Improved surface properties of nodular cast iron using electron beam remelting and alloying with nickel based additives
Anja Buchwalder, Normann Klose, Anne Jung, Rolf Zenker
Surface remelting has been used for improving the tribological behaviour of components, e.g. camshafts, for many years. Growing demands for the simultaneous improvement of wear and corrosion resistance of components with complex geometries poses a great challenge for surface treatment. With its unique possibilities for beam deflection, the electron beam (EB) is an excellent tool for generating load-related layers (single treatment) or as a basis for functional surface layer systems (duplex treatment). The focus of this paper is on the influence of the EB parameters on the layer microstructure formed and on the resulting wear and corrosion behaviour, using the ductile cast iron GJS-400 as an example. By varying the energy input, the melted depth and the amount of alloying contents can be controlled. Surface layers with a defined Ni content from 0 wt.-% to max. 20 wt.-% and a surface hardness of between 850 and 500 HV0.3 were produced. Comparative tests of the wear behaviour (counter body: WC-Co) showed, as expected, a significant improvement compared to the untreated base material. The wear behaviour investigated by unlubricated pin-on-disc tests of surface treated samples did not exhibit a defined correlation to the hardness, but was dependent on the microstructure and the load applied. The corrosion behaviour was tested in a 5 % NaCl solution. While remelting led to a marginal improvement compared to the base material, the corrosion behaviour of the alloying surface layer was significantly improved with increasing Ni content. The simultaneous improvement of wear and corrosion behaviour using the EB alloying process opens up new applications for cast irons.
В продължение на много години повърхностното претопяване се използва за подобряване на трибологичното поведение на машинни части, например разпределителни валове. Нарастващите изисквания за едновременно подобряване на износването и устойчивостта на корозия на машинни части със сложна геометрия представлява голямо предизвикателство за повърхностната обработка. Със своите уникални възможности за отклоняване на снопа, електронният лъч е отличен инструмент за генериране на свързани по натоварване слоеве (единична обработка) или като основа за функционални повърхностни системи от слоеве (дуплексно третиране). Фокусът на тази статия е върху влиянието на параметрите на електронния сноп върху микроструктурата на слоя, неговото поведение при износване и корозия, изучено с помощта на образци от сферографитен чугун GJS-400 като пример. Чрез промяна на вложената енергия, дълбочината на топене и съдържанието на легиращи компоненти се контролира структурата на изследвания слой. Получени са повърхностни слоеве с определен съдържание Ni от 0 тегловни % до макс. 20 тегл. % и повърхностна твърдост между 850 и 500 HV0.3. Сравнителни тестове на поведението на износване (WC-Co) показаха, както се очаква, значително подобрение в сравнение с износа на не третирания основен мате- риал. Поведението на износване, изследвано от тестове без смазване от типа „острие-на диск“ при повърхностна обработка на проби не показват определена корелация с твърдостта, но зависят от микроструктурата и приложеното натоварване. Поведението на корозия се тества в 5% разтвор на NaCl. Докато претопяването на повърхностния слой довежда до леко подобрение в сравнение с основния материал, корозията при легиране на повърхностния слой е значително подобрено с увеличаване на съдържанието на Ni. Едновременното подобряване на поведението на износване и корозия, използвайки процеса на електронно-лъчево легиране открива нови приложения за летия чугун.
Cite this article as:
Buchwalder A., Klose N., Jung A., Zenker R. Improved surface properties of nodular cast iron using electron beam remelting and alloying with nickel based additives. Journal – Electrotechnica & Electronica (Е+Е), Vol. 51 (5-6), 2016, pp. 221-227, ISSN: 0861-4717 (Print), 2603-5421 (Online)
