Kształtowanie właściwości warstw wierzchnich kompozytowych TMMC w procesie azotowania laserowego gazowego stopu tytanu Ti6Al4V

Aleksander Lisiecki, Agnieszka Kurc-Lisiecka

Abstrakt


W artykule opisano wyniki badań procesu azotowania laserowego gazowego warstw wierzchnich stopu tytanu Ti6Al4V za pomocą lasera diodowego dużej mocy o emisji bezpośredniej (HPDDL), emitującego promieniowanie w zakresie bliskiej podczerwieni o długości fali 808 nm, prostokątnym kształcie ogniska wiązki laserowej i równomiernym, wielomodowym rozkładzie energii TEM na przekroju ogniska. Dodatkowo wykonano próby azotowania z zastosowaniem lasera dyskowego o innej charakterystyce wiązki laserowej. Wyniki badań wykazały, iż możliwe jest wytworzenie za pomocą lasera HPDDL warstw wierzchnich kompozytowych Ti/TiNx o wysokiej twardości i bez pęknięć oraz kształtowanie właściwości i topografii powierzchni warstw wierzchnich w szerokim zakresie. W zależności od parametrów procesu i warunków technologicznych możliwe jest wytworzenie warstw wierzchnich o grubości od ok. 0,15 mm do ponad 1,6 mm, z wydzieleniami azotków tytanu δ-TiN oraz ε-Ti2N rozmieszczonymi w osnowie metalicznej stopu tytanu Tiα. Z kolei proces azotowania z zastosowaniem wiązki lasera dyskowego przebiega w sposób odmienny, a efekt azotowania warstw wierzchnich jest nieporównywalny do wyników uzyskanych przy zastosowaniu lasera HPDDL. 

Shaping the properties of the composite surface layers TMMC during the process of laser gas nitriding of titanium alloy Ti6Al4V 

Abstract

The article describes the results of studies on the process of laser gas nitriding of surface layers on the titanium alloy Ti6Al4V conducted by means of continuous wave high power direct diode laser (HPDDL), which emits in the near infrared band at the wave length of 808 nm, with a rectangular shape of the laser beam, and uniform, multimode TEM energy distribution across the laser beam. Additionally the trials of nitriding by the disk laser with different characteristic of the laser beam were conducted. The results showed that it is possible to produce the composite surface layers Ti/TiNx by means of the HPDDL laser, characterized by high hardness and without cracks, and also it is possible to shape the properties and surface topography of the surface layers in a wide range. Depending on the process parameters and technological conditions it is possible to produce the surface layers having thickness from 0,15 mm up to or even over 1,6 mm with precipitations of titanium nitrides such as δ-TiN and also ε-Ti2N evenly distributed in the metallic matrix of titanium alloy Tiα. In turn, the process of surface layers nitriding by the disk laser is different and the results are not comparable to those obtained by application of the HPDDL laser. 




Słowa kluczowe


warstwy wierzchnie; warstwy kompozytowe; azotowanie laserowe; stop tytanu; Ti6Al4V; surface layers; composite layers; laser nitriding; titanium alloy; Ti6Al4V

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia


S. Katayama et al.: Surface hardening of titanium by laser nitriding, in Laser Processing of Materials, ICALEO’83, Conf. Proc., Los Angles, USA, pp. 127-134, 1983.

R. Filip: Laser nitriding of the surface layer of Ti6Al4V titanium alloy, Arch. Mater. Sci. Eng. 30, 2008.

R. Filip, J. Sieniawski: Mikrostruktura i właściwości użytkowe warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti-6Al-4V kształtowanej metodą stopowania laserowego, Inżynieria Materiałowa Nr 3, 2006.

A. Lisiecki: Titanium Matrix Composite Ti/TiN Produced by Diode Laser Gas Nitriding, Metals 5(1), pp. 54-69, 2015, doi:10.3390/met5010054.

A. Lisiecki: Mechanism of Laser Surface Modification of the Ti-6Al-4V Alloy in nitrogen atmosphere using a High Power Diode Laser, Advanced Materials Research 1036, pp. 411-416, 2014, doi:10.4028/www.scientific. net/AMR.1036.411.

A. Lisiecki: Experimental and numerical study of heat conditions during diode laser gas nitriding of titanium alloy, Adv. Mater. Res. 1036, pp. 320-325, 2014, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1036.320.




DOI: http://dx.doi.org/10.26628/wtr.v88i6.627

Refbacks

  • There are currently no refbacks.