Lokal värmebehandling Rekristallisation- och mjukglödgning med hjälp av laser

Transkript

1 Delrapport 4 Lokal värmebehandling Rekristallisation- och mjukglödgning med hjälp av laser Jozefa Zajac, IM ACCRA Teknik AB AK-Konsult Amada/Promecam AB AvestaPolarit AB Bendiro AB Chalmers Tekniska Högskola -Institutionen för byggnadsmekanik Ferruform AB Kanthal AB IM Institutet för Metallforskning AB IVF Industriforskning och utveckling AB ORTIC AB PRESS & PLÅTINDUSTRI AB Scandinavian CAD AB SSAB Tunnplåt AB Volvo Personvagnar AB VINNOVA

2 F O R S K N I N G S R A P P O R T Lokal värmebehandling Rekristallisation- och mjukglödgning med hjälp av laser Jozefa Zajac IM Öppen

3 Sammanfattning Vid laservärmebehandling tillförs värme till den yttersta ytan av det bestrålade området. Effekttäthet och interaktionstid avgör hur mycket värme som genereras och hur snabbt detta sker. Värmespridningen i plåten (i praktiken uppvärmnings och svalningshastighet) bestäms av värmeledningsförmågan samt plåttjockleken. För att kunna utföra laservärmebehandling av plåt på ett riktigt sätt måste följande väsentliga aspekter beaktas: plåten måste genomglödgas, en jämn temperaturprofil måste erhållas genom hela tjockleken och rätt temperatur måste uppnås. I praktiken innebär det en anpassning av energitäthet samt interaktionstid. Kylningshastigheten styrs av värmeledning till omkringliggande material och är i praktiken omöjlig att påverka. Målet med den lokala laserbehandlingen i detta arbete är att förbättra formbarheten d.v.s. lokalt sänka hållfastheten och förbättra de plastiska egenskaperna för att underlätta eller möjliggöra formning. I föreliggande rapport har rostfria stål (i kallvalsat tillstånd) och ultrahöghållfasta DP-stål (erhållna genom s.k. kontinuerlig glödgning) behandlats. Laserbehandling av de rostfria stålen kan betraktas som rekristallisationglödgning. De ultrahöghållfasta DP-stålen har behandlas i syfte att reducera andelen martensit i mikrostrukturen. Det har visat sig möjligt att genom laserbehandling åstadkomma en önskad hårdhetsnivå hos de två rostfria stålen 301 och 316. Resultatet har även kunnat styras med en stor noggrannhet. Vad det gäller DP stålen har inte önskad hårdhetsnivå uppnåtts på grund av den snabba svalningen vid laserbehandlingen. Önskade hårdhetsnivåer var efter försök 160HV för DP1000 och 165HV för DP1400. De höghållfasta DP stålen (hög martensit halt) kan lasermodifieras till formbara varianter med liten kornstorlek, låg andel martensit och hög andel ferrit. De uppnådda hårdhetsnivåerna är dock högre än de ställda kraven och uppgår till 230HV för DOC1000 DP och 250HV för DOC1400 DP.

4 Innehållsförteckning 1 Inledning 4 2 Laser som en värmekälla. 5 3 Utförande Laserbehandling Hårdhetsprovning Metallografi 7 4 Material Rostfria stål AISI Höghållfasta DP stål 11 5 Resultat Anpassning av laserparametrar Mikrostrukturer och hårdhetsprofiler AISI Stål DOCOL 1000DP och 1400DP 16 6 Diskussion 18 7 Slutsatser Rostfria stål DP - stålen 19

5 1 Inledning Projektet Formning av ultrahöghållfasta stål-vamp15 är finansierat av Nutek och syftar till att ta fram riktlinjer för formning av ultrahöghållfasta kolstål och rostfria stål. Lokal värmebehandling ingår i projektet som ett delprojekt. Detta delprojekt är fokuserat mot att använda laser som värmekälla för att lokalt förbättra formbarheten. Man står ofta inför uppgiften att minska vikten eller att åtminstone behålla vikten och samtidigt öka hållfastheten i en konstruktion. Att effektivt reducera vikten hos olika konstruktioner innebär att stålets hållfasthet måste höjas. Användning av höghållfasta stål kan dock medföra problem vid formningen av dessa stål. Kravet på formningsegenskaper varierar i praktiken även med formningens svårighetsgrad. Formningen kan bestå i såväl komplicerade pressningar som enklare bockning eller rullformning. Både hållfasthet och formningsegenskaper avgör stålets användningsområden. Vid kallbearbetning skapas en deformerad mikrostruktur med en hög grad av deformationshärdning. Den förhöja hållfastheten som erhålls utnyttjas i allmänhet inte på grund av att man också erhåller försämrad duktilitet. Genom en lokal värmebehandling kan man få en avsevärd förbättring av formbarheten på de områden där materialet utsätts för töjning eller stor deformation. Det innebär att man får en eftersträvandsvärd kombination av hög hållfasthet och mycket goda formningsegenskaper. Den praktiska huvudfrågan är hur man lokalt kan uppnå tillräcklig formbarhet och vilken värmekälla som är lämplig för detta ändamål. I föreliggande rapport studeras hur lokal laservärmebehandling utförs på ultrahöghållfasta DP-stål och rostfria stål i kalvalsat tillstånd. Ett första problem att lösa är hur lasern som energikälla kan utnyttjas optimalt. Ett annat problem är hur formbarheten skall förbättras hos olika typer av stål. Man bör förstå mekanismerna i samband med formningen och i vilket temperaturintervall det sker. Kunskapen om den optimala mikrostrukturen med hänsyn till formbarhet, hållfasthet och korrosionsbeständighet bör undersökas parallellt. Exempelvis kan ultra höghållfasta stål Docol 1000DP eller 1400DP innehållande en hög martensitandel mjukglödgas genom värmebehandling vid en given temperatur i kombination med långsam svalning. Vid den långsamma svalningen bildas en mikrostruktur med ferrit och perlit. Frågan är om denna mikrostruktur kan uppnås genom laserbehandling. Om detta inte är möjligt är frågan vilken mikrostruktur som då är mest optimal med hänsyn till formbarheten

6 2 Laser som en värmekälla. Principen vid laserytbehandling är följande: ljuset genererat i lasern riktas mot ytan av detaljen genom lämplig optik som fokuserar laserstrålen till rätt dimension för att uppnå nödvändig effekttäthet. När laser bestrålar en metallyta absorberas en del av laserljuset och en del reflekteras. Den del som absorberas i yttersta ytans atomlager, omvandlas till värme. Via förflyttning av strålen över detaljens yta utförs behandlingen. Effekttätheten och tiden under vilken ytan bestrålas (interaktionstiden) är de två viktigaste laserparametrarna som avgör hur mycket och hur snabbt värme tillförs ytan. Spridningen av värmet (uppvärmnings och svalningshastighet) avgörs av värmeledningsförmåga samt plåttjocklek. I praktiken är det viktigt att uppnå en bestämd temperatur i den behandlade plåten och samtidigt undvika temperaturgradienter genom plåtens tjocklek. På grund av detta måste en given laserbehandling använda sig av väldefinierade laserparameter inom ett snävt intervall beroende på önskad temperatur samt plåttjockleken. Figur 1 visar en beräknad yttemperatur som funktion av plåttjockleken för samma laser parametrar (effekttäthet 1,7x10 3 W/cm 2, förflytning 8mm/s). Ju tjockare plåten är desto lägre yttemperatur. Detta innebär att optimala laser parametrar för att uppnå en given temperatur för en viss tjocklek inte gäller som optimala för en annan tjocklek. Generellt gäller att snabbare förflyttning (kortare interaktionstid) kompenseras med högre energitäthet och tvärtom. Men energitäthet och interaktionstid är bara utbytbara till viss utsträckning. Högre energitäthet och kortare interaktionstid innebär en ostabil temperaturprofil genom plåttjockleken, speciellt för tjockare plåtar. Å andra sidan ger lägre energitäthet och längre interaktionstid en process som är långsam och värmespridningen i sidled leder till större värmepåverkade områden Temperatur, C ,5 2 2,5 3 3,5 Tjocklek, mm Fig.1 Beräknad yttemperatur som funktion av plåttjocklek

7 Glödgning i klassisk mening är inte möjlig vid laserbehandling. Detta beror på att temperaturförloppet vid dessa behandlingar har snabb uppvärmnings- och svalningshastighet. Särskild svalningshastigheten påverkas av omkringliggande material vilket ger en betydligt snabbare svalningshastighet än fri svalning i luft. Svalningshastigheten kan endast styras i en mycket begränsad utsträckning genom att förlänga interaktionstiden. Ju längre interaktionstid desto långsammare svalningshastighet på grund av lägre temperaturgradient. En praktisk begränsning av en förlängd interaktionstid är nödvändigheten av växelverkan mellan energitäthet och interaktionstid för att kunna genomglödga plåten och åstadkomma en given temperatur med stabil temperaturprofil genom hela plåttjockleken. Kombinationen av en förhållandevis lång interaktionstid och låg energitäthet leder till att värme leds bort från interaktionsområdet innan en given temperatur uppnås. Längre interaktionstid leder även till en annan negativ effekt genom att ett stort värmepåverkat område bildas vilket framhållits ovan. Generellt kan man säga att processen är inte lämplig att använda vid behov av multispårbehandling. Det är viktigt att påpeka att de optimala parametrarna måste fastställas och trimmas in genom ett antal experiment. Vanligtvis används s.k. the trial and error metoden. För att kunna minska antalet provkörningar försöker man öka den teoretiska kunskapen inom olika områden som exempel modellering av värmeflöden. En temperaturkontroll genom t ex. pyrometermätning är också möjligt att använda men ganska komplicerad. Detta på grund av att mättningen görs på ytan som alltid har något högre temperatur än bulkmaterialet. Vidare, återger ytans temperatur energifördelning hos laserstrålen, vilken i de flesta fall är litet ojämn samtidigt som mätning görs på relativt små områden. Man måste också mycket noggrant veta ytans emissionsförmåga för att justera pyrometern vid exakta mättningar. Det påpekats ofta i litteraturen att de avgörande fördelarna med laserytbehandling är en lokal behandling med noggrant bestämd effekttäthet vilket reducerar formförändringarna. Lokal betyder i detta sammanhang behandlingar begränsade till ett spår. Det handlar då i och för sig om spår från några millimeter till flera centimeter beroende på hur kraftfull laser man använder. Om man tänker behandla en större area med multispårbehandling ökar svårighetsgraden väsentligt om man har som mål att åstadkomma jämn mikrostruktur över hela området. Laserbehandlingen orsakar en typ av mikrostrukturförändring i det uppvärmda området och en annan mikrostrukturförändring i det värmepåverkade området. Ett successivt spår måste alltså beläggas med tanke på att förorsaka så litet förändring som möjligt i det färdiga spåret. Ett annat problem är den successiva temperaturökning som skapas vid multispårbehandling som beror på hur behandlingen utförs och hur stor area som behandlas i förhållande till hela detaljen. Anmärkningsvärt är att också en viss förändring av absorptionsnivån för laserstrålen sker vid en överlappning av färdiga spår på grund av att uppvärmning till 800 C-1000 C framkallar oxidation på ytan vilket ger en högre absorptionsnivå. För det mesta handlar plåtkonditionering om en genomglödgning av plåtens tjocklek och ett tvådimensionellt värmeflöde (spridning i sidled). Dessa betingelsen kan förorsaka oregelbunden distorsion (bockning och vridning). Distorsionsproblem beror på stålsort, tjocklek, detaljens storlek och position av behandlat område i förhållande till hela detaljen

8 3 Utförande 3.1 Laserbehandling Laserbehandlingarna har utförs med hjälp av en pulsad högeffektlaser, Nd:YAG, med 800 W medeleffekt. Lasern är utrustad med ett numeriskt kontrollerat x-y bord för mycket noggrann förflytning av laserstrålen över arbetsytan. Att laser tillför energin pulserande betyder att olika effekter uppnås med olika kombinationer av pulslängd, energi per puls och frekvens. Givetvis påverkas uppvärmningsprocessen av arrangemanget av pulserna i laserstrålen. Uppvärmning till glödgning bör vara så kontinuerlig som möjligt. Därför har förhållandevis korta pulser(1ms) med låg energi(2-7 J) och hög frekvens (100Hz) använts. Fördelen med Nd:YAG laser är det att den våglängd som används (1,064µm) kommer att absorberas betydlig bättre än längre våglängder (t.ex. CO 2 -lasrar). Följaktligen kan laserbehandlingarna utföras utan absorptionshöjande beläggningar som t. ex. grafit eller svart lack. Försöken har utförs i spår parallella med valsriktningen. Genom en speciell optik formades laserstrålen till rektangulär form, 5,5x5,5mm. Optiken skapar också en jämnare energifördelning i laserstrålen. Men trots det kommer det att vara högre temperatur i mitten av spåret som en följd av högre energidensitet i mitten av laserstrålen. Resultat blir att den effektiva zonen (mjukglödgad struktur till en given hårdhet) är lite smalare än storleken av laserstrålen. För att utföra laser behandling på ett rätt sätt måste man åstadkomma följande väsentliga aspekter: plåten måste genomglödgas, en jämn temperaturprofil måste erhållas genom hela tjockleken och dessutom måste rätt temperatur uppnås. I praktiken det betyder att ett stort antal försök måste utföras för att anpassa energitäthet och interaktionstid. Kylningshastigheten är viktig vid mjukglödgning och styrs i första hand av värmeledningsförmågan, d.v.s. den går inte att påverka via laserparametrarna. 3.2 Hårdhetsprovning Samtliga hårdhetsmätningar har gjorts med mikrovickers med en last av 500g. Proverna har förberetts enlig sedvanliga metoder för mikrostrukturundersökning (slippning, polering). Provningen har utförts på provytan, tvärs över laserspåret på ett antal exakt definierade positioner. Mätningar utfördes också tvärs genom laserspåret i mitten av plåtens tjocklek. Utifrån hårdhetsmätningarna har hårdhetsprofiler gjorts. 3.3 Metallografi Mikrostrukturer har undersökts ljusoptiskt efter etsning i nital- (DOC DP) eller Vogel (rostfritt material)

9 4 Material 4.1 Rostfria stål AISI 301 Det austenitiska rostfria stålet 301 innehåller en lägre nickel- och kromhalt i förhållande till baskvaliteten Stålets kemisk sammansättning presenteras i Tabell 1. Tabell 1 Sammansättning hos och Plåttjocklek 0,5mm C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) Cr(%) Ni(%) Mo(%) ,101 0,47 1,16 0,025 0,001 17,52 7, ,099 1,14 1,23 0,022 <0,001 16,72 6,73 0,7 Stålet är kraftigt deformationshårdnande. Det innebär att motståndet mot plastisk deformation ökar under töjning i form av att både sträck- och brottgräns ökar kontinuerlig under töjning. Också hårdheten tilltar samtidigt som duktiliteten avtar. Denna egenskap möjligtgör dock härdning till rätt hållfasthet genom kallbearbetning. Den vid kallbearbetning erhållna plastiska deformationen åtföljs av en omvandling av austenit till martensit. Andelen martensit beror på deformationsgrad. Den jämförelsevis höga hållfastheten är eftersträvansvärd i olika applikationer dock följer begränsade formbarhetsegenskaper och stålet lämpar sig inte väl för besvärliga formningsoperationer. I dessa fall kan en lokal värmebehandling prövas som en utväg att behålla hållfastheten och förbättra den lokala formbarheten. Vid lokal värmebehandling av rostfria stål 301 i kalltvalsat tillstånd måste två viktiga faktorer beaktas. Den första gäller formförändring under lokal värmebehandling, den andra avser korrosionsbeständigheten. Distorsionen är i fallet med austenitiska rostfria stål särskild allvarlig på grund av den höga koefficienten för termiska utvidgningen och den dåliga värmeledningen. Det är även välkänt att man kan få nedsatt korrosionsbeständighet i samband med karbidutskiljning. På grund av martensitbildningen vid plastisk deformation, kan det antas att austeniten raskt återbildas vid värmning. Vanligen är dock martensiten så termodynamiskt instabil att den sönderfaller i ferrit och karbider. Det förloppet är möjligt på grund av den jämförelsevis höga kolhalten. I litteraturen behandlas ofta problem med austenitens stabilitet i austenitiska rostfria stål. Å andra sidan har stabiliteten hos kallvalsad martensit samt martensitens sönderfall inte förklarats. Om det är austeniten som återbildas vid uppvärmning så finns det en möjlighet att den under formningsförlopp återigen omvandlas till martensit. Om det däremot är martensiten som sönderfaller i ferrit och karbider kommer deformation vid formningen inte att bidra till hållfasthetshöjning genom martensitbildning. Viktigt att påpeka är att karbidbildning kommer att försämra korrosionsbeständigheten

10 Eftersom projektet främst är inriktad på att hitta lämpliga värmebehandlingscykler för förbättring av stålets formbarhet så ingår igen noggrann metallografisk undersökning som kan klarlägga vad som händer i den deformerade martensitisk-austenitiska strukturen vid uppvärmning. Enlig slutsatser i delaktivitet 10.1 gav följande värmebehandling en eftersträvansvärd nivå av hårdheten och hållfasthet: värmning till o C i saltbad under 15s, därefter kylning i ett rumstempererat oljebad. Detta förorsakar att stålet tappar en del av hållfastheten i gengäld erhålls förbättrade formningsegenskaper. Medelvärden på hårdheten från provningen visas i tabell 2 nedan. Tabell 2 Resultat av hårdhetsprovning. HV 0,5 prov Obeh o C o C o C o C o C o C o C Syfte med denna del av arbetet är att försöka använda laserbehandling för att åstadkomma följande hårdhetsnivåer vilka bestämts som optimala med hänsyn till formbarheten. AISI 301(1000) 335HV 0,5 AISI 301(1000) 220HV 0,5 AISI 301(1500) 355HV 0,5 AISI 301(1500) 240HV 0,5 Förändringarna i mikrostrukturen efter laserbehandling har också dokumenterats Det rostfria austenitiska stålet 316 utgör en modifikation av baskvaliteten 18-8 genom legering med molybden för att höja korrosionsbeständigheten. Stålets kemisk sammansättning visas i Tabell

11 Tabell 3 Sammansättning hos 316. Plåttjocklek 0,5mm. C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) Cr(%) Ni(%) Mo(%) N(%) 316 0,037 0,44 1,45 0,29 <0,001 16,96 10,79 2,06 0,025 Stålet är på grund av den austenitiska mikrostrukturen i glödgad tillstånd inte magnetiskt. Genom kallbearbetning kan stålet härdas till en önskad hållfasthet. Också i kallvalsat tillstånd förblir stålet icke magnetiskt. Detta innebär att den plastiska deformation som skapats vid den använda reduktionsgraden vid kallvalsningen inte medfört någon omvandling av austenit till martensit. Mer sannolikt är att vid kallbearbetning så har ingen icke magnetisk hexagonal close-packed (hcp)! martensit bildats. Denna martensit betraktas som förstadium för omvandling till martensit ("). Generellt så höjs austenitens stabilitet om baskvaliteten 18-8 legeras med ytterligare molybden. Det kan antas att glödgningen av den kallvalsade mikrostrukturen hos 316 stålet förorsakar austenitens rekristallisation. Det i denna undersökning studerade 316 stålet har i kallvalsat tillstånd deformationshärdat till en sträckgräns kring 1100 MPa och en brottgräns på ca 1200 MPa. Stålet har i detta tillstånd en hårdhet på ca 370 HV 0,5. Vid värmebehandling sjunker hårdheten enligt tabellen 4 nedan. Tabell 4 Hårdhetsminskning med glödgningstemperatur (glödgning i oljebadet). Tillstånd H V 500 kallvalsad C C C C C C C 174 Det rostfria 316 stålet är i likhet med 301 stålet också benäget till formförändring under lokal värmebehandling. Även karbidutskiljning kan vara överhängande men säkerligen i mindre utsträckning än i 301 fallet till följd av den lägre kolhalten

12 4.1.3 Höghållfasta DP stål Den kemisk sammansättning för de i undersökningen ingående DP presenteras i tabell 5, och de mekaniska egenskaperna i tabell 6. Tabell 5 Kemisk sammansättning hos i undersökningen ingående Docol Dp stålen. Stålsort C % Si % Mn % P % S % Docol ,14 0,05 1,2 0,02 0,02 Docol ,16 0,05 1,5 0,02 0,02 Tabell 6 Mekaniska egenskaper hos i undersökningen ingående Docol DP stålen. Stålsort Rp02 (riktv) MPa Rm (riktv) MPa Docol Docol A80 min(%) Både Docol 1000DP och Docol 1400DP laserbehandlades i erhållet tillstånd d.v.s. kontinuerligt glödgade. Båda stål hade en plåttjocklek på 0,8mm. Med DP (Dual Phase) stål avser man ett stål innehållande en tvåfasig struktur av ferrit och martensit. För att erhålla den strukturen genomgår stålet en speciell värmebehandling i den kontinuerliga glödgningslinjen. Efter snabb uppvärmning till glödgningstemperatur i "+# området sker en snabb vattenkylning för att åstadkomma omvandling av den vid glödgningstemperaturen förekommande austeniten till martensit. De ultrahöghållfasta DOC1000DP och DOC1400DP kvaliteterna har på grund av den höga martensithalten ($80-100%) begränsade formbarhetsegenskaper. Målet med den lokala laserbehandlingen är att förbättra formningsegenskaperna d.v.s. sänka hållfasthet och höja de plastiska egenskaperna lokalt för att underlätta eller möjliggöra formning. Värmeförloppet vid laserbehandlingar karaktäriseras av snabb uppvärmning och svalning. Den förhållandeviss snabba svalningen från glödgningstemperatur genom värmeledning till omkring liggande material kan vara en kritisk begränsning för att åstadkomma låg hårdhetsnivå och klassisk glödgningsmikrostruktur innehållande ferrit och perlit. Den snabba svalningen orsakar snarare en omvandling av den vid glödgningstemperatur förekommande austeniten till martensit. Genom att minimera andelen austenit under glödgning vid låga temperaturer i "+# området minimeras andelen martensit. Andelen martensit som kol tagande fas beror också på kolhalten i stålet. Enlig slutsatser i delaktiviteten 10.1 kommer glödgning vid o C att resultera i önskad nivå på hårdhet vilken uppgår till 165 HV 0,5 och 160 HV 0,5 för DOC1000DP och DOC1400DP respektive. Huvudmålet för denna del av arbetet är att via laserbehandling försöka att åstadkomma samma hårdhetsnivåer och att dokumentera mikrostrukturen

13 5 Resultat 5.1 Anpassning av laserparametrar Anpassning av laserparametrar har gjorts med syfte att jämnt genomglödga plåten och åstadkomma de hårdhetsnivåer som ansågs vara optimala efter försök i delaktivitet Generellt har laserparametrarna anpassats genom att använda trial and error metoden. Laserbehandlingarna har i första hand begränsats till ett 5,5 mm-enkelspår. Använda laserparametrar samt uppnådda hårdhetsnivåer har angetts i tabell 5-9 för respektive stål. Tabell 5 redovisar värden för stål , tabell 6 för stål , tabell 7 för stål 316, tabell 8 för DOC 1000DP och tabell 9 för DOC 1400DP. Vid alla laserbehandlingarna användes 1ms långa pulser och en frekvens på 100 Hz. Tabell 5. Laserparametrar använda vid värmebehandlingar av rostfritt stål tjkl. 0,5mm (stråle 5,5x5,5mm) Spår Nr. Effekt (W) Förflyttningshastighet (mm/min) Hårdhet (mätt i mitten av spår) HV För låg temperatur. Ingen förändring av hårdhetsnivån HV HV HV HV HV HV HV 500 De bästa laserparametrarna för är 540W, V=600mm/min eller 360W, V=300mm/min med avseende på hårdhetsnivån

14 Tabell 6 Laserparametrar använda vid värmebehandling av rostfritt stål (stråle 5,5x5,5mm) Spår Effekt (W) Förflyttningshastighet (mm/min) Hårdhet (mätt i mitten av spår) HV HV 0, HV 0, HV 0, HV 0, HV 0, HV 0, HV 0, HV 0, ,5 De bästa laserparametrarna för är 520W, V=600mm/min, 640W, V=600mm/min och 360W, V=300mm/min med avseende på hårdhetsnivån. Tabell 7 Laserparametrar använda vid värmebehandlingar av rostfritt stål 316 tjkl. 0,5mm (stråle 5,5x5,5mm) Spår Nr. Effekt (W) Förflytningshastighet (mm/min) Hårdhet (mätt i mitten av spår) HV * * * I behandling Nr.5 har en större laserstråle på 7x7mm använts Tabell 8 Laserparametrar använda vid värmebehandlingar av Docol 1000DP tjkl. 0,5mm (stråle 5,5x5,5 mm) Spår Nr. Effekt (W) Förflytningshastighet (mm/min) Hårdhet (mätt i mitten av spår) HV (bara anlöpning) (hög andel av martensit) (martensit + bainit)

15 Tabell 9 Laserparametrar använda vid värmebehandlingar av Docol 1400DP (stråle 5,5x5,5 mm) Spår Nr. Effekt (W) Förflytningshastighet (mm/min) Hårdhet (mätt i mitten av spår) HV (bara anlöpning) (bara anlöpning) (bara anlöpning) (bara anlöpning)

16 5.2 Mikrostrukturer och hårdhetsprofiler AISI301 Det rostfria austenitiska stålet 301 innehåller i kallvalsat tillstånd austenit och martensit (figur 2). Andelen martensit beror av deformationsgraden och påverkar de mekaniska egenskaperna. Den deformerade austenitisk-martensitiska mikrostrukturen genomgår återhämtning, rekristallisation och sönderfall av martensiten vid värmning. Exempel på mikrostrukturer uppnådda via glödgning i saltbad visas i figur 3 för stålet. Mikrostrukturer som motsvarar en minskning av hårdheten ned till 300HV (glödgning i saltbad vid 500, 700, 800 grader) visar inga tecken på kärnbildning och tillväxt av nya rekristalliserade austenitkorn. Man kan konstatera att hårdhetsminskningen har ett samband med återhämtning av den kallvalsade mikrostrukturen och att huvuddelen av mikrostrukturen är austenit och martensit. Men det verkar som om utskiljningar av karbider förekommer mellan martensitens nålar och/eller längs fasgränserna (se figur 3 a,b,c). Dessa utskiljningar av karbider är troligen en följd av martensitsönderfallet som tyder på att även ferrit bör också förekomma i mikrostrukturen. Förekomsten är dock svår att bevisa enbart via LOM bilder. Ju högre glödgningstemperatur desto mer karbidutskiljningar. Jämförelsen i figur 3a och 3b visar detta efter glödgningstester i saltbadet. Större, svart etsade prickar och fläckar i de ljusoptiska bilderna kan tolkas som en etsningseffekt från volymsammandragning vid martensitsönderfallet. Partiell rekristallisation har observerats efter glödgning vid 870 o C (motsvarande hårdhet är 250HV 0,5 ) i form av tillväxt av nya rekristalliserade austenitkorn. Det förekommer också icke rekristalliserade områden innehållande utskiljningar av karbider (figur 3c ). Med laserglödgning avser man en kortvarig glödgning med snabb värmning och svalning. Det kortvariga förloppet visar sig också leda till en viss karbidutskiljning. I fallet med stålet kan man särskilja mellan laserbehandling till en hårdhet på omkring 350HV 0,5 utan karbidutskiljning (figur 4a,b ), omkring 320HV 0,5 med väl synliga utskiljningar (figur 6a,b och 8a,b), och till omkring 220HV 0,5 utan utskiljningar. Den sista mikrostrukturen visar sig som rekristalliserad austenit. De mikrostrukturer som motsvarar 350HV i hårdhet innehåller troligen austenit och martensit medan mikrostrukturen motsvarande 320HV består av austenit, martensit och karbider i en ferritmatris. Uppkomst av karbider kan sänka korrosionsbeständigheten i de behandlade områdena. På grund av detta bör den rekristalliserade, austenitiska mikrostrukturen betraktas som optimal. Men i detta fall kan karbider uppträda i de värmepåverkade områdena (figur 13) AISI 301-kallvalsat till 1500MPa verkar vara ännu mer benäget för karbidutskiljningar. Även de laserglödgade mikrostrukturerna som motsvarar HV i hårdhet visar tecken på karbidutskiljningar (figur 14). I detta fall är den använda interaktionstiden förhållandeviss kort, 0,4 s. För att åskådliggöra variationerna i hårdhet tvärs det laserbehandlade spåret, presenteras de uppmätta hårdhetsvärdena i hårdhetsprofiler i figur 5, 7, 10, 12, 15 och 17. Bredden på de glödgade spåren och värmepåverkade zonerna beror framför allt på uppnådda temperaturer och förflyttningshastighet (interaktionstid). Bredden uppgår för de glödgade spåren till 4,5-6 mm och för värme påverkade zonerna till 1,5-3mm

17 Som framgår av Tabell 2 påverkar en höjning av glödgningstemperaturen vid saltbadsglödgning från 870 till 1100 o C inte hårdheten hos 301(1500) stålet. Inte heller laser behandling med stigande effekttäthet(temperatur) påverkar hårdheten nämnvärt utan hårdheten uppmättes till ca 240 HV (se jämförelse i figur 18). För 301(1500) stålet har också multispårbehandlingar utförts och hårdhetsförändringarna utvärderats tvärs över spåren. Resultaten visas i figur 19. Hårdhetsvariationerna är påfallande. Vidare bör det åter påpekas att formförändringarna är tydliga och visar att multispårbehandling är svår att genomföra Stål 316 Med avsikt att sänka hållfastheten och höja formningsegenskaperna hos 316 stålet i kallvalsat tillstånd (figur 20) så laserbehandlades detta stål med ett antal olika laserparametrar. Det har visat sig att genom att anpassa laserparametrarna så att en lämplig temperatur uppnås, kan man åstadkomma önskad hårdhetsnivå med en stor noggrannhet. Figurer 22, 24, 26 visar uppnådda hårdhetsprofiler, figur 27 visar jämförelse av de olika hårdhetsprofilerna. Mikrostrukturella förändringar omfattar i första hand austenitens återhämtning och rekristallisation. På grund av att stålet förblir omagnetiskt vid kallbearbetning, utesluts " martensitens bildning men det kan förekomma! hexagonal martensit (omagnetisk). Denna förväntas i så fall snabbt återgå till austenit vid värmning till höga temperaturer. Karbidutskiljningar kan via LOM observationer inte ses. Den mindre hårdhetssänkning som kan ses avspeglas inte av några i LOM synliga förändringar av mikrostrukturen (figur 21). Sänkning på ca. 100HV d.v.s. 280HV hårdhet uppstår till följd av delvis rekristalliserad austenit (figur 23). Genom att uppnå fullständig rekristallisation av austeniten (figur 25) faller hårdheten till ca hv DOCOL 1000DP och 1400DP DOCOL 1000DP och 1400DP laserbehandlades med avsikt att minska så mycket som möjligt av martensitens andel i mikrostrukturen. DOC 1400DP behandlades dessutom med flera intilliggande spår för att utvärdera både mikrostruktur- samt hårdhetsförändringar tvärs genom spåren. DOC 1400DP i kontiglödgat tillstånd innehåller 100% martensit (figur 28) medan DOC1000DP består av ferrit ($20%) och martensit ($80%) vilket visas i figur 29 Stålen behandlades med antal kombinationer av effekttäthet och interaktionstid (förflytningshastighet) som visas i Tabell 8 och 9. DOC 1000 DP Hårdhetsprovning har utförts på ytan, tvärs genom de behandlade spåren samt tvärs genom laserspåret i mitten av plåttjockleken för att jämföra uppmätta värdena. Figurer 30-38, visar en översikt över erhållna mikrostrukturer och hårdhetsnivåer. För hög temperatur (över A c3 ) förorsakar omvandling till grov martensit med en viss andel av lägre bainit (figur 30 ). Givetvis är den erhållna hårdheten på 370HV högre än den i utgångstillståndet. En för hög temperatur i "+# området resulterar i jämförelsevis hög andel martesit och hög hårdhet HV (Figur 31 ). Den lägsta martensithalten, som i

18 figurer 32, 34 och 36 ger hårdheter på HV. Sänkningen av martensitens andel i jämförelse med den kontiglödgade mikrostrukturen uppgår uppskattningsvis till 40%. Det förekommer inte bara en minskning av martensitandelen utan också en förfining av martensitens korn. Vilket är välkänt så bidrar båda dessa faktorerna stark till en förbättring av de plastiska egenskaperna. Den optimala mikrostrukturen av martensit och ferrit kan erhållas med olika kombinationer av laserparametrar under förutsättning att den optimala låga temperaturen inom "+# området uppnås. Varken en snabbare uppvärmningshastighet eller svalningshastighet påverkar mikrostrukturutvecklingen i någon större grad (jämför figurer 32,34 och 36). Förändringen av svalnings- och uppvärmningshastighet har åstadkommits genom förändring av interaktionstiden från 0,5s till 1,1s. Omkring 230 HV 500 tycks vara den lägsta nivå vilken kan uppnås genom laserbehandling av detta stål. Mikrostrukturen visar en karaktäristisk martensitfördelning längs ferritkornen och avspeglar den vid glödgningstemperatur förekommande austeniten. Mindre martensitenandel kan inte uppnås på grund av den kemiska sammansättningen, framförallt kol- och mangan- halten i stålet. Det har redan påpekats att svalningshastigheten vid lokal laserbehandling inte tillåter perlitbildning. Ett alternativ till laser mjukglödgning vid låga temperatur i "+# området, är glödgning under A c1. I praktiken innebär detta bara en martensitanlöpning (figur 38). I figur 39 visas exempel på en hårdhetsprofil genom ett anlöpt laserspår mätt på plåtens yta och i figur 40 visas jämförelse mellan olika hårdhetsprofiler uppnådda för olika laser parametrar. DOC 1400 DP DOCOL 1400DP laserbehandlades med samma syfte som 1000DP nämligen att minska martensitandelen till ett minimum. Hårdhetsminskning hos DOC 1400DP möjliggörs genom en avsevärd minskning av martensithalten. Utgångsmikrostrukturen innehållande 100% martensit kan modifieras genom laserbehandling till en formbar mikrostruktur som innehåller finkorning martensit i en ferritmatris. Figur 41-46, visar en översikt över erhållna mikrostrukturer och relaterade hårdhetsnivåer. Andelen martensit uppgår uppskattningsvis till 40% vilket visas i figur 41 och 43. Dessa mikrostrukturer kan betraktas som optimala och ger en hårdhetsnivå på ca.250hv. Denna nivå betingas av martensitandelen och är en följd av kol- och mangan- halten i stålet samt kylningsvillkoren. Laserparametrar som leder till lägre temperaturer förorsakar bara anlöpning av martensiten. I figur 45 visas den anlöpta mikrostrukturen. Genom anlöpning uppnås en högre hårdhet, omkring 290HV (figur 46) i jämförelse med den ferritiskmartensitiska mikrostrukturen. Naturligtvis, uppträder den anlöpta mikrostrukturen också i det värmepåverkade området. I figur 47 syns tydligt gränsen mellan anlöpt martensit och glödgad mikrostruktur av ferrit och martensit, d.v.s. gränsen mellan områden påverkad av temperaturer över och under A 1 temperaturen. Man kan konstatera att hårdheten förändras med glödgningstemperaturen som följd av laserparametrarna (figur 48) men en lägre hårdhet än ca. 250HV kan inte uppnås för detta stål

19 6 Diskussion Hårdhetsprovning på ytan och på tvärsnittkutsar uppvisar stora variationer med en lägre hårdhet på ytan. Detta har samband med både deformationsförloppet vid kallvalsning och en segring av legeringsämnen i de centrala delarna av plåttjockleken. Det är också möjligt att det sker en ytlig avkolning under laserglödgningen. De hårdhetskrav för de rostfria stålen som bestämdes i delaktivitet 10.1 har uppnåtts trots ett snabbare värmeförlopp. Särskilt svalningshastigheten är vid laserbehandling hög och det förekommer inget uppehåll vid glödgningstemperaturen. Rekristallisationsförloppet påverkas dock inte av svalningshastigheten och det verkar även som om martensitens återgång till austenit inte påverkats av denna. Karbidutskiljningar hos 301 stålet bör däremot påverkas av svalningshastigheten och av denna anledning bör laserbehandlig vara ett överlägset sätt att eliminera dessa olägenheter. Men det krävs mycket mer metallografiska undersökningar för att dra konkreta slutsatser i detta avseende. Vad det gäller DOC DP stålen, har de låga hårdhetsnivåerna som bestämdes i delaktivitet 10.1 (160HV för 1000 DP och 165HV för 1400 DP) inte gått att uppnå på grund av den snabba svalningen. Men de höghållfasta DP stålen, med en hög andel martensit, kan lasermodifieras till formbara varianter genom en kraftig minskning av martensitandelen och en förfining av strukturen trots att hårdhetsnivåerna är något högre än kraven. Det är viktig att peka på några faktorer som komplicerar laserbehandling när flera intilliggande spår används. Till exempel så utgörs utgångsmikrostrukturen för varje nytt spår på DOC 1400DP av anlöpt martensit d.v.s. av värme påverkat område från redan utförda spår och delvis den ursprungliga kontiglödgade martensitiska mikrostrukturen. Dessutom anlöper det successiva spåret den martensit som förekommer i den färdiga glödgade mikrostrukturen av martensit och ferrit. I figur 49 visas skillnader mellan anlöpt martensit av DOC 1400DP(kontiglödgat tillstånd) och anlöpt mikrostruktur av laserglödgad ferrit och martensit. Följaktligen, uppnås till en viss grad upprepad, inhomogen mikrostruktur tvärs de behandlade spåren vilket kan försämra formbarheten. För rostfria stål är det största problemet distorsionen som kraftig försämrar kvaliteten på de laserbehandlade områdena. Distorsionsproblem är för de höghållfasta DP stålen mindre allvarliga men uppträder även här. 7 Slutsatser 7.1 Rostfria stål 1. Generellt, minskar hårdheten med en stigande glödgningstemperatur. En kraftig minskning av hårdheten observeras när en rekristalliserad mikrostruktur skapats efter behandling vid förhållandevis höga temperaturer. 2. Genom att anpassa laserparametrarna kan man åstadkomma en önskad hårdhetsnivå med stor noggrannhet. 3. Genom laserbehandling kan man uppnå 335HV för AISI 301(1000) och 355HV för AISI 301(1500). Med denna hårdhetsnivån kan man antaga att mikrostrukturen innehåller austenit och martensit

20 4. Det går även att uppnå en hårdhet på 220 och 240 HV för respektive AISI 301(1000) och AISI 301(1500). I dessa fall visar sig mikrostrukturen bestå av rekristalliserad austenit. 5. Karbidutskiljningar uppträder i de laserbehandlade 301 stålet efter mjukglödgning till omkring 300HV. Dessa utskiljningar hänger troligen ihop med martensitens sönderfall och/eller med diffusionsfenomen vid temperaturer mellan o C. 6. När laserbehandlingen förorsakar bildning av en fullständigt rekristalliserad austenitisk mikrostruktur till följd av högre temperatur syns inga karbidutskiljningar. 7. Uppkomst av den rekristaliserade austenitiska mikrostrukturen hos 301 stålet leder till en kraftig sänkning av hårdheten. Den mikrostrukturen är överlägsen vad det gäller korrosionsbeständighet. Formningsprocessen kan i efterföljande steg förorsaka återbildning av martensit. 8. Karbidutskiljningarna hos 301 stålet bör vara kopplad till svalningshastigheten. Av denna anledning bör laserbehandling vara överlägsen vanlig glödgning vad det gäller möjligheten att eliminera eller minska olägenheterna med karbidutskiljningar. 9. Mikrostrukturella förändringar hos 316 stålet omfattar i första hand austenitens återhämtning och rekristallisation. Inga karbidutskiljningar har observerats. En jämförelsevis liten hårdhetssänkning ger inga synliga förändringar av mikrostrukturen i LOM. En sänkning av hårdheten på ca. 100HV till 280HV uppstår till följd av delvis rekristalliserad austenit. Genom att uppnå en helt rekristalliserad, austenitisk mikrostruktur får man hårdheter på ca hv. 10. Lokala laserbehandlingar leder till stora formförändringar hos de undersökta rostfria stålen. Detta kan vara en kritisk begränsning för att effektivt utnyttja laser för mjukglödgning av tunna plåtar av rostfria stål. 7.2 DP - stålen 1. Höghållfasta DP stål med en hög andel martensit kan lasermodifieras till formbara varianter med fin ferritkornstorlek och låg andel martensit. 2. För att åstadkomma detta bör man anpassa laserparametrarna så att glödgning sker vid låga temperaturer i "+# området. 3. Laserglödgning i det austenitiska området leder till bildning av 100% martensit och/eller bainit med hög hårdhet. 4. Vid uppvärmning till temperaturer under Ac 1 sker martensitanlöpning. 5. Omkring 230HV är den minimala hårdhetsnivån vilken kan uppnås genom laserbehandling av DOC 1000DP. 6. Omkring 250HV är den minimala hårdhetsnivån vilken kan uppnås genom laserbehandling av DOC 1500DP. 7. Distorsionsproblem i de höghållfasta DP stålen är mindre allvarlig jämfört med de rostfria stålen men uppträder även här. 8. Genom multispårbehandling går det inte att uppnå en homogen mikrostruktur. Mikrostrukturen tvärs behandlade spår varierar mellan ferrit och finkorning martensit samt ferrit och anlöpt, finkornig martensit

21 600X a) b) 400X c) 1000X 1000X d) Figur 2 Stål 301 i kallvalsat tillstånd. a,b) 1000 MPa i sträckgräns. c,d) 1500 MPa i sträckgräns

22 a) Glödgningstemperatur-700oC Hårdhet-360HV0,5 c) Glödgningstemperatur-870oC Hårdhet-250HV0,5 600X b) Glödgningstemperatur-800oC Hårdhet-335HV0,5 600X d) Glödgningstemperatur-1050oC Hårdhet-220HV0,5 Figur 3. AISI 301(1000) - Uppnådda mikrostrukturer och hårdhetsnivåer genom saltbadsvärmebehandling vid temp. 700, 800, 870 och 1050oC X 600X

23 a) 600X b) 600X Hårdhet 350HV 0,5 Figur 4. Stål 301(1000) - Mikrostrukturer uppnådda genom laserbehandling. Laser parameter: 520W(1ms/5,2J/100Hz), V=600mm/s 520W(1ms/5,2J/100Hz), V=600mm/s HV 0, Avstånd (mm) Figur 5. Stål 301(1000) Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

24 a) 600X b) 600X Hårdhet 320HV 0,5 Figur 6. Stål 301(1000) - Mikrostrukturer uppnådda genom laserbehandling. Laser parameter: 540W(1ms/5,2J/100Hz), V=600mm/s 540W (1ms/5,6J/100Hz), V=600mm/s HV0, Avstånd, mm Figur 7. Stål 301(1000) Hårdhetsprofil mätt tvärs genom laserspåret på ytan

25 a) 1000X b) 1000X Hårdhet 320HV 0,5 Figur 8. Stål 301(1000)-Mikrostrukturer uppnådda genom laserbehandling 520W(1ms/5,2J/100Hz), V=600mm/s. Tydliga karbidutskiljningar

26 a) 600X b) Hårdhet 220HV 0,5 600X Figur 9. Stål 301(1000)-Mikrostrukturer uppnådda genom laserbehandling. 560W(1ms/5,2J/100Hz), V=300mm/s 360W(1ms/3,6J/100Hz), V=300mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 10. Stål 301(1000) Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

27 a) 600X b) Hårdheten 190HV 0,5 600X Figur 11. Stål 301(1000)-Mikrostrukturer uppnådda genom laser behandling 380W(1ms/3,8J/100Hz), V=300mm/s 380W(1ms/3,8W/100Hz), V=300mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 12. Stål 301(1000) Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

28 a) 600X b) Hårdhet 350HV 0,5 1000X Figur 13. Stål 301(1000) Värmepåverkat området i det laserbehandlade spåret. Laserparametrar:380W(1ms/3,8J/100Hz), V=300mm/s

29 a) 1000X b) 1000X Hårdhet 350HV 0,5-360HV 0,5 Figur 14. Stål 301(1500)-Mikrostruktur uppnådd genom laser behandling 730W(1ms/7,3J/100Hz), V=800mm/min 730W(1ms/7,3J/100Hz), V=800mm/min 550 HV0, Avstånd, mm Figur 15. Stål 301(1500) Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

30 a) 600X b) 1000X Hårdhet 230HV 0,5 Figur 16. Stål 301(1500)-Mikrostrukturer uppnådda genom laser behandling 360W(1ms/3,6J/100Hz), V=300mm/s 360(1ms/3,6J/100Hz) V=300mm/min HV0, Avstånd, (mm) Figur 17. Stål 301(1500) Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

31 HV0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 Avstånd, mm 360(1ms/3,6J/100Hz) V=300mm/min 640(1ms/6,4J/100Hz), V=600mm/min 380(1ms/3,8J/100Hz), V=300mm/min 680W(1ms/6,8J/100Hz), V=600mm/s Figur 18. Stål 301(1500) - Hårdhetsprofiler tvärs över behandlade spår Stål 301 (1500) - multispårbehandling HV Avstånd (cm) 680W(1ms/6,8J/100Hz) V=800mm/s) Figur 19. Hårdhetsvariationer vid multispårlaserbehandling

32 a) 600X b) 400X Figur 20. Deformerad, kallvalsad mikrostruktur hos 316 stålet. Hårdhet HV 0,5-31 -

33 a) 600X b) 600X Hårdhet 330HV 0,5 Figur 21. Stål 316 Mikrostrukturer uppnådda genom laser behandling. 420W(1ms/4,2J/100Hz), V=600mm/s (deformerad austenit) 420W(1ms/4,2J/100Hz) V=600mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 22. Stål 316 Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

34 a) 600X b) 1000X Hårdhet 280HV 0,5 Figur 23. Stål 316 Mikrostrukturer uppnådda genom laser behandling. 560W(1ms/5,6J/100Hz), V=800mm/s (deformerad och delvis rekristalliserad austenit) 560W(1ms/5,6J/100Hz), V=800mm/min HV0, Avstånd, (mm) Figur 24. Stål 316 Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

35 a) 1000X b) 220HV 0,5 Figur 25. Stål 316 Mikrostrukturer uppnådda genom laser behandling. 600W(1ms/6J/100Hz), V=800mm/s (rekristalliserad austenit) 1000X 600W(1ms/6,0J/100Hz), V=800mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 26. Stål 316 Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

36 HV0, Avstånd, mm 560W(1ms/5,6J/100Hz), V=800mm/min 600W(1ms/6,0J/100Hz), V=800mm/min 460(1ms/4,6J/100Hz), V=600mm/min 340(1ms/3,4J/450Hz), V=600mm/min 420W(1ms/4,2J/100Hz) V=600mm/min Figur 27. Stål 316 Jämförelse mellan olika hårdhetsprofiler

37 DOC1000DP- Kontiglödgat tillstånd $20% ferrit och $80% martensit (låg anlöpt) Hårdhet - 340HV Figur 28. DOC 1000DP utgångs mikrostruktur 1000X DOC1400DP-Kontiglödgat tillstånd 100% martensit (låg anlöpt) Hårdhet HV Figur 29. DOC 1400DP utgångs mikrostruktur 1000X

38 Figur 30. DOC1000DP. Martensitisk mikrostruktur. För hög glödgningstemperatur vid laser behandling. Glödgning i # området Hårdhet - 370HV Laserparametrar: 520W(1ms/5,2J/100Hz) V=450mm/min Figur 31. DOC1000DP. Mikrostrukturen innehåller martensit och ferrit. För hög glödgningstemperatur vid laser behandling. Glödgning i "+# området Hårdhet HV Laserparametrar: 730W(1ms/7,3J/100Hz) V=600mm/min

39 Figur 32. DOC 1000DP. Den optimala mikrostrukturen av ferrit och martensit. Glödgning vid låg temperatur inom "+# området Hårdhet - 225HV Laserparametrar: 300W(1ms/3J/100Hz) V=300mm/min (interaktionstid 1,1s) 300W(1ms/3,0J/100Hz), V=300mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 33. DOC1000DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

40 Figur 34. DOC 1000DP Den optimala mikrostrukturen av ferrit och martensit. Glödgning vid låg temperatur inom "+# området Hårdhet 230HV Laserparametrar: 450W(1ms/4,5J/100Hz) V=450mm/min (interaktionstid 0,7s) 450W(1ms/4,5J/100Hz), V=450mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 35. DOC1000DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

41 Figur 36. DOC 1000DP Den optimala mikrostrukturen av ferrit och martensit. Glödgning vid låg temperatur inom "+# området. Hårdhet 230HV Laserparametrar: 610W(1ms/6J/100Hz) V=600mm/min (interaktionstid 0,5s) 610W(1ms/6,1J/100Hz), V=600mm/min HV0, Avstånd,mm Figur 37. DOC1000DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

42 Figur 38. DOC 1000DP Anlöpt martensit förekommande i mikrostrukturen framkallad genom laserbehandling med multispårbehandling. Glödgning vid låg temperatur under A 1 temperaturen. Hårdhet - 250HV 0,5 Laserparametrar: 280W(1ms/2,6J/100Hz) V=300mm/min 280W(1ms/2,8J/100Hz), V=300mm/s HV0, Avstånd,mm Figur 39. DOC1000DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

43 DOC 1000DP HV0, Avstånd,mm 300W(1ms/3,0J/100Hz), V=300mm/min 450W(1ms/4,5J/100Hz), V=450mm/min 610W(1ms/6,1J/100Hz), V=600mm/min 280W(1ms/2,8J/100Hz), V=300mm/s Figur 40. DOC 100DP Jämförelse mellan olika hårdhetsprofiler

44 Figur 41. DOC 1400DP. Mikrostruktur innehållande ferrit och finkorning martensit. Glödgning vid låg temperatur inom "+# området Hårdhet - 250HV Laserparametrar: 610W(1ms/6,1J/100Hz) V=600mm/s 610W(1ms/6,1J/100Hz), V=600mm/min HV0, Avstånd,mm Figur 42. DOC1400DP. Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

45 Figur 43. DOC 1400 DP. Mikrostruktur innehållande ferrit och martensit. Glödgning vid låg temperatur inom "+# området. Hårdhet - 255HV Laserparametrar: 450W(1ms/4,5J/100Hz), V=450mm/min 450W(1ms/4,5J/100Hz), V=450mm/min HV0, Avstånd, mm Figur 44. DOC1400DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

46 Figur 45. DOC 1400DP. Anlöpt martensit i laserbehandlade spår. Glödgning vid temperatur under Ac 1 Hårdhet - 290HV Laserparametrar: 300W(1ms/3,0J/100Hz) V=300mm/min 300W(1ms/3J/100Hz), V=300mm/min HV0, Avstånd,mm Figur 46. DOC1400DP Hårdhetsprofil mätt tvärs över laserspåret på ytan

47 Anlöpt martensit Temp.<A 1 Glödgad utgångsmikrostruktur till låg martensithaltig DP mikrostruktur. Temp > A 1 Figur 47. Gräns mellan glödgad mikrostruktur av martensit och ferrit och anlöpt martensit. 470 DOC1400DP 420 HV0, Avstånd, mm 300W(1ms/3J/100Hz), V=300mm/min 610W(1ms/6,1J/100Hz), V=600mm/min 450W(1ms/4,5J/100Hz), V=450mm/min 280(1ms/2,8J/100Hz),V=300mm/min Figur 48. DOC 1400DP Jämförelse mellan olika hårdhetsprofiler