Wpływ mikroprzetapiania laserowego stali 100CrMnSi6-4 na jej twardość i mikrostrukturę

Przedstawiono analizę wpływu mikroprzetapiania laserowego stali łożyskowej 100CrMnSi6-4 na jej wybrane właściwości użytkowe, tj. twardość i mikrostrukturę. Najlepsze parametry procesu dobierano, stosując długość impulsowego promieniowania λ = 1064 nm, różną gęstość mocy promieniowania oraz częstotliwość repetycji, a także różne warianty geometryczne tekstury powierzchniowej. Proces prowadzono w środowisku powietrza, głównie w zakresie ablacyjnego teksturowania z „efektem termicznym”. W wyniku mikroprzetapiania laserowego uzyskano drobnokrystaliczną mikrostrukturę martenzytyczną w strefie przypowierzchniowej oraz w środku strefy zahartowanej, a także martenzytyczno-bainityczną oraz bainityczną w strefie przejściowej. Taka mikrostruktura, o wysokiej mikrotwardości w przedziale od 700÷900 HV0,05, powstała w wyniku ultraszybkich przemian fazowych zachodzących w czasie krystalizacji stopu Fe-C-Cr-Mn-Si, głównie z fazy ciekłej. Mikrostruktura tego typu występowała w strefie bezpośrednio przyległej do mikrozasobników środka smarnego wytworzonych w procesie teksturowania laserowego. Stwierdzono znaczne rozdrobnienie mikrostruktury oraz zwiększenie mikrotwardości nawet do 1100 HV0,05. Nie stwierdzono mikropęknięć w warstwie wierzchniej, co rokuje duże szanse technologiczne. Uzyskane wyniki są obiecujące i mogą w istotny sposób wpłynąć na poprawę warunków tarcia skojarzenia tribologicznego wałeczek-bieżnia wielkogabarytowego łożyska tocznego.

---

The paper presents analysis of the influence of the laser micromelting of bearing steel 100CrMnSi6-4 on the selected properties: hardness and microstructure. The best process parameters were selected by: radiation impulse length λ = 1064 nm, various radiation power density and frequency of repetition, as well as different variants of geometric surface texture. The process was carried out in an air environment, mainly in the field of ablation texturing with „thermal effect.” As a result of the laser micromelting, martensitic microcrystalline microstructure in the superficial zone and in the middle of the hardened zone, and martensitic-bainite and bainite in the transition zone has been obtained. The microstructure with high microhardness in the range of 700÷900 HV0.05 was the result of ultrafast phase transformation occurring during the crystallization of the Fe-C-Cr-Mn-Si alloy from the liquid phase. The microstructure was in the area directly adjacent to the lubricant microchannels produced by laser texturing. The microstructure refinement and increase of microhardness up to 1100 HV0.05 have been observed. There were no microcracks on the surface layer, which promises great technological opportunities. The results are promising and may have a significant impact on improving the tribological associations of friction pair roller-large-size track roller bearing.