Laser hardening of cast iron ways of valves applied in combustion engines

The laser hardening of low-alloyed gray cast iron applied in valve ways production was investigated in our research. 0.8 kW and 2.5 kW technological lasers were applied. In the starting research the parameters of laser hardening were chosen, including beam scanning rate ni and a distance from the lens to the hardened surface Delta f. The main research were focused on metallographic analysis and tribological usage resistance. These experiments were carried on samples and real laser hardened ways, treated at optimal hardening parameters. The proposals of technological laser hardening ways of valves in important areas exhibited on the biggest tribological usage were presented. The experiment and the results of 450 hours long durability test of combustion engine were also described. The metrological measurements and surface topography analysis have proved the advantages of the ways laser hardening. Significant improvement of the tribological damage resistance of the bottom area of the way, exhibited on low lubrication and cyclic heat shocks in high temperatures in combustion chamber of the engine, was obtained. These research are the basis for industrial applications in series production.

W pracy przedstawiono wyniki badań nad utwardzaniem laserowym żeliwa szarego niskostopowego, stosowanego w produkcji prowadnic zaworowych, będących elementami silników spalinowych. W badaniach Zastosowano lasery technologiczne o mocy P = 0,8 i 2,5 kW. W ramach badań wstępnych dokonano doboru parametrów hartowania laserowego z uwzględnieniem mocy wiązki laserowej P, prędkości przemieszczania (skanowania) wiązki laserowej ni oraz odległości ogniska soczewki od powierzchni poddanej utwardzaniu Delta f. Badania zasadnicze obejmowały analizę metalograficzną oraz pomiary odporności na zużycie tribologiczne wykonane na próbkach oraz rzeczywistych prowadnicach utwardzonych laserowo przy najlepszych parametrach obróbki laserowej. Przedstawiono propozycje technologiczne hartowania laserowego prowadnic zaworowych w newralgicznych strefach narażonych na największe zużycia tribologiczne. Opisano także przebieg oraz wyniki 450- godzinnej próby trwałościowej na silniku spalinowym o ZS. Pomiary metrologiczne oraz obserwacje topografii powierzchni przy użyciu boroskopu potwierdziły celowość prowadzenia hartowania laserowego prowadnic. Uzyskano znaczącą poprawę odporności na zużycie tribologiczne, zwłaszcza w dolnej strefie prowadnicy zaworu narażonej na ograniczone smarowanie oraz cykliczne szoki termiczne w wysokich temperaturach, występujących w komorze spalania silnika. Badania te stanowią podstawę do wdrożeń przemysłowych w produkcji seryjnej.