ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ 45 ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОЙ ЗАКАЛКИ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-139-1-145-152Ключевые слова:
морфология поверхности, сталь, лазерная обработка, упрочнение, износостойкостьАннотация
В статье дана характеристика особенностей морфологии поверхности стали после лазерной закалки. Изучено влияние технологических параметров, таких как сила тока, время импульса и энергия в импульсе на формирование морфологических особенностей стальной поверхности после лазерной закалки. Структурные особенности были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии.
Было установлено, что использование различных комбинаций технологических параметров (изменения силы тока в диапазоне от 60 до 180 А, времени импульса от 5 до 20 ms, энергии в импульсе в пределах от 0,3 Дж до 10,0 Дж) дает возможность получения большого разнообразия вариантов топографии поверхности стали после лазерной обработки, отвечающих разным триботехническим характеристикам структур: от пористых до ярко выраженных зон неравномерного оплавления, кристаллических дендридных и с хорошо упорядоченной упаковкой зерен.
Согласно результатам микроскопических исследований обработка с энергией до 1 Дж не приводит к нагреву с оплавлением поверхности: при обработке с энергией в импульсе менее 1 Дж токами менее 100 А топография поверхности после обработки отличается от первоначальной только появлением следов выхода на поверхность практически всех имеющихся в металле элементов. При обработке с энергией в импульсе более 1 Дж на поверхности наблюдаются зоны оплавления. Всего в структурах обработанных лазерным излучением образцов можно выделить четыре типа основных структурных элементов: зона без выраженных кристаллитов, зона роста дендридов, зона ярко выраженных кристаллитных структур, зона отслаиваемых образований.
В результате подробного спектрального анализа было обнаружено формирование отдельных гетерогенных мультиэлементных областей, причем была установлена зависимость интенсивности образования мультиэлементных зон от энергии в импульсе: чем выше энергия – тем больший объем металла подвергается тепловому воздействию и тем интенсивнее процесс образования этих зон. Несмотря на то, что энергию в импульсе определяют и сила тока накачки, и время импульса, было установлено, что влияние этих технологических факторов на свойства мультиэлементных зон неоднозначно. Увеличение силы тока способствует росту мультиэлементных зон, тогда как увеличение времени импульса способствует их отслаиванию. Было обнаружено, что когезия мультиэлементных областей зависит от режимов обработки. Особенно важным фактором для получения оптимальной структуры поверхности является время импульса. C увеличением времени выдержки импульса усиливается окисление поверхности, приводящее к ослаблению когезионных сил. Обработка импульсом более 15 ms приводит к массовому отслаиванию образовавшихся на поверхности мультиэлементных областей.
Библиографические ссылки
Ведерникова, И. И. Применение лазерного модифицирования для упрочнения рабочих поверхностей деталей машин / И. И. Ведерникова, В. А. Полетаев // Journal of Advanced Research in Technical Science. – 2019. – № 15. – С. 18–25.
Григорьянц, А. Г. Технологические процессы лазерной обработки : учебное пособие / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров ; под ред. А. Г. Григорьянца. – М. : МГТУ им. Баумана, 2006. – 664 с.
Астапчик, С. А. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке / С. А. Астапчик, В. С. Голубев, А. Г. Маклаков. – Минск : Белорусская наука, 2008. – 250 с.
Инженерия поверхностей конструкционных материалов с использованием плазменных и пучковых технологий / А. В. Белый, А. С. Калиниченко, О. Г. Девойно, В. А. Кукареко. – Минск : Беларуская навука, 2017. – 456 с.
Surface Hardening of Gears by Laser Beam Processing / H. Zhang, Y. Shi, C.Y. Xu, M. Kutsuna // Surface Engineering. – 2003. – Vol. 19, No. 2. – P. 134–136.
Mordike, B. L. Improvement of Wear Properties by Laser Surface Treatment / B. L. Mordike // Laser Treatment of Materials. ECLAT’90 : Proc. 3rd European Conf. // Eds. H. W. Bergmann, R. Kupfer. – Germany, 1990. – Vol. 1. – P. 371–376.
Сафонов, А. Н. Изучение структуры и твердости поверхности железоуглеродистых сплавов после их оплавления лазерным излучением / А. Н. Сафонов // МиТОМ. – 1999. – № 1. – С. 7–10.
Оценка влияния параметров режима лазерной закалки на качество поверхности и поверхностного слоя деталей станков (обзор) / С. В. Петроченко, Ц. Хао, С. Юй, К. Чжао // Омский научный вестник. – 2024. – № 1. – С. 56–65.
Огин, П. А. Влияние мощности лазерного излучения и скорости движения луча на геометрию зоны оплавления при лазерной закалке стали 40X / П. А. Огин, Д. Л. Мерсон, С. И. Яресько // Вектор науки ТГУ. – 2016. – № 2 (36). – С. 46–51. – DOI: 10.18323/2073-5073-2016-2-46-51.
Структурные фазовые превращения в быстрорежущей стали при лазерной закалке с оплавлением поверхности многоканальным СО2 лазером / Л. Е. Афанасьева, И. А. Барабонова, Е. В. Ботянов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2013. – № 8 (104). – С. 10–13.
Гуреев, Г. Д. Совмещение лазерного и ультразвукового воздействий для термообработки поверхности стали / Г. Д. Гуреев, Д. М. Гуреев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. – 2007. – № 1 (14). – С. 90–95.
Патент RU 2375465, МПК С21D1/09, С21D7/06. Способ поверхностного упрочнения : № 2008131983 : заявл. 01.08.2008 : опубл. 10.12.2009 / Кукин С. Ф., Девойно О. Г., Баркун А. А., Кукин А. С. – 7 с.
Патент BY 12978, МПК С21D1/09, С21D1/78. Способ поверхностного упрочнения изделия из железоуглеродистого или титанового сплава : № 20080514 : заявл. 18.04.2008 : опубл. 30.04.2010 / Кукин С. Ф., Девойно О. Г., Баркун А. А., Кукин А. С. – 6 с.
Бровер, А. В. Особенности лазерной упрочняющей обработки деталей машин и инструмента / А. В Бровер // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2008. – № 6 (42). – С. 12–16.
Лазерная установка с оптоволоконной приставкой и процессы сварки изделий из нержавеющей стали / В. Н. Мышковец, А. В. Максименко, С. В. Шалупаев, С. Н. Юркевич // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2003. – Т. 8, № 4. – С. 84–87.
Патент RU 34426, МПК В23К 26/00, В23К 26/02, В23К 26/03, В23К 26/067. Установка для лазерной обработки : № 2003117186/20 : заявл. 11.06.2003; опубл. 10.12.2003. / Бренько А. А., Мышковец В. Н., Максименко А. В., Рыбин В. И., Тучин А. Н., Юркевич С. Н., Прищепов Е. Г. – 11 с.
Оборудование для лазерной технологии обработки материалов / В. Н. Мышковец, А. В. Максименко, Г. А. Баевич, В. В. Грищенко // Технологии, оборудование, качество. Белорусский промышленный форум-2006 : материалы 9 международного симпозиума, Минск, 16–19 мая 2006 г. – Минск, 2006. – С. 87.
Возвратно-поступательный миллитрибометр МТУ-2К7 / А. Я. Григорьев, Д. М. Гуцев, А. П. Зозуля [и др.] // Трение и износ. – 2014. – Т. 35, № 6. – С. 664–669.
Reciprocating MTU2K7 Millitribometer / A. Ya. Grigoriev, D. M. Gutsev, A. P. Zozulya [et al.] // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, No. 6. – P. 455–459.
Влияние лазерной закалки на триботехнические свойства стали 45 / Е. Г. Акунец, Д. М. Гуцев, В. Г. Кудрицкий [и др.] // Трение и износ. – 2025. – Т. 46, № 2. – С. 111–120.
Коваленко, В. С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера / В. С. Коваленко, Л. Ф. Головко, В. С. Черненко. – Киев : Тэхника, 1990. – 190 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
