Trasformazioni strutturali in acciaio Salsomaggiore, 20-22 Maggio 2003 Trattamenti Termici AIM, 19° Convegno Nazionale Trasformazioni strutturali in acciaio 100 Cr 6 sottoposto a trattamenti superficiali con laser di potenza G. Palombarini, G. Sambogna Istituto di Metallurgia, Università di Bologna G. Daurelio Centro Laser, Bari

tipiche di trattamenti laser Irraggiamento dei campioni Condizioni di lavoro tipiche di trattamenti laser CSM rivestimenti e fusione superficiale D foratura SAM alligazione superficiale e fusione SH shock hardening TH indurimento per trasformazioni di fase (J.Singh, 1995) Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Mappa per il trattamento laser di acciaio C 60 (Ashby & Easterling, 1984) Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser senza fusione superficiale: Acciaio 100 Cr 6 (AISI 52100): durezza elevata e uniforme penetrazione di tempra elevata deformazioni limitate buona resistenza ad usura tenacità discreta Trattamento laser senza fusione superficiale: trattamento termico convenzionale laser hardening Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

1 curve 3 2 3 Laser type: cw-CO2 , 1.4 kW Beam size: 5 x 5 mm2 Beam-to-workpiece distance: 152 mm Shielding gas: argon , 1.416 m3/h Tribometer: pin-on-blok Contact: reciprocating dry sliding Counterfacing material (blok): AISI 01 steel (62-64 HRC, 0.3-0.4 mm Ra) curve 1: conventionally heat tretaed (aust. 1 h 950°C; oil quench., temp. 2 h 250°C; 60-61 HRC) curve 2: laser treated at 10.6 mm/s curve 3: laser treated at 17.0 mm/s 10 kg load 1 2 3 curve 3 Devgun & Molian , 1990 Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

1 3 2 curve 3 Tribometer: pin-on-blok Contact: reciprocating dry sliding Counterfacing material (blok): AISI 01 steel (62-64 HRC, 0.3-0.4 mm Ra) curve 1: conventionally heat tretaed (aust. 1 h 950°C; oil quench., temp. 2 h 250°C; 60-61 HRC) curve 2: laser treated at 10.6 mm/s curve 3: laser treated at 17.0 mm/s 20 kg load 1 3 2 curve 3 Devgun & Molian , 1990 Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Materiali e Trattamenti:  Lastre piane spesse 5 mm di acciaio 100 Cr 6 (C 1%, Cr 1.5, Mn 0.4, Si 0.35)  Fasci laser da 1.2 e 1.5 kW  Coating anti-riflesso: grafite  Velocità di traslazione: da 0.5 a 1.4 m/min  Atmosfera: aria; azoto Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

sulla superficie trattata laser Percorso Microdurezza HV sulla superficie trattata laser (1.2 kW; grafite; 0.6 m/min) Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

(b) (a) Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min q a   Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamenti laser: 1.2 kW; grafite q a   0.5 m/min 0.8 m/min 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.7 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

(Micro-Scale Abrasion Tester) TRIBOMETRO MSAT (Micro-Scale Abrasion Tester) Data sphere: 25.4 mm diameter 10 GPa hardness slurry: aqueous suspension SiC particles 4-5 mm concentration 0.75 gcm-3 drip feed ~0.25 cm3min-1 contact load: 0.2 N relative speed: 0.05 m/s abrasion time: 5 to 13 min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Micro-Scale Abrasive Tester (MSAT) Rutherford and Hutchings, 1984 pivot x slurry feed weight stack ball specimen load TE66, Plint&Partners Ltd.K sphere AISI 52100 (1000 HV) abrasive slurry 4-5 mm SiCp in H2O contact load 0.20 ± 0.01 N relative speed 0.05 m/s at room temperature (20-25 °C) total sliding time 513 min in lab air (~ 60% RH)

. 1 Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min m2/N V  pb4/64 R 3 . 1 rinvenuto 2.58 e-12 m2/N Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min V  pb4/64 R b << R Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

. 1 2 Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min m2/N 3 rinvenuto tr. laser 1.56 e-12 m2/N Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

. 1 2 Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min m2/N 3 rinvenuto tr. laser 1.56 e-12 1.35 e-12 m2/N Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

. 1 2 4 Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min m2/N 3 rinvenuto tr. laser 1.56 e-12 1.35 e-12 temprato 1.19 e-12 m2/N Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

. 6 1 2 4 5 Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min m2/N 3 . 1 2 4 6 rinvenuto 2.58 e-12 composito 3.10 e-12 borurato 0.40 e-12 tr. laser 1.56 e-12 1.35 e-12 temprato 1.19 e-12 m2/N Trattamento laser: 1.2 kW; grafite; 0.6 m/min 5 Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Conclusioni Strutture polifasiche costituite da martensite, austenite e carburi, ottenute trattando acciaio 100 Cr 6 con laser di potenza, hanno presentato valori interessanti di resistenza ad usura abrasiva, di poco inferiori rispetto al 100 Cr 6 temprato in modo convenzionale. Il trattamento superficiale con laser di acciaio 100 Cr 6 previamente sottoposto a trattamento termico convenzionale migliora la resistenza dell’acciaio all’usura da strisciamento a secco, ma i meccanismi del danneggiamento richiedono ulteriori approfondimenti. Trattamenti Termici, AIM, Salsomaggiore, 2003

Ringraziamenti Si ringraziano cordialmente la Dott.ssa Daria Prandstraller per il supporto all’esecuzione dei test MSAT e il Dott. Fabrizio Tarterini per il supporto all’esecuzione delle misure HV.