The investigation of Microstructures and Properties of High Speed Steel HS6-5-2-5 after Laser Alloying

This paper presents the results of the influence of laser alloying on structure and properties of the surface of HS6-5-2-5 high speed steel, carried out using a high power diode laser (HPDL). WC, VC, TiC, SiC, Si3N4 and Al2O3 particles powder was used for alloying. It was found out that remelting and laser alloying with hard particles result in structure refinement across the entire investigated laser power range. Selection of laser operating conditions is discussed, as well as beam face quality after remelting, hardness, micro hardness test, EDX, X-ray microanalysis results. Fine grained, dendritic structures occur in the remelted and alloyed zone with the crystallization direction related to the dynamical heat movement from the laser beam influence zone. The fine grained martensite structure is responsible for hardness increase of the alloyed layer. Micro-hardness changes depend up in the effects of the laser beam on the treated surface, and especially in the alloyed layer. The outcome of the research provides better understanding of the structural mechanisms accompanying laser remelting and alloying. Laser technique features the especially promising tool for solving the contemporary surface engineering problems thanks to the physical properties of the laser beam, making it possible to focus precisely the delivered energy in the form of heat in the surface layer.

W pracy przedstawiono wyniki badań laserowego stopowania na strukturę i własności warstwy wierzchniej stali szybkotnącej HS6-5-2-5, przetapianej za pomocą lasera diodowego dużej mocy (HPDL). Jako materiał stopujący użyto proszków WC, VC, TiC, SiC, Si3N4 i AI2O3. Stwierdzono, że do przetopienia i stopowanie laserowe twardymi cząstkami powoduje poprawę własności warstwy wierzchniej w całym zakresie mocy lasera. Odpowiedni dobór warunków pracy lasera jak również jakość wiązki ma wpływ na wyniki przetopienia co potwierdzono badaniami twardości, mikrotwardości, mikroanalizy rentgenowskiej i rentgenowskie analizy fazowej. W strefie przetopionej i stopowanej stwierdzono występowanie drobnoziarnistej oraz dendrytycznej struktury z kierunkiem krystalizacji związanym z dynamicznym przepływem ciepła ze strefy oddziaływania wiązki laserowej. Drobnoziarnista struktura martenzytu jest odpowiedzialna za wzrost twardości warstwy stopowanej. Zmiany mikrotwardości ściśle zależą od efektów oddziaływania wiązki laserowej na obrabianą powierzchnię. Wyniki badań pozwalają na lepsze zrozumienie mechanizmów strukturalnych towarzyszących przetapianiu i stopowaniu laserowemu. Laserowa obróbka powierzchniowa stanowi szczególnie obiecujące narzędzie do rozwiązywania problemów inżynierii powierzchni dzięki wykorzystaniu własności fizycznych wiązki lasera umożliwiających precyzyjną obróbkę cieplną w warstwie wierzchniej.