędkości posuwu.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób modyfikacji laserowej warstwy wierzchniej żeliwa szarego, znamienny tym, że obrabianą warstwę wierzchnią żeliwa pokrywa się powłoką stopującą składającą się z warstwy stopującej wykonanej z proszku kobaltu o wielkości cząstki 2 μm i czystości 99,8% oraz substancji wiążącej, którą jest powszechnie stosowane szkło wodne, następnie obrabianą warstwę wierzchnią poddaje się laserowej obróbce cieplnej polegającej na stopowaniu z mocą wiązki laserowej w zakresie 2,0-2,6 KW oraz prędkością jej posuwu 16-21 mm/s, z jednostkowym czasem nagrzewania obrabianej powierzchni w przedziale 0,18-0,25 s.

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

3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że masa nałożonej powłoki stopującej przypadająca na obrabianą powierzchnię mieści się w granicach 110-130 g/m².