Лазерный мир

Е. В. Шлякова // Вестник технологического университета. 2021. Т.24, №3

Воздействие концентрированных потоков энергии, в том числе и лазерного излучения, на поверхности металлов и сплавов вызывает изменения структуры обрабатываемых материалов, что отражается на их химических и механических свойствах. Проблема стойкости к коррозионному разрушению, достижение высокой твердости поверхностей актуальна для металлов и сплавов, которые подвергаются непрерывному воздействию агрессивной высокотемпературной среды, механическим нагрузкам. В статье описаны результаты исследования влияния лазерной термообработки на стойкость к коррозии жаропрочных сплавов на никелевой основе на примере сплава ХН62ВМКЮ. Экспериментально доказано, что воздействие лазерного облучения в режимах, не приводящих к оплавлению поверхности сплава, позволяет снизить скорость коррозии в 3,6 раза. Достигнутый эффект объясняется структурными изменениями в сплаве, которые заключаются в измельчении зерен металлов, гомогенизации структуры. Лазерная термическая обработка позволяет упрочнять поверхности металлов и сплавов. В рамках проведенных исследований установлено существенное повышение микротвердости сплава ХН62ВМКЮ после воздействия отдельными импульсами лазера в режимах без оплавления поверхности. Микротвердость исследуемого сплава возросла в 1,7 раза. Лазерное облучение с более высокими значенями плотности мощности вызывает оплавление поверхности обрабатываемого металлического материала, что позволяет вводить в его поверхностный слой легирующие компоненты. В статье представлены результаты исследования микротвердости поверхности сплава ХН62ВМКЮ после лазерного легирования с применением алюминида кобальта. Микротвердость поверхности никелевого сплава ХН62ВМКЮ увеличивается в 2,7 раза. Результаты рентгеноструктурного анализа подтверждают образование упрочняющих интерметаллидных фаз в поверхностном слое сплава, обусловливающих эффект упрочнения.

Эффективным представляется использование лазерного излучения для получения устойчивой к коррозии поверхности никелевых сплавов [14-16]. Излучение лазера имеет специфические характеристики: монохроматичность, когерентность, концентрированность, особая пространственно- временная структура.
В зависимости от применяемых параметров лазерного излучения в поверхностных слоях обрабатываемого сплава возможно протекание различных процессов: лазерная закалка, оплавление поверхности и аморфизация [17]. На обработанной поверхности создается зона термического влияния, обладающая специфической структурой, которая и определяет поверхностные свойства: устойчивость к коррозии, повышенную микротвердость, износостойкость. Стойкость к коррозионному разрушению объясняется измельчением зерен

Для проведения эксперимента было изготовлено
30 образцов сплава ХН62ВМКЮ прямоугольной формы площадью 4 см2. Перед лазерной термической обработкой образцы сплава промыты дистиллированной водой, обезжирены этанолом, обезвожены с помощью термически обработанного силикагеля. 25 образцов были подвержены лазерной термической обработке. Для уменьшения отражения лазерного луча от поверхности образцов в качестве поглощающего вещества использовался технический углерод.
Лазерная термическая обработка осуществлялась на технологической установке ЛТУ-2М при различных значениях плотности мощности лазерного излучения: 1·104 Вт/см2; 3·104 Вт/см2;

Таким образом, исследования доказали, что коррозионная стойкость жаропрочного сплава ХН62ВМКЮ после лазерной обработки при плотности мощности излучения 5·104 Вт/см2 возрастает в 3,4 раза.

Протекающие структурные изменения в зоне лазерного воздействия на поверхности сплава ХН62ВМКЮ, несомненно должны отражаться и на прочностных свойствах обрабатываемого материала. В связи с этим представляет интерес исследование влияния лазерной обработки на микротвердость сплава ХН62ВМКЮ с целью определения таких режимов лазерной обработки, при которых сочетание всех поверхностных свойств будет оптимальным.
Исследовались образцы из сплава ХН62ВМКЮ площадью 4 см2. Предварительно образцы электролитически отполированы в растворе, состоящем из 390 мл серной кислоты, 290 мл воды, 20 мл хлорной кислоты, 40 мл уксусной кислоты. Электролитическое полирование осуществлялось с применением катода из никеля при температуре 18 оC в течение 1 минуты при плотности тока 20 А/дм2 и напряжении 30 В.

Часть образцов подвергалась лазерному облучению импульсами длительностью 1,5 миллисекунды с коэффициентом перекрытия пятен излучения 50 % при различных значениях плотности мощности лазерного излучения.

Измерения микротвердости поверхности проводились на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 100 кгс с использованием алмазных наконечников с четырехгранной пирамидой и квадратным основанием.

Полное содержание на https://www.kstu.ru/servlet/contentblob?id=359596