Laser heat treatment of gas-nitrided layer produced on 42CrMo4 steel

Gas nitriding, together with gas carburizing and gas carbonitriding, is the most commonly used thermochemical treatment. This process resulted in many advantageous properties: high hardness, enhanced corrosion resistance, and considerably improved wear resistance and fatigue strength. A wide range of steels, including special nitriding steels (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), low alloy steels, tool steels as well as austenitic steels, can be nitrided. Special attention requires the nitride layer at the surface that is mainly critical to such properties as corrosion resistance or resistance to friction wear. In this study, gas nitriding was carried out on 42CrMo4 steel resulting in ε + γ′ compound layer at the surface. Next, the nitrided layer was laser heat treated (LHT) using TRUMPF TLF 2600 Turbo CO2 laser. Laser tracks were arranged as a single tracks and as multiple tracks with overlapping of about 86%. LHT caused the decomposition of continuous compound layer and an increase in hardness of previously nitrided layer, enlarging the hardened zone. The results showed an advantageous influence of laser heat treatment on the wear resistance.

---

Azotowanie gazowe, obok gazowych procesów nawęglania i azotonawęglania, jest najpowszechniej stosowaną obróbką cieplno-chemiczną. Proces ten skutkuje wieloma korzystnymi właściwościami: dużą twardością, poprawą odporności korozyjnej oraz znacznie zwiększoną odpornością na zużycie i wytrzymałością zmęczeniową. Proces jest szeroko stosowany w odniesieniu do stali, w tym specjalnych stali do azotowania (41CrAlMo7, 33CrMoV12-9), stali niskostopowych, narzędziowych, jak również stali austenitycznych. Szczególnej uwagi wymaga warstwa azotków przy powierzchni, która ma istotne znaczenie dla takich właściwości jak odporność na korozję czy na zużycie przez tarcie. W pracy przeprowadzono azotowanie gazowe stali 42CrMo4, wytwarzając przy powierzchni strefę związków ε + γ′. Następnie, warstwę azotowaną poddano laserowej obróbce cieplnej (LOC) za pomocą lasera CO2 TRUMPF TLF 2600 Turbo. Wykonano pojedyncze ścieżki laserowe, a także ścieżki wielokrotne ze stopniem zachodzenia około 86%. LOC powodowała rozpad ciągłej strefy związków i zwiększenie twardości wcześniej azotowanej warstwy, rozszerzając strefę utwardzoną. Wyniki wykazały korzystny wpływ obróbki laserowej na odporność na zużycie.