STUDY OF MECHANICAL CHARACTERISTICS OF 40X13 STEEL AFTER LASER HARDENING AND ALLOYING
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-136-1-83-89Keywords:
laser surface hardening, laser alloying, plasticity characteristics, strength characteristics, structural steel 40X13Abstract
The dependence of strength and ductility characteristics of samples made of 40X13 structural corrosion-resistant steel on various schemes of laser surface hardening and alloying was studied using a technological complex based on an ytterbium fiber laser. Samples with overall dimensions of 7 x 20 x 200 mm were prepared for static destruction tests. From 2 to 5 tracks were applied on opposite planes of a sample with overall dimensions of 20 x 200 mm at a scanning speed of 500 mm/min, and a scheme for applying a kind of "grid" was also used. The most widespread type of laser alloying, boriding, was selected for laser alloying of samples. The diagrams of the dependence of stresses (σ) arising in samples on the elongation of the working part of the sample (Δl) indicate an insignificant effect of laser processing on the elastic modulus of the material. It was found that the fracture of the treated samples in all cases had features characteristic of brittle fracture (absence of a "neck"; small deformations; pronounced coarse-grained fracture relief consisting of many shiny edges) and a low level of destructive deformations at stresses below the ultimate strength of the original material. The destructive stresses on the treated samples were within 500–600 MPa and amounted to approximately 70–90 % of the ultimate strength of the untreated samples. The ultimate elastic load of the material of the treated samples increased, increasing the zone of their elastic work. The results obtained can serve as a basis for studying the relationship between laser beam heating modes and the properties of the material of the hardened zone.
References
Братухин, А. В. Особенности лазерного упрочнения оснастки для серийного производства авиационного титанового крепежа / А. В. Братухин // Технология машиностроения : обзор.-аналит., науч.-техн. и произв. журн. / Изд. центр "Технология машиностроения". – 2019. – № 5. – С. 25–29.
Яресько, С. И. Анализ стойкости и изнашивания твердосплавного инструмента после лазерной термообработки / С. И. Яресько // Известия Самарского науч. центра Российской акад. наук. – 2001. – Т. 3, № 1. – С. 27–37.
The Effects of Laser Surface Hardening on Microstructural Characteristics and Wear Resistance of AISI H11 Hot Work Tool Steel / M. Šebek, Ladislav Falat, F. Kováč, I. Petryshynets [et al.] // Archives of Metallurgy & Materials. – 2017. – Vol. 62. – P. 757–762.
Effect of Laser Hardening on Die Steel Microhardness and Surface Quality / A. V. Aborkin, V. E. Vaganov, A. N. Shlegel’, I. M. Bukarev // Metallurgist. – 2015. – Vol. 59, Issue 7–8. – P. 619–625.
Dry sliding friction wear behaviour of high power diode laser hardened steels and cast iron / K. Sridhar, V. A. Katkar, P. K. Singh, J. M. Haake // Surface Engineering. – 2007. – Vol. 23. – P. 129–141.
On the laser quenching of the groove of the piston head in large diesel engines / Q. Liu, Y. Song, Y. Yang [et al.] // Journal of Materials Engineering and Performance. – 1998. – Vol. 7. – P. 402–406.
Laser surface hardening of gray cast iron used for piston ring / J. H. Hwang, Y. S. Lee, D. Y. Kim, J. G. Youn // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2002. – Vol. 11. – P. 294–300.
The influence of laser hardening on wear in the valve and valve seat contact’/ T. Slatter, H. Taylor, R. Lewis, P. King // Wear. – 2009. – Vol. 267. – P. 797–806.
Магин, Д. Ю. Исследование структуры и свойств высокопрочной теплостойкой стали после объемной термической обработки и лазерного поверхностного упрочнения / Д. Ю. Магин, С. В. Костромин // Тр. Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р. Е. Алексеева. – 2013. – № 4. – С. 256–261.
Девойно, О. Г. Обеспечение ресурсных параметров ответственных элементов механических трансмиссий с использованием поверхностных слоев, формируемых лазерными технологиями / О. Г. Девойно, И. В. Швец // Теоретическая и прикладная механика : Междунар. науч.-техн. сб. / Белорусский нац. техн. ун-т ; редкол.: А. В. Чигарев (пред. редкол.). – Минск : БНТУ, 2019. – Вып. 34. – С. 266–270.
Влияние лазерной закалки на микроструктуру и абразивную износостойкость стали 30ХГСА / Л. Е. Афанасьева, М. В. Новоселова, И. А. Барабонова, Г. В. Раткевич // Металлы. – 2020. – № 1. – С. 54–58.
A quantitative analysis of the effect of laser transformation hardening on crack driving force in steels / B. Q. Yang, K. Zhang, G. N. Chen [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201. – P. 2208–2216.
Experimental studies on the microstructure and hardness of laser-treated steel specimens / J.Rana, G. L. Goswami, S. K. Jha [et al.] // Optics and Laser Technology. – 2007. – Vol. 39. – P. 385–393.
Tianmin, S. Impact wear behavior of laser hardened hypoeutectoid 2Cr13 martensite stainless steel / S.Tianmin, H. Meng, T. H. Yuen // Wear. – 2003. – Vol. 255. – P. 444–455.
Исследование влияния параметров процесса лазерной наплавки порошка стали 316L на структуру и механические свойства образцов / И. С. Логинова, Д. П. Быковский, S. B. Adisa [и др.] // Технология легких сплавов. – 2016. – № 4. – С. 5–11.
Журавель, В. М. Лазерное армирование / В. М. Журавель // РИТМ машиностроения. – 2018. – № 5. – С. 34–35.
Влияние режимов лазерной закалки на свойства стали 40Х13 / О. М. Мищирук, А. И. Веремейчик, О. Г. Девойно [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2023. – Т. 68, № 2. – С. 103–112. – DOI: 10.29235/1561-8358-2023-68-2-103-112.
Девойно, О. Г. Обеспечение ресурсных параметров ответственных элементов механических трансмиссий с использованием поверхностных слоев, формируемых лазерными технологиями / О. Г. Девойно, И. В. Швец // Теоретическая и прикладная механика: Междунар. науч.-техн. сб. / Белорус. нац. техн. ун-т; редкол.: А. В. Чигарев (пред. редкол.) [и др.]. – Минск : БНТУ, 2019. – Вып. 34. – С. 266–270.
Журавель, В. М. Лазерное армирование / В. М. Журавель // РИТМ машиностроения. – 2018. – № 5. – С. 34–35.
Research into the influence of laser scanning speed on the characteristics of 10G2 steel / O. M. Mishchiruk, A. I. Verameichyk, M. V. Neroda, B. G. Kholodar // Vestnik of Brest State Technical University. – 2023. – № 3. – P. 69–74. – DOI: 10.36773/1818-1112-2023-132-3-69-74.
Скойбеда, А. Т. Лазерное упрочнение зубчатых колес из высокопрочного чугуна / А. Т. Скойбеда, А. А. Калина, О. Г. Девойно // Актуальные вопросы машиноведения : сб. науч. тр. / Гос. науч. учреждение "Объедин. ин-т машиностроения Нац. акад. наук Беларуси" ; [редкол. А. А. Дюжев (председатель) и др.]. – Вып. 8. – С. 289–293.
Закалка крупногабаритных деталей с использованием сканирующего излучения оптоволоконного лазера с программным изменением мощности / О. Г. Девойно, В. В. Жарский, А. П. Пилипчук, В. В. Рудый // Фотоника. – 2019. – Т. 3, № 6. – С. 524–530.
Геометрия однослойного покрытия при лазерной наплавке с поперечным сканированием / О. Г. Девойно, М. А. Кардаполова, Н. И. Луцко, Л. И. Пилецкая // Актуальные проблемы прочности : матер. Междунар. науч. конф., Витебск, 23–27 мая 2022 г. / под ред. В. В. Рубаника, – Минск : УП "ИВЦ Минфина", 2022. – С. 48–50.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
