Lasermerkkauksen vaikutus ultralujien terästen suorituskykyyn

Abstract

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia kokeellisesti lasermerkkauksen vaikutuksia suorakarkaistun ja nuorrutetun ultralujan teräksen suorituskykyyn ja mikrorakenteeseen. Sekä lasermerkkaus että ultralujien terästen käyttö lisääntyvät koko ajan, joten aihe on ajankohtainen. Lasermerkkauksen vaikutuksia terästen lujuusominaisuuksiin ei myöskään ole tutkittu ennen. Työn tavoitteena onkin luoda pohjaa aiheen laajemmalle tutkimukselle.

Tutkimusmetodeina toimivat kirjallisuuskatsaus ja kokeellinen osuus. Kokeellinen osuus aloitettiin profilometrimittauksilla. Mittauksilla selvitettiin laserparametrit, joilla saadaan selvä geometrinen muutos käytettyjen terästen pintaan. Näillä parametreillä merkattiin koesauvat, joita käytettiin isku- ja väsytyskokeissa. Kokeissa verrattiin perusainesauvojen tuloksia merkattujen sauvojen tuloksiin. Lisäksi molemmista teräksistä valmistettiin metallografiset hieet, joiden avulla tutkittiin lasermerkkauksen vaikutusta terästen mikrorakenteisiin.

Mittaustulokset osoittivat lasermerkkauksella olevan heikentävä vaikutus ultralujien terästen iskusitkeyteen sekä väsymislujuuteen. Iskusitkeys putosi merkkauksen vaikutuksesta suorakarkaistun teräksen kohdalla 18 % ja nuorrutetun teräksen kohdalla 22 %. Väsymislujuus putosi suorakarkaistulla teräksellä 69 % ja nuorrutetulla 74 %. Lasermerkkauksen aiheuttamien lämpövyöhykkeiden terästen mikrorakenteeseen havaittiin olevan pieniä.

The aim of this thesis was to experimentally investigate the effects of laser marking on the performance and microstructure of direct quenched along with quenched and tempered ultra-high-strength steels. Both laser marking and the use of ultra-high-strength steels are constantly increasing, so the topic is a topical one. The effects of laser marking on the strength properties of steels have also not been studied before. The aim of this thesis is therefore to lay the groundwork for more extensive research on the subject.

The research methods are a literature review and an experimental part. The experimental part started with profilometric measurements. The measurements were used to determine the laser parameters that would provide a clear geometric change in the surface of the steels used. These parameters were used to mark the test rods used in the impact and fatigue tests. The results of the tests were compared with those of the marked rods. In addition, metallographic microsections were prepared for both steels to study the effect of laser marking on the microstructures of the steels.

The measurement results showed that laser marking had a negative effect on the impact strength and fatigue strength of the ultra-high-strength steels. The impact strength decreased by 18 % for direct quenched steel and by 22 % for quenched and tempered steel. The fatigue strength decreased by 69 % for direct quenched steel and by 74 % for quenched and tempered steel. The heat affected areas in the microstructure of the steels caused by laser marking were found to be small.