MORPHOLOGICAL FEATURES OF STEEL 45 SURFACE AFTER LASER TREATMENT
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-139-1-145-152Keywords:
surface morphology, steel, laser treatment, hardening, wear resistanceAbstract
Characterization of morphological features of steel surface after laser treatment was done. Influence of basic technological parameters such as current, time, energy in laser beam for formation of morphological features of steel surface after laser treatment was studied. Structural features of steel surface after laser treatment were investigated by electron microscopy technique.
It was found that using various combinations of process parameters (current ranging from 60 to 180 A, pulse duration from 5 to 20 ms, and pulse energy from 0,3 J to 10,0 J) enables a wide variety of surface topographies to be achieved after laser treatment, corresponding to different tribological characteristics of structures: from porous to clearly defined zones of uneven melting, crystalline dendritic grains, and those with well-ordered grain packing.
According to microscopic studies, treatment with an energy of up to 1 J does not result in heating and surface melting. When treated with a pulse energy of less than 1 J and currents of less than 100 A, the post-treatment surface topography differs from the initial surface only by the appearance of traces of virtually all elements present in the metal emerging on the surface. When treated with a pulse energy greater than 1 J, melting zones are observed on the surface. Four types of main structural elements can be identified in the structures of laser-treated samples: a zone without distinct crystallites, a zone of dendrite growth, a zone of clearly defined crystallite structures, and a zone of exfoliated formations.
A detailed spectral analysis revealed the formation of individual heterogeneous multi-element regions, and a dependence was established between the intensity of multi-element zone formation and pulse energy: the higher the pulse energy, the greater the volume of metal subjected to thermal action and the more intense the formation of these zones. Although pulse energy is determined by both pump current and pulse duration, it was found that the influence of these process factors on the properties of multi-element zones is ambiguous. Increasing current promotes the growth of multi-element zones, while increasing pulse duration promotes their exfoliation. It was found that the cohesion of multi-element regions depends on the processing conditions. Pulse duration is a particularly important factor for achieving an optimal surface structure. Increasing the pulse exposure time intensifies surface oxidation, weakening cohesive forces. Pulse durations longer than 15 ms lead to massive exfoliation of the multi-element regions formed on the surface.
References
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.
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.
