Влияние режимов лазерной закалки на свойства стали 40Х13

Проведено исследование зависимости характеристик прочности и пластичности, а также микротвердости образцов из коррозионно-стойкой стали 40Х13 от режимов лазерной поверхностной закалки волоконным лазером. В зависимости от размеров пятна сканирования и скорости сканирования на противоположных плоскостях образца с габаритными размерами 20 × 200 мм наносились 3–5 дорожек. Проведены испытания образцов на статическое разрушение и исследования микротвердости материала образцов по глубине измененной структуры. Установлено, что разрушение обработанных образцов во всех случаях имело хрупкий характер с невысоким уровнем разрушающих деформаций при напряжениях ниже предела прочности исходного материала. Построенные диаграммы растяжения указывают на незначительное влияние лазерной обработки на величину модуля упругости материала. Исследования твердости материала закаленной лазером дорожки и микротвердости материала по глубине зоны измененной структуры показало их увеличение до 3–4 раз в сравнении с исходными характеристиками. Полученные результаты могут служить базой для исследования взаимосвязи между режимами нагрева лазерным лучом и свойствами материала упрочненной зоны.

1. Denesh Babu, P. Laser surface hardening: A review / P. Denesh Babu, K. R. Balasubramanian, G. Buvanashekaran // Int. J. Sci. Eng. – 2011. – Vol. 5, № 2/3. – P. 131–151. http://doi.org/10.1504/IJSURFSE.2011.041398

2. Исследование механических и пластических свойств стали марки 10кп с покрытиями, сформированными методом ионно-плазменного азотирования / М. В. Нерода [и др.] // Вест. Брест. гос. техн. ун-та. – 2019. – № 4: Машиностроение. – С. 2–4.

3. Андрияхин, В. М. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических СО2-лазеров непрерывного действия / В. М. Андрияхин, В. С. Майоров, В. П. Якунин // Поверхность: Физика, химия, механика. – 1983. – № 6. – С. 140–147.

4. Веремейчик, А. И. Плазменные технологии как одни из основных технологий повышения эксплуатационных свойств металлоизделий / А. И. Веремейчик, М. И. Сазонов, В. М. Хвисевич // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки: междунар. сб. науч. тр. / Белорус. гос. ун-т транспорта. – Гомель, 2008. – Вып. 2. – С. 6–12.

5. Использование лазерных технологий упрочнения в сельскохозяйственном машиностроении / В. С. Голубев [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр.: в 3 кн. / Гос. науч. учреждение «Физ.-техн. ин-т НАН Беларуси»; редкол.: А. В. Белый (гл. ред.) [и др.]. – Минск, 2018. – Кн. 2: Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки. – С. 58–65.

6. Девойно, О. Г. Обеспечение ресурсных параметров ответственных элементов механических трансмиссий с использованием поверхностных слоев, формируемых лазерными технологиями [Электронный ресурс] / О. Г. Девойно, И. В. Швец // Теоретическая и прикладная механика: междунар. науч.-техн. сб. / Белорус. нац. техн. ун-т; редкол.: А. В. Чигарев (пред.) [и др.]. – Минск: БНТУ, 2019. – Вып. 34. – С. 266–270. – Режим доступа: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/52290/OBESPECHENIE_RESURSNYH_PARAMETROV_OTVETSTVENNYH_EHLEMENTOV_MEKHANICHESKIH_TRANSMISSIJ.pdf?sequence=1. – Дата доступа: 21.10.2022.

7. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / под ред. В. Я. Панченко. – М.: Физматлит, 2009. – 664 с.

8. Experimental and Numerical Study of AISI 4130 Steel Surface Hardening by Pulsed Nd:YAG Laser / G. Casalino [et al.] // Materials. – 2019. – Vol. 12, № 19. – Art. ID 3136. https://doi.org/10.3390/ma12193136

9. The study of the influence of laser hardening conditions on the change in properties of steels / A. F. I. Idan [et al.] // East. Eur. J. Enterp. Technol. – 2016. – Vol. 2, iss. 5. – P. 69–73. http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.65455

10. Gusev, V. Multiple-factor model of hardness of steel 40H13 after laser processing / V. Gusev, V. Morozov, D. Gavrilov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 896, iss. 1. – Art. ID 012119. http://doi.org/10.1088/1757-899X/896/1/012119

11. Kapustynskyi, O. Laser Treatment for Strengthening of Thin Sheet Steel / O. Kapustynskyi, N. Visniakov // Adv. Mater. Sci. Eng. – 2020. – Article ID 5963012. https://doi.org/10.1155/2020/5963012

12. Ерицян, С. Л. Разработка методики оценки свойств сталей после лазерной поверхностной закалки: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.03.07 / С. Л. Ерицян. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. – 18 с.

13. Мищирук, О. М. Особенности лазерного упрочнения сталей / О. М. Мищирук, М. В. Нерода, А. И. Веремейчик // Новые технологии и материалы, автоматизация производства: сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 55-летию Брест. гос. техн. ун-та, Брест, 29–30 сент. 2021 г. / Брест. гос. техн. ун-т. – Брест: Изд-во БрГТУ, 2021. – С. 121–124.

14. Девойно, О. Г. Моделирование поверхностной закалки с использованием сканирующего оптоволоконного лазера / О. Г. Девойно, В. В. Жарский, А. П. Пилипчук // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 4. – С. 435–443. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-4-435-443

15. Веремей, П. В. Компьютерное моделирование процесса лазерной закалки оптоволоконным лазером / П. В. Веремей, О. Г. Девойно, И. П. Филонов // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка: сб. докл. 8-го Междунар. симп., Минск, 10–12 апр. 2013 г.: в 2 ч. / гл. ред. П. А. Витязь. – Минск: Беларус. навука, 2013. – Ч. 2. – С. 51–56.

16. Effect of Laser Surface Hardening on the Microstructure, Hardness, Wear Resistance and Softening of a Low Carbon Steel / Peilei Zhang [et al.] // Lasers in Engineering. – 2014. – Vol. 28, iss. 3. – P. 135–149.

17. Laser Hardening Parameters Influencing Component Lifetime and Residual Stresses / S. Němeček [et al.] // Mater. Sci. Forum. – 2014. – Vol. 782. – P. 306–310. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.782.306