Numerical-experimental analysis of the effect of surface oxidation on the laser transformation hardening of Cr–Mo steels

Cordovilla, Francisco; Beltrán, Ángel García; Domínguez, J. Lindner; Sancho, Paula; Ocaña, J.L.

doi:10.1016/j.apsusc.2015.09.143

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“…It was found that the sample with oxide layer had higher depth compared to polished sample. The oxide layer absorbs more laser energy 12,13 and hence more energy is available for hardening. On the other hand, the width of the laser affected area at the surface for pre-oxidized sample was slightly smaller than that of polished sample.…”

Section: Effect Of Surface Oxide Layermentioning

confidence: 99%

Influence of operating parameters on morphology of laser hardened surfaces

Maharjan

Zhou

Zhou³

et al. 2018

High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems VII

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Conventional heat treatment of a component is performed in a furnace whereby the component is continuously heated to a high temperature and quenched to get a hardened material. The furnace heating and tempering process take several hours which is expensive over a long run and less flexible. Laser transformation hardening is an attractive heat treatment technology which can be used to enhance the surface properties of highly stressed components such as cams, gears, and bearings without altering its bulk properties. The highly intense laser beam rapidly heats up the irradiated surface above its austenitization temperature which cools down instantaneously (self-quenching) as the laser moves away from the spot producing a hardened surface. The fast heating and cooling generate a non-equilibrium phase transformation of which very little is understood. An attempt was made to improve the surface properties of steel through solid solution hardening and microstructure refinement using a 250 W fiber laser. To identify the effect of various parameters on laser hardening, scanning conditions such as beam spot size, scan rate, power input, surface condition and overlap ratio were controlled. The change in hardness and morphology of laser treated surface were carefully investigated. The results show the surface hardness increased above 800 HV after laser treatment compared to 260 HV of the as-received specimen. It is found that austenitization has the highest effect on hardness achieved and can be controlled by proper choice of laser parameters and scanning rates.

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Section: Effect Of Surface Oxide Layermentioning

confidence: 99%

Influence of operating parameters on morphology of laser hardened surfaces

Maharjan

Zhou

Zhou³

et al. 2018

High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems VII

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“…Representación esquemática del proceso experimental. la temperatura antes de que la fase de iniciación de la reacción haya culminado, iniciándose la reacción a una temperatura tanto más elevada respecto a las condiciones de equilibrio cuanto mayor sea la velocidad de calentamiento (Cordovilla et al, 2015).…”

Section: Cinética De La Reacción De Oxidaciónunclassified

“…(3), la energía de activación ha podido resultar distinta para haces similares en su región frontal y distintos en su parte trasera, y, por lo tanto, que la reacción habrá comenzado a una temperatura diferente (Cordovilla et al, 2015).…”

Section: Cinética De La Reacción De Oxidaciónunclassified

“…En el modelo desarrollado por Cordovilla et al (2015), se lleva a cabo un estudio de la propagación de la radiación electromagnética en la interfaz material de base-óxido. Este análisis está cimentado sobre la hipótesis de que el material se encuentra inicialmente libre de óxido y que el ángulo de propagación en dicha interfaz se mantiene constante.…”

Section: Función Para Relacionar El Espesor De óXido Con El Coefi Cieunclassified

“…El presente trabajo utilizará, con algunas modificaciones, el modelo acoplado temperaturas/ oxidación desarrollado por Cordovilla et al (2015), por primera vez, para procesos con un haz láser de distribución espacial sencilla (distribución uniforme), frente a condiciones de proceso variadas, para comprobar el alcance de la flexibilidad del modelo. Se considerará la reacción de oxidación, para el cálculo de espesor de película de óxido, transcurriendo en condiciones alejadas del equilibrio, con parámetros cinéticos, factor de frecuencia y energía de activación, dependientes de las condiciones del proceso, y ajustados en base a resultados experimentales específicos.…”

Section: Introduccionunclassified

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Caracterización de la reacción de oxidación superficial y su influencia sobre la absorción de radiación durante el proceso de temple superficial con láser para el acero 42CrMo4

Cordovilla

Domínguez²,

Sancho³

et al. 2016

REVMETAL

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RESUMEN:El temple superficial con láser es un proceso en el que se depositan elevadas expectativas por sus innumerables ventajas en términos de calidad y productividad frente al temple por inducción. Su implantación efectiva, no obstante, se está viendo lastrada ante la falta de herramientas predictivas fiables y flexibles. Existen diversos modelos para el cálculo de temperaturas, aunque pocos realizan un tratamiento exhaustivo de la oxidación superficial y sus importantísimas implicaciones sobre la absorción de radiación láser. Este artículo adopta un modelo acoplado temperaturas/oxidación disponible en la literatura, utilizándolo, por primera vez, para la simulación de procesos sencillos llevados a cabo en distintas condiciones de potencia y velocidad, para el acero 42CrMo4. Dichas condiciones han sido reproducidas experimentalmente, registrando la temperatura máxima superficial y el espesor de óxido generado. Ambos resultados han mostrado un elevado grado de coincidencia con los resultados teóricos, avalando la fiabilidad y utilidad del modelo.PALABRAS CLAVE: Absorción; Acero; Láser; Oxidación; Superficial; Temple Citation / Cómo citar este artículo: Cordovilla, F., Domínguez, J., Sancho, P., García-Beltrán, A., Ocaña, J.L. (2016) "Caracterización de la reacción de oxidación superficial y su influencia sobre la absorción de radiación durante el proceso de temple superficial con láser para el acero 42CrMo4". Rev. Metal. 52(2):e067. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ revmetalm.067. ABSTRACT: Characterization of the surface oxidation reaction and its influence on the radiation absorption during the surface laser hardening process of the 42CrMo4 steel.Surface laser hardening of steel is a process that produces an enormous interest due to its uncountable advantages in terms of quality and productivity against induction hardening The effective implantation of this process, nevertheless, is been hampered because of the lack of reliable and flexible predictive tools. There are different models focused on the temperature calculation, thought, few make a thorough analysis of the surface oxidation associated with the process and its important implications over the absorption coefficient. This work proposes and explains a coupled model temperature/ oxidation available in literature, applied, for the first time, for the simulation of simple processes carried out with different conditions of power and speed, for the 42CrMo4 steel. These conditions have been reproduced experimentally, tracking the maximum surface temperature and the oxide thickness. Both results have shown a high degree of coincidence whit theoretical predictions, confirming the capabilities and utility of the model.

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Experimental Study on Oxidation Behavior of Q235B Steel in Oxygen-Enriched Combustion Atmosphere

Wen

2017

Oxid Met

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Numerical-experimental analysis of the effect of surface oxidation on the laser transformation hardening of Cr–Mo steels

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Influence of operating parameters on morphology of laser hardened surfaces

Influence of operating parameters on morphology of laser hardened surfaces

Caracterización de la reacción de oxidación superficial y su influencia sobre la absorción de radiación durante el proceso de temple superficial con láser para el acero 42CrMo4

Experimental Study on Oxidation Behavior of Q235B Steel in Oxygen-Enriched Combustion Atmosphere

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