Phase transitions and microstructure of a laser-induced steel surface alloying

Abstract

Alloying the surface of AISI 1045 steel with CrB by laser irradiation causes partial dissolution of the chromium boride in the melt and the formation of different borides of Fe and Cr in the treated layer. At a low laser scan velocity (0.01 m/s), the dissolution of CrB is almost complete, and the microstructure and properties of the top layer are uniform. At a higher scan velocity (0.05 m/s), a large number of CrB particles remain undissolved in the layer, and its properties are heterogeneous. The matrix consists of columns of iron boride, with up to 20 pct Cr dissolved in it, and between them a eutectic containing ␣-Fe and chromium-boride with dissolved Fe. Iron boride grows on a transitional layer of Cr 2 B coating the surface of residual CrB particles, which cannot serve as nucleation sites because of the incompatibility of their crystal structure with that of (Fe,Cr) 2 B.

In-situ synthesis of a carbide reinforced steel matrix surface nanocomposite by laser melt injection technology and subsequent heat treatment

“…Laser Melt Injection (LMI) technology has been known since the 1980s [1] and has been used to improve surface characteristics of metallic alloys, such as steels [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17], aluminum [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28], titanium [27,[29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39], nickel [40][41][42] and magnesium [43]. During LMI hard particles with the size range of 10-100 µm are blown by a gas stream into a liquid metallic pool, melted by a fast moving laser beam.…”

“…During LMI hard particles with the size range of 10-100 µm are blown by a gas stream into a liquid metallic pool, melted by a fast moving laser beam. The particles are usually carbides [1,[8][9][10][11][12]14,[18][19][20][21][23][24][25][26][27][29][30][31][32][33][34][35][36][38][39][40][41][42][43], borides [3][4][5][6][7], nitrides [2], oxides [13,15]), or even soft Pb droplets [28].…”

Κραματωμένες Επικαλύψεις Με Τη Τεχνική Μεταφερόμενου Τόξου Πλάσματος

“…Ποσότητα στοιχειακού βορίου έχει προστεθεί στην επιφάνεια ενός κοινού χάλυβα με την τεχνική laser με αποτέλεσμα την αύξηση της σκληρότητας του από 160 στα 2200HV [131]. Ενίσχυση με σωματίδια FeB και Fe 2 B έχει επιτευχθεί από πολλούς ερευνητές [84,90,96,97,132] Δεδομένα σχετικά με την ισορροπία φάσεων του τριμερούς συστήματος Fe-Ti-B είναι περιορισμένα και κυρίως αφορούν την περιοχή γειτονικά της οριακής γραμμής Fe-TiB 2 [148]. Πληροφορίες σχετικά με την περιοχή liquidus του συστήματος είναι επίσης ελάχιστες, ενώ σε στερεά κατάσταση δίνεται μόνο η ισοθερμοκρασιακή τομή στους 1000 0 C [149,150].…”

“…Στον ίδιο πίνακα αναγράφονται τα πάχη των ζωνών τήξης των 4 επιστρωμάτων. Όπως φαίνεται τα πάχη κυμαίνονται μεταξύ 750 και 1100μm και είναι σημαντικά υψηλότερα από τα πάχη που επιτυγχάνονται με άλλες τεχνικές συγκόλλησης [90,132,139,141,143,144], με εξαίρεση την τεχνική συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας [147].…”

“…ακολουθώντας το διμερές σύστημα Fe-B. Επίσης, σωματίδια σκόνης CrB[132] και Cr 2 B[84,[133][134][135] έχουν χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή επιστρωμάτων με βελτιωμένα τριβολογικά χαρακτηριστικά σύμφωνα με το τριμερές σύστημα Fe-Cr-B. Οι Berns και Fischer[136] διευρύνουν τη μελέτη επί των συστημάτων Fe-Cr-C και Fe-Cr-C-Nb/Ti με την προσθήκη σκονών Nb, Ti και B και χρήση της τεχνικής TIG.Σωματίδια TiB 2 έχουν εισαχθεί στην επιφάνεια τιτανίου[137] ή χαλύβων[88,[138][139][140][141][142][143][144][145] με τεχνικές συγκόλλησης υψηλής ενέργειας όπως είναι η δέσμη ηλεκτρονίων (electron beam), η τεχνική laser, το παλμικό τόξο (pulsed electrode) και η συγκόλληση με πλάσμα (plasma transferred arc).…”