VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ



Podobné dokumenty
Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

NÁVRH TECHNOLOGIE POVRCHOVÉHO KALENÍ LASEREM U KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ FST

Úvod. Povrchové vlastnosti jako jsou koroze, oxidace, tření, únava, abraze jsou často vylepšovány různými technologiemi povrchového inženýrství.

FÁZOVÉ PŘEMĚNY. Hlediska: termodynamika (velikost energie k přeměně) kinetika (rychlost nukleace a rychlost růstu = celková rychlost přeměny)

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

PRASKÁNÍ VRTÁKŮ PO TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ Antonín Kříž

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

POVRCHOVÉ KALENÍ V PRŮMYSLOVÉ APLIKACI

ŽÍHÁNÍ 1. ŽÍHÁNÍ OCELÍ

Nástrojové oceli. Ing. Karel Němec, Ph.D.

Jominiho zkouška prokalitelnosti

K618 - Materiály listopadu 2013

KALENÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

Požadavky na nástroj při stříhání. Charakteristika. Použití STRUKTURA CHIPPER / VIKING

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

ŽÍHÁNÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 14,0 % 0,4 % 0,1% 0,4% 0,5%

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

Možnosti Impact testu při posuzování správnosti tepelného zpracování ocelí. Ing. Petr Beneš

Charakteristika. Použití TVÁŘECÍ NÁSTROJE STŘÍHÁNÍ RIGOR

LASER MATERIAL PROCESSING HARDENING AND WELDING. Stanislav Němeček Tomáš Mužík


Kvantifikace strukturních změn v chrom-vanadové ledeburitické oceli v závislosti na teplotě austenitizace

Projekt: 1.5, Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Tepelné zpracování

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T E P E L N É Z P R A C O V Á N Í _ P W

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

Technologie I. Část svařování. Kontakt : michal.vslib@seznam.cz Kancelář : budova E, 2. patro, laboratoře

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Použití. Charakteristika SLEIPNER PŘÍKLADY:

Vlastnosti. Charakteristika. Použití FYZIKÁLNÍ HODNOTY VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ MECHANICKÉ VLASTNOSTI HOTVAR

Díly forem. Vložky forem Jádra Vtokové dílce Trysky Vyhazovače (nitridované) tlakové písty, tlakové komory (normálně nitridované) V 0,4

OPTIMÁLNÍ POSTUPY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ MATERIÁLŮ PRO PRÁCI ZA TEPLA. Jiří Stanislav

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

C Cr V Mo 0,80 % 7,50 % 2,75 % 1,30%

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ RYCHLOŘEZNÝCH OCELÍ SVOČ FST 2010 Lukáš Martinec, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

LASEROVÉ KALENÍ FOREM A NÁSTROJŮ LASER HARDENING OF MOULDS AND TOOLS

CPM REX 45 (HS) NÁSTROJOVÁ OCEL. Certifikace dle ISO 9001 CHEMICKÉ SLOŽENÍ CPM REX 45. Typické oblasti použití FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI.

Vlastnosti V 0,2. Modul pružnosti Součinitel tepelné roztažnosti C od 20 C. Tepelná vodivost W/m. C Měrné teplo J/kg C

Charakteristika. Tepelné zpracování. Použití. Vlastnosti ŽÍHÁNÍ NA MĚKKO NORMALIZAČNÍ ŽÍHÁNÍ ŽÍHÁNÍ NA SNÍŽENÍ VNITŘNÍHO PNUTÍ KALENÍ PEVNOST V TAHU

SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

NÁSTROJOVÉ OCELI CPM 10 V

C Cr V Mo Mn Si 2,45% 5,25 % 9,75 % 1,30% 0,50% 0,90%

PRASKLINY CEMENTOVANÝCH KOL

ϑ 0 čas [ s, min, h ]

Použití. Charakteristika FORMY PRO TLAKOVÉ LITÍ A PŘÍSLUŠENSTVÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ QRO 90 SUPREME

Vlastnosti W 1,3. Modul pružnosti Součinitel tepelné roztažnosti C od 20 C. Tepelná vodivost W/m. C Měrné teplo J/kg C

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 15,0 % 0,5 % 0,95% 0,5% 1,0%

Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu

Charakteristika. Vlastnosti. Použití FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI MECHANICKÉ VLASTNOSTI UNIMAX

NTI/USM Úvod do studia materiálů Ocel a slitiny železa

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

Charakteristika. Použití. Vlastnosti FYZIKALNÍ VLASTNOSTI PEVNOST V TAHU RAMAX 2

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Degradace nízkolegovaných ocelí v. abrazivním a korozivním prostředí

Vliv doby austenitizace na vlastnosti a strukturu W-Mo-V-Co PM rychlořezné oceli Vanadis 30


Charakteristika. Vlastnosti. Použití FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI CALDIE. Pevnost v tlaku

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

HLINÍK A JEHO SLITINY

Tepelná technika. Teorie tepelného zpracování Doc. Ing. Karel Daďourek, CSc Technická univerzita v Liberci 2007

Tepelné zpracování test

Rozhodující vlastnosti nástrojových ocelí pro: POUŽITÍ. Charakteristika OPTIMÁLNÍ VÝKON NÁSTROJŮ VÝROBU NÁSTROJŮ VANCRON 40

Použití. Části formy V 0,9. Části nástroje. Matrice Podpěrné nástroje, držáky matric, pouzdra, lisovací podložky,

VANADIS 4 SuperClean TM

VANADIS 10 Super Clean

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

TIXOFORMING VYSOCELEGOVANÝCH OCELÍ SVOČ FST 2016

COMTES FHT a.s. R&D in metals

TEPLOTNÍ ODOLNOST PVD VRSTEV VŮČI LASEROVÉMU POVRCHOVÉMU OHŘEVU

Charakteristika. Použití TVÁŘENÍ STŘÍHÁNÍ SVERKER 21

Teplotní režim svařování

TECHNOLOGICAL PROCESS IN ISOTHERMAL HEAT TREATMENT OF STEEL TECHNOLOGICKÝ POSTUP PŘI IZOTERMICKÉM TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ OCELI

1. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Vliv tepelného zpracování Cr-V ledeburitické oceli


TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ PM-NÁSTROJOVÉ OCELI LEGOVANÉ NIOBEM Markéta Pavlíčková, Dalibor Vojtěch, Jan Šerák, Luboš Procházka, Pavel Novák a Peter Jurči b

Technologický postup žíhání na měkko

OCELI A LITINY. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

VYUŽITÍ INVESTICE VÝKONNÝ LASER + ROBOT

Kalení Pomocí laserového paprsku je možné rychle a kvalitně tepelně zušlechtit povrch materiálu až do hloubek v jednotkách milimetrů.

POVLAKY S VYSOKOU EMISIVITOU A METODY JEJICH VYSOKOTEPLOTNÍHO TESTOVÁNÍ

Vliv technologie tepelného zpracování na řezivost RO nářadí

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

Metalurgie vysokopevn ch ocelí

OK TUBRODUR Typ náplně: speciální rutilová. Ochranný plyn: s vlastní ochranou. Svařovací proud:

C Cr V Mo Mn Si 2,30% 14,00 % 9,00 % 1,30% 0,50% 0,50%

OBSERVATION OF KINETICS OF STRUCTURAL CHANGES DURING LONG-TERM ANNEALING OF TRANSITIONAL WELDS ON P91 STEEL

INFLUENCE OF TEMPERING ON THE PROPERTIES OF CAST C-Mn STEEL AFTER NORMALIZING AND AFTER INTERCRITICAL ANNEALING. Josef Bárta, Jiří Pluháček

Reflexní parotěsná fólie SUNFLEX Roof-In Plus v praktické zkoušce

US 2000 NÁSTROJOVÁ OCEL. Certifikace dle ISO 9001 CHARAKTER CHEMICKÉHO SLOŽENÍ US 2000 US 2000 US Typické oblasti použití.

POPIS PRECIPITAČNÍCH DĚJŮ PŘI SEKUNDÁRNÍM VYTVRZENÍ PM NÁSTROJOVÉ OCELI SE ZVÝŠENÝM OBSAHEM NIOBU. P. Novák, M. Pavlíčková, D. Vojtěch, J.

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

Uhlík a jeho alotropy

Prokalitelnost Prokalitelností Čelní zkouška prokalitelnosti: Stanovení prokalitelnosti výpočtem:

Transkript:

VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ JIŘÍ HÁJEK, PAVLA KLUFOVÁ, ANTONÍN KŘÍŽ, ONDŘEJ SOUKUP ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI 1

Obsah příspěvku ÚVOD EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM POVRCHOVÉ KALENÍ S PŘEDEHŘEVEM POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ SPRÁVNÁ VOLBA ZAŘÍZENÍ ZÁVĚR 2

EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ CELAT/NTC/ZCU v Plzni 4 kw HPDD laserem Coherent ISL 4000L průmyslový robotem FANUC M-710iC/50 Paprsek vytvářen přímou transformací elektrické energie na světelnou Transformace energie je stejný jako u běžně používaných laserových diod Jednotlivé laserové diody jsou seskupeny do modulů p-n přechod tvořen polovodičovými materiály InGaAs/GaAs (záření o vlnové délce 808 nm) Gaussovsko cylindrické energetické rozložení paprsku HPDD laseru 3

METALURGIE PROCESU POVRCHOVÉHO KALENÍ V povrchové vrstvě vzniká tepelný spád - umožňuje dosáhnout kalící teploty jen do určité hloubky pod povrchem Mechanismus fázových přeměn se při vysokých rychlostech (až několik set C/s) ohřevu nemění Dosažení jemné martenzitické struktury - výchozí struktura, podmínky austenitizace Jemné a rovnoměrně rozložené karbidy = snadné rozpouštění = snadná homogenizace austenitu Zdroj energie Maximální měrný výkon [W/cm 2 ] Indukční ohřev 1.10 2 Kyslíko-acetylenový plamen 5.10 2 Laserové záření min. 1.10 8 Elektronové záření 5.10 8 4

SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Software Deform 3D ČSN 12 050 150 x 50 x 40 Příkon zdroje tepla zvolen 1,5 kw Působení na ploše 10x6 mm rychlost pohybu laserového paprsku 40 cm/min 5

SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Doba ohřevu neumožňuje difúzi uhlíku na větší vzdálenosti - austenit nehomogenní. Je možné i při dostatečně vysokých teplotách u normalizačně žíhaných materiálů vytvořit homogenní austenit a po ochlazení martenzit??? Při rychlosti ohřevu cca 800 C /s doba ohřevu 1s při teplotě min. 1100 C. 6

SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Měrné výkony u vysoce výkonných průmyslových laserových zařízení = mohou být pro homogenizaci austenitu nedostačující Obvykle sledován pouze povrch. KRIZOVÁ MÍSTA JSOU ALE VE VYŠŠÍCH HLOUBKÁCH = nemusí se projevit při měření tvrdosti Vzdálenost od povrchu [mm] Dosažená teplota [ C] Předpokládaný čas austenitizace [s] 0,05 1280 0,7575 0,2 1200 0,7272 0,4 1080 0,6363 0,6 960 0,5151 7

Dosažená teplota C Rychlost ve C/s Doba austenitizace v s Příklad simulace a ověření povrchového TZ laserem oceli ČSN Doba austenitizace 12050 0,8 Sledované parametry: SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Rychlost ohřevu Doba austenitizace Dosažená teplota 0,6 0,5 0,4 0,3 Rychlost ohřevu 0,2 0,7 800 700 600 500 400 300 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Vzdálenost pod povrchem v mm Dosažená teplota 1400 200 1200 100 1000 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 800 Vzdálenost pod povrchem v mm 600 400 200 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Vzdálenost pod povrchem v mm 8

SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Hlavní problematika povrchového kalení vysoce výkonnými průmyslovými lasery - markantní pokles rychlosti ohřevu ve vrstvách pod povrchem ve vzdálenosti 0,5 mm je hodnota téměř poloviční oproti samotnému povrchu. Dosažená teplota, která je ve vzdálenosti 0,5 mm pro daný příklad o 320 C nižší než na povrchu. Vliv na difúzi při samotné austenitizaci Důležitá je tloušťka kaleného kusu 9

SIMULACE PROCESU OHŘEVU PRŮMYSLOVÝM LASEREM Nedokonalá austenitizace Lokální zvýšení obsahu uhlíku - 0,75% Rozdíl v mikrotvrdosti až 150 HV0,025 10

POVRCHOVÉ KALENÍ S PŘEDEHŘEVEM Technicky nejjednodušší - předehřívat součást v peci Rychlost ohřevu Dosažení správné austenitizační teploty T A3, Dostatečná prodleva na austenitizační teplotě t A Možnost volby struktury Nižší pnutí Jiné možnosti...dvě laserové hlavy 11

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ Složitější než v případě ocelí konstrukčních Nástrojové oceli - choulostivé na správné dodržení teploty austenitzace (úzké rozmezí) Při nižších teplotách a kratších časech austenitizace nebude rozpuštěno dostatečné množství karbidů a tvrdost austenitické matrice bude nízká Při vyšších teplotách se rozpustí příliš mnoho karbidů v austenitické matrici nakonec zůstane i velké množství zbytkového austenitu v kalené struktuře 12

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ Pokud ohřev do oblasti taveniny (kalení s přetavením) dochází k dalším problematickým jevům. Segregace legujících prvků. Uhlík, chorm a další legury jsou rozmístěny v mezidendritických polohách Prakticky minimálně používaná varianta Výchozí struktura obvykle globulární perlit nejméně vhodné Hledisko finální vlastností měkké jádro Hledisko kinetiky přeměny 13

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ ÚČEL P.K. nástrojových ocelí (teoreticky) 1) vytvoření amorfní vrstvičky N.O. nízká vodivost neumožní dostatečně rychlé ochlazení (není vytvořen dostatečný teplotní spád) Na povrchu dochází k natavení, zhoršení kvality povrchu a vytvoření dendritů. Tloušťka této oblasti bude závislá na konkrétních podmínkách příslušného procesu. Mnohem problematičtější je vytvoření této amorfní vrstvičky na hranách součástí, kde je odvod tepla mnohem nižší 14

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ Povrch po l. k. oceli 19573 2) Jemná martenzitická struktura Podobné jako konstrukční oceli. Navíc bude zvyšování rozdílů (ve srovnání s ocelí ČSN 12050) v dosažené teplotě a rychlosti ohřevu v místě na povrchu vzorku a v místech hlouběji pod povrchem Ačkoliv dochází na povrchu k natavení- cca 100mm pod povrchem nedojde k austenitizaci V těchto místech sice dochází k redistribuci uhlíku, nicméně nevytváří se homogenní austenitická struktura. Přechodová oblast po l. k. oceli 19573 Jádro po l. k. oceli 19573 15

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ U ocelí ČSN 19573 resp. 19802 není možné některými laserovými zařízeními docílit martenzitické struktury bez vysoké hloubky přetavení (nutné přídavky na obrábění pnutí a tvorba trhlin), pokud je výchozí strukturou globulární perlit Experiment proveden v celém rozsahu výkonů a rychlostí, které laser umožňuje Tvorba amorfní vrstvičky je v těchto případech nemožná 16

POVRCHOVÉ KALENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ Povrchové kalení oceli 19313 je bezproblémové v celém rozsahu výkonů (výchozí struktura globulární perlit). Důvodem je vyšší difúzní rychlost Hloubka prokalení odpovídá standardnímu vzorci 17

PRO POVRCHOVÉ KALENÍ JE DŮLEŽITÁ SPRÁVNÁ VOLBA ZAŘÍZENÍ Hustota tepelného toku Z povrchového zdroje závisí na celkovém výkonu zařízení, součiniteli absorpce a na poloměru ozářené oblasti podle vztahu: A Pz q r Výraznou charakteristikou povrchového zdroje je jeho ustálená teplota, pro kterou platí q 2 r 2 q W / m T s r s 18

PRO POVRCHOVÉ KALENÍ JE DŮLEŽITÁ SPRÁVNÁ VOLBA ZAŘÍZENÍ Teplotní gradient je definován vztahem T r Pro daný materiál závisí teplotní gradient na hustotě tepelného toku a je velký při tvrdém ohřevu a malý při měkkém ohřevu. Obvykle v konstrukční oceli bývá řádově až 0,84 0,25 r 10 5 K / s mm T s 0,59 q Časová závislost teploty ve středu r=0 a na okraji r=rs) ohraničeného povrchového zdroje Radiální rozložení teploty při různé hustotě tepelného toku 19

ZÁVĚR ZÁKLADEM JE SPRÁVNÁ VOLBA PŘI NÁKUPU ZAŘÍZENÍ Simulace poukázaly na problém, který vzniká při laserovém kalení HPDD laserem při austenitizaci. V mnoha případech je nemožné docílit austenitizace ze stavu normalizačně žíhaného navíc bez natavení povrchu. Rychlost ohřevu může být až poloviční při srovnání oblastí na povrchu a cca 0,5mm pod povrchem. Dosahovaná doba austenitizace je u použitých typů průmyslových laserů v mnoha případech nedostačující Dobu austenitizace je možné prodloužit předehřevem. Teplota předehřevu se může lišit v závislosti na požadované tvrdosti a na požadované době austenitizace. 20

ZÁVĚR Během prováděných experimentů pomocí vysoce výkonného HPDD laseru nástrojových ocelí (ČSN 19573 a ČSN 19802) se nepodařilo vytvořit martenzitickou strukturu z výchozího stavu žíhaného na měkko Rozdíly mezi rychlostí ohřevu se při laserovém kalení nástrojových ocelí ještě zvyšují, dochází často k tavení povrchové vrstvičky Doposud se nepodařilo vytvořit funkční amorfní vrstvičku na povrchu nástrojové oceli tímto typem laseru. Vytvořit tuto vrstvičku na hraně nástroje je z důvodu nízkého odvodu tepla na hraně velmi problematické 21

Děkuji za pozornost 22