Лазерный мир

Бондарева О. С., Добычина О. С. // Международный научно-исследовательский журнал▪ № 10 (124) ▪Октябрь

Аннотация

В работе были изучены особенности формирования цинкового покрытия на изделиях из стали Ст3сп после лазерной и плазменной резки. Обнаружено, что обработка поверхности оказывает влияние на толщину и фазовый состав цинкового покрытия. На поверхностях после механического снятия фаски и после прокатки толщина покрытия достигает 126 мкм и имеет строение, характерное для стали Ст3сп: на 80% представляет собой крупные кристаллы ζ-фазы, остальное δ-фаза. На поверхности после плазменной резки образуется тонкое покрытие около 43мкм, в котором хорошо различимы три фазовых слоя – столбчатая δ-фаза, ζ-фаза и η-фаза. Установлено, что снятие окалины не приводит к устранению этого эффекта, в то время как механическое снятие поверхностного слоя устраняет это явление. Показано, что в приповерхностной зоне реза происходит плавное изменение мартенситной структуры в ферритно-перлитную. Глубина закаленного слоя после плазменной резки составляет 117 мкм, максимальная микротвердость 260HV, а после лазерной резки глубина закаленного слоя 55 мкм, микротвердость 160 HV. Таким образом, недостаточная толщина цинкового покрытия на поверхностях после плазменной и лазерной резки обусловлена не поверхностными дефектами и присутствием окалины, а структурными изменениями в зоне термического влияния. Диффузионный процесс образования цинкового покрытия тормозится образованием на поверхности структуры мартенсита, представляющим собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. В случаях, когда снижение толщины покрытия недопустимо, необходимо механически снимать поверхностный закаленный слой.

Введение

В современном производстве для раскроя листовых металлических материалов широко используются источники высококонцентрированных потоков энергии: лазерные и плазменные [1], [2]. Лазерное излучение используют для резки листов толщиной до 8-10 мм. Для резки листов большей толщины необходимо применять источники плазменного излучения [3]. Механизм плазменной и лазерной резки состоит в том, что высокоэнергетическая струя взаимодействует с металлом и расплавляет его по линии воздействия. Прилегающие к линии реза микрообъемы металла также разогреваются, но до более низких температур. Градиент температуры изменяется на некотором расстоянии от кромки реза от температуры плавления до комнатной. Эта область называется зоной термического влияния (ЗТВ). Поверхность реза полностью переходит в жидкое состояние, а после прекращения нагрева затвердевает с очень большой скоростью охлаждения из-за быстрого отвода теплоты внутрь холодного объема. Фактически на поверхности реза происходит закалка с плавлением поверхности — это термическая обработка, при которой главным процессом является быстрое затвердевание поверхностного слоя с образованием метастабильной структуры. В результате в кромках металла на стадии затвердевания происходят такие фазовые и структурные изменения, которые вообще невозможны при нагреве без расплавления [4]. Большие скорости нагрева и охлаждения, присущие плазменной резке, могут приводить к образованию высокотвердых и прочных фаз, охрупчивающих сталь [5], [7], [10], [11]. Подобные качественные изменения металла в зоне термического влияния (ЗТВ) обуславливают последующие технологические и эксплуатационные свойства в этой зоне. Возникающее упрочнение поверхностных слоев при поверхностной плазменной и лазерной закалке успешно используется для деталей, работающих в условиях износа и трения [12], [13], [15], [17]. Однако существуют случаи, когда поверхностные структурные изменения приводят к дефектам и проявлению нежелательных явлений [5]. Например, обнаружено, что при горячем цинковании изделий, имеющих поверхности после плазменной и лазерной резки, наблюдается недостаточная толщина покрытия на изучаемых поверхностях. В связи с этим, целью работы было установление причин изменения формирования цинкового покрытия на поверхности металла после лазерной и плазменной резки.

Полное содержание статьи на https://research-journal.org/archive/10-124-2022-october/10.23670/IRJ.2022.124.5