Лазерный мир

Шатиков И.Р., Костромин С.В. // ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССЫ, Сборник научных статей Международной молодежной научно-практической конференции (25-26 сентября 2014 года), в 2-х томах, Том 2, Юго-Зап. гос. ун-т.,Курск, 2014, с: 261-265

Сталь 45 уже десятилетия используется в машиностроении для изготовления различных деталей. В основном для деталей, подвергаемых упрочняющей поверхностной обработке. Появившиеся лазерные методы обработки поверхности позволили еще эффективнее использовать детали из этой стали. В данной работе рассмотрены результаты лазерного поверхностного упрочнения стали 45 с различной исходной структурой: закалка + высокий отпуск, закалка, отжиг. Особое внимание уделяется образцам с исходной структурой после отжига и закалки

Методика эксперимента

Образцы из стали 45 подвергались предварительной термообработке по стандартным режимам для этой стали: закалке, закалке с последующим высоким отпуском при 600Ԩ, отжигу. После чего каждый образец прошел лазерную закалку CO2-лазером на установке ЛАТУС-31 с мощностью излучения 1100 Вт диаметром пучка 3 мм, которые дают плотность энергии 15,71 Вт/см2 и скоростями обработки 5, 10, 15, 20 мм/с. Изучение полученных свойств, производилось при помощи измерений микротвердости методом Виккерса и металлографических исследований.

Экспериментальные результаты

Полученные результаты согласуются с литературными данными. [1] При наиболее распространенном режиме закалка + высокий отпуск и последующая лазерная закалка. Единственным оптимальным режимом обработки из рассматриваемых является режим со скоростью 20 мм/с. Дающий увеличение микротвердости до 6200 МПа, по сравнению с основой 3200 МПа и на глубину 0,55 мм. (рис.1) При скорости в 15 мм/с испаряется до 262 ISBN 978-5-9905749-5-3 (Том 2) 25-26 сентября 2014 года 0,2 мм металла. Более подробно результаты с этим режимом обработки рассмотрены в [2].

Если в образцах после отжига и закалки с высоким отпуском было повышение уровня микротвердости и последующее быстрое снижение значений микротвердости до уровня основного металла.

То в образцах после закалки в небольшом верхнем слое 0,4-0,8 мм, проходила повторная закалка, дающая небольшое повышение микротвердости 1000-1500 МПа. После начинается зона лазерного отпуска с глубиной 1,8-2 мм и значительным и быстрым падением микротвердости до 4000 МПа что примерно соответствует уровню стали 45 после закалки и высокого отпуска. Еще глубже уровень микротвердости выравнивался до значений не обработанного металла. (рис.2) На фотографиях микроструктуры видно сложное строение ЗЛВ (рис.3) Для скоростей обработки 5 и 10 мм/с, имеются очень большие зоны испарившегося металла 0,8 и 0,4 мм соответственно. Скорости 15 и 20 мм/с практически не показали испарения металла. После идет тонкий обезуглероженный слой 50-70 мкм, образовавшийся при закалке из жидкого состояния, он характерен для всех скоростей. И далее идет повторно закаленный слой, который выделяется сильно выраженным градиентом дисперсности структуры мартенсита. В поверхностных слоях закалённых из жидкого состояния зерна очень крупные и по мере углубления дисперсность возрастает. Далее возникает ярко выраженная переходная зона, где уже тепловой энергии не хватает для повторной закалки и начинается зона отпуска с характерной для высоко отпущенной стали троостомартенситной структурой.
Такое же строение имеют и ЗЛВ у стали 30ХГСА, [3]
Образец после отжига показывает такие же зависимости микротвердости от глубины, что и образец после закалки и высокого
отпуска. Но глубина зон с высокой твердостью у образцов с исходной структурой после отжига немного меньше 0,1-0,3 мм. Уровни микротвердости отличаются не сильно (рис.4) Но интересно, что у этого образца не проявляется зависимости убывания значения микротвердости от скорости.
При изучении микростуктуры просматривается заметное отличие, а именно переходная зона является не тонкой полоской. Она выглядит как плавный переход от одной структуры к другой. То есть проявляется карбидная сетка. (рис.4а) Это можно объяснить тем что на определенной глубине энергии уже не хватает чтобы растворить карбиды. В образце после закалки и высокого отпуска это явление выражено не так и зона перехода очень тонкая. Так как предыдущая термообработка измельчила зерно.

Выводы.
Для стали 45 очень важен точный подбор режима обработки. Потому
что даже небольшие изменение, находит сильное отражение в строении и свойствах полученной поверхности. Получение максимально возможной глубины не всегда оправданно, из-за получения более неоднородной структуры по ЗЛВ по глубине. Что в свою очередь может свести к нулю усилия, затраченные на увеличение глубины упрочненного слоя.

Полное содержание статьи: http://regionika.ru/konf/%CC%CB-05%20%CC%E0%EA%E5%F2%20%D2%EE%EC2.pdf