Ενανθράκωση του επιβελτιωμένου χαμηλά κραματωμένου χάλυβα 1.5919 με δέσμη CO2 LASER

Abstract

Η διεργασία της ενανθράκωσης χρησιμοποιείται αρκετές δεκαετίες στην βιομηχανία, με την χρήση φούρνων και αερίων μιγμάτων πλούσιων σε άνθρακα. Τα τελευταία χρόνια, έχει αρχίσει να αναπτύσσεται η χρήση των LASER για βιομηχανικούς σκοπούς όπως η συγκόλληση, η διαμόρφωση, η κοπή και η επιφανειακή κατεργασία. Η παρούσα εργασία μελετά την ενανθράκωση του επιβελτιωμένου χάλυβα 1.5919 με την χρήση δέσμης CO2 LASER και την επικάλυψη της επιφάνειας με γραφίτη και πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υλικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στα πλαίσια του προγράμματος : « Κατεργασίες Βιομηχανικών Υλικών με Δέσμες Laser - LaserMat». Ο στόχος της εργασίας ήταν να προσδιορίσει την συσχέτιση ανάμεσα στις παραμέτρους της κατεργασίας, του μέγιστου βάθους και της σκληρότητας της ενανθρακωμένης ζώνης. Οι παράμετροι της κατεργασίας ήταν η ισχύς, η ταχύτητα, η διάμετρος δέσμης και ο αριθμός περασμάτων. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δυο διαφορετικά είδη επικάλυψης γραφίτη : ένα εμπορικό σπρέι γραφίτη ( Graphit 33) και ένα αιώρημα γραφίτη σε αιθανόλη, που παρασκευάσθηκε στο εργαστήριο. Οι σημαντικότερες μικροδομές που παρατηρήθηκαν ήταν η μαρτενσιτική τύπου πλακιδίων και βελονών ( μικτή ) στα δοκίμια που επικαλύφθηκαν με σπρέι και καρβίδια σεμεντίτη σε ευτηκτική μήτρα για όσα επικαλύφθηκαν με το αιώρημα. Στην πλειοψηφία των δοκιμίων έγινε ενανθράκωση με τήξη της επιφάνειας. Σε μια περιοχή συνθηκών έγινε ενανθράκωση σε στερεά κατάσταση χρησιμοποιώντας το σπρέι. Στις συνθήκες αυτές σχηματίστηκε προευτηκτοειδής σεμεντίτης και μαρτενσιτικά πλακίδια που προήλθαν από ωστενίτη. Επίσης παρατηρήθηκαν δενδριτικές και κυψελοειδείς μορφολογίες για πολλαπλά περάσματα εξαιτίας των χαμηλότερων κλίσεων της θερμοκρασίας κατά την στερεοποίηση. Το θέμα της ενανθράκωσης παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον εξαιτίας του σχετικά απλού τρόπου με τον οποίο προσδίδονται βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες στην επιφάνεια του υλικού. Με την ενανθράκωση με laser μπορούμε να προβλέψουμε με ακρίβεια το βάθος σκλήρυνσης χωρίς να απαιτούνται φούρνοι και μέσο βαφής. Έτσι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε τεμάχια με δύσκολη γεωμετρία και όπου οι ανοχές διαστατικής ακρίβειας και ποιότητας έχουν στενά όρια.