The evaluation of nodular iron surface layer modification by laser alloying with nitrogen and titanium

The following article refers to the surface layer cast iron parts modification by laser treatment. The aim of this research was analysis of nitrogen and titanium laser alloying influence on microstructure and microhardness of treating surface layer. As a source of nitrogen, Si3 N4 was used. This research showed that it is possible to enrich the cast iron surface layer with nitrogen and titanium by laser treatment. Fine-grained microstructure of remelted zone consists of α solid state and cementite. Nitrogen and titanium were found in remelted zone. The research showed that alloying elements are present in solid states, mostly. However, nitrogen could be present in Fe24N10 iron nitride as well. It was showed that microhardness could be increased about 4 times (depending on laser treatment parameters) comparing to the base material. This higher microhardness could be present in as little as 1mm depth from the surface. The possibility of laser alloying with nitrogen and titanium was confirmed by laser treatment test of nodular iron camshaft.

---

Artykuł jest poświęcony konstytuowaniu metodą stopowania laserowego warstw wierzchnich żeliwa sferoidalnego w celu poprawy właściwości użytkowych elementów z niego wykonanych. Analizowano wpływ stopowania laserowego azotem i tytanem na mikrostrukturę i mikrotwardość obrabianej warstwy wierzchniej. Jako źródło azotu wykorzystano Si3N4. Badania wykazały, że za pomocą obróbki laserowej możliwe jest wzbogacenie warstwy wierzchniej żeliw w azot i tytan. Po stopowaniu laserowym żeliwa sferoidalnego uzyskano drobnoziarnistą mikrostrukturę stopowanej strefy przetopionej, składającej się przede wszystkim z roztworu stałego żelaza α oraz cementytu. Na podstawie badań stwierdzono również, że wprowadzone pierwiastki (azot i tytan) występują przede wszystkim w roztworach stałych, przy czym azot możne występować również w azotku żelaza Fe24N10. W zależności od parametrów obróbki laserowej mikrotwardość warstwy wierzchniej azototytanowanego żeliwa może wzrosnąć ponad 4-krotnie w porównaniu z materiałem rodzimym, do głębokości ponad 1 mm. Możliwość modyfikacji warstwy wierzchniej przez azototytanowanie laserowe gotowego elementu z żeliwa sferoidalnego potwierdziła próba przeprowadzona na krzywce wałka rozrządu.