Mechanizm tworzenia laserowo modyfikowanej warstwy wierzchniej stali narzędziowej

Badania obejmują stopowanie węglikiem wolframu warstwy wierzchniej stali narzędziowej stopowej do pracy na gorąco X40CrMoV5-1 z zastosowaniem lasera diodowego dużej mocy (HPDL). Określono mechanizm strukturalny powstawania warstw wierzchnich, wpływ parametrów stopowania, sposobu ochrony gazowej i grubości powłok pasty naniesionej na powierzchnię stali na rozdrobnienie struktury oraz wpływ tych czynników na własności mechaniczne warstwy wierzchniej. Stwierdzono, że przetapianie i stopowanie laserowe węglikiem wolframu wpływa na rozdrobnienie struktury w całym badanym zakresie mocy lasera. W strefie przetopionej wielkość ziarna nie przekracza ok. 30 um2, gdy w materiale konwencjonalnie obrobionym cieplnie jest niemal dwudziestokrotnie większa. W strefie przetopionej i stopowanej występuje drobnokrystaliczna, dendrytyczna struktura o kierunku krystalizacji związanym z dynamicznym odprowadzaniem ciepła ze strefy oddziaływania wiązki lasera. Drobnokrystaliczna struktura martenzytu odpowiedzialna jest za wzrost twardości stopowanej warstwy. Rezultatem wykonywanych badań jest zbadanie i udowodnienie mechanizmów strukturalnych towarzyszących przetapianiu i stopowaniu laserowemu. Ma to ważne znaczenie poznawcze i daje podstawy do praktycznego wykorzystania tych technologii do kształtowania nowych narzędziowych funkcjonalnych materiałów gradientowych i regeneracji narzędzi już eksploatowanych.

---

Investigations include comparison between structure and properties of remelting and alloying the X40CrMoV5-1 hot-work tool steel surface layer using the high power diode laser (HPDL). The tungsten carbide powder was used as an alloying material. The X40CrMoV5-1 conventionally heat treated steel was used as reference material. The structural mechanism was determined of surface layers development. The grain size is not more 30 um2 in the remelted zone, compared to the twenty times bigger grain size of the conventionally heat treated material. The fine grained, dendritic structure occurs in the remelted and alloyed zone with the crystallization direction connected with the dynamical heat abstraction from the laser beam influence zone. It was found out that remelting and laser alloying with the tungsten carbide result in structure refinement in the entire investigated laser power range. The laser modified zone structure is characterized by the significant martensite dispersion with its lathes length several times shorter than of those developed during the conventional quenching. The fine grained martensite structure is responsible for hardness increase of the alloyed layer. It has the important cognitive significance and gives grounds to the practical employment of these technologies for forming the surfaces of new tools and regeneration of the used ones.