Povrchové tepelné zpracování elektronovým paprskem vybraných materiálů

Electron beam surface heat treatment of selected materials

conference paper

en

Focused high power electron beam is one of the up to date tools for surface heating. It may be used for welding, engrawing, and shape corrections, moreover for surface heat treatment and alloying. From the point of view of nowadays machinery practice this is a technique which allows extremely precise localization and dosage of applied energy to the specified volume of surface. Then the exactly bordered area or the profiled detail can be treated with minimum energy surplus and thus minimal heat affected zone, distortions etc. The device can work in several modes according to type of heating localization. First possibility is one-time (quasi-continuous) heated area is given by power of device, speed of beam scanning and possibility of modulating beam power, when created heated area should be maximal homogenous. The other possibility is gradual process, when electron beam heats defined area and the part is moving or the stable part is heated field moving thanks to beam deflection. This mode provides highest surface energy density. Hardened line can be the only one separate line or more adjacent lines putted next to the other eventually with small overlapping in order to assure treatment of the larger areas. But these processes require structure analysis and properties of transitional area between lines. This contribution deals with description of electron beam treatment abilities including some theoretical aspects, and microstructures of pilot experiments carried out. Effect of surface EB hardening of three materials, carbon structural steel C45, low alloy steel 42CrMo4, and high chromium ledeburitic tool steel X210Cr12, was analysed in the paper. Maximal depth of hardened has been obtained by applying gradual hardening. Microstructure gradient changes have been described in sections perpendicular to specimen surface trough and between individual surface hardened beads of the steel 42CrMo4

Soustředěný elektronový svazek o velkém výkony patří k moderním a efektivním nástrojům povrchového ohřevu. Je možno jej využít např. pro svařování, gravírování obrábění a zejména pro povrchové tepelné či chemickotepelné úpravy. Z hlediska začlenění do současné strojírenské praxe se jedná o technologii, která umožňuje velmi přesnou lokalizaci a kvantifikaci přísunu energie na určené místo a dovoluje tak zpracování určité přesně ohraničené plochy či tvarového detailu s minimálním přebytkem energie a tedy i minimálním tepelným ovlivněním, deformacemi apod.. Zařízen může pracovat v několika režimech podle typu lokalizace přísunu tepla. První možností je jednorázové (kvazi-kontinuální) ohřátí plochy, které je dáno výkonem zařízení, rychlostí skenování paprsku a možností modulace energie paprsku, kdy by měla být vytvořená maximálně homogenní vytápěná plocha. Druhou možností je postupný proces, kdy elektronový paprsek ohřívá vymezenou oblast a zároveň se součástka pohybuje. Další možností je, že se na stacionární součástce opět ohřívá vymezená oblast, která se ovšem díky vychylování paprsku pohybuje po součástce. Tyto dvě posledně zmíněné metody umožňují dodávání nejvyšších hustot povrchové energie. Kalená stopa může být samostatná, nebo může být vytvořeno několik přiléhajících linií vedle sebe (s malým přesahem), čímž se dosáhne zpracování větších ploch. Tento proces ale vyžaduje analýzu struktury a vlastností v přechodové oblasti mezi jednotlivými stopami. Tento příspěvek se zabývá popisem vlastností oblastí zpracovaných elektronovým paprskem včetně některých teoretických aspektů a mikrostruktury provedených pilotních experimentů. V článku je popisován vliv kalení elektronovým svazkem tří materiálů – konstrukční oceli C45, nízkolegované oceli 42CrMo4 a vysokochromové ledeburitické nástrojové oceli X210Cr12. Maximální hloubka zakalení byla získána zakalení za použití postupného kalení. Gradient mikrostrukturálních změn byl popsán v příčných řezech k povrchu vzorků napříč a mezi jednotlivými vytvrzenými stopami oceli 42CrMo4.

Focused high power electron beam is one of the up to date tools for surface heating. It may be used for welding, engrawing, and shape corrections, moreover for surface heat treatment and alloying. From the point of view of nowadays machinery practice this is a technique which allows extremely precise localization and dosage of applied energy to the specified volume of surface. Then the exactly bordered area or the profiled detail can be treated with minimum energy surplus and thus minimal heat affected zone, distortions etc. The device can work in several modes according to type of heating localization. First possibility is one-time (quasi-continuous) heated area is given by power of device, speed of beam scanning and possibility of modulating beam power, when created heated area should be maximal homogenous. The other possibility is gradual process, when electron beam heats defined area and the part is moving or the stable part is heated field moving thanks to beam deflection. This mode provides highest surface energy density. Hardened line can be the only one separate line or more adjacent lines putted next to the other eventually with small overlapping in order to assure treatment of the larger areas. But these processes require structure analysis and properties of transitional area between lines. This contribution deals with description of electron beam treatment abilities including some theoretical aspects, and microstructures of pilot experiments carried out. Effect of surface EB hardening of three materials, carbon structural steel C45, low alloy steel 42CrMo4, and high chromium ledeburitic tool steel X210Cr12, was analysed in the paper. Maximal depth of hardened has been obtained by applying gradual hardening. Microstructure gradient changes have been described in sections perpendicular to specimen surface trough and between individual surface hardened beads of the steel 42CrMo4

electron beam; surface treatment; low alloy steel, ledeburitic steel; surface hardening

2015

28.05.2015

978-80-214-5146-9

NEUVEDENO

MULTI-SCALE DESIGN OF ADVANCED MATERIALS

145–152

8