Лазерный мир

Касьянов А.В., Полянская Е.В., Степашов Р.В. // материалы II Международной научно-практической конференции. Курск, 2022. С. 271-274.

Общеизвестно влияние лазерной обработки на поверхность металлических материалов, сопровождающееся повышением их эксплуатационных характеристик. Различают обработку поверхности металлов и сплавов оплавлением и без ее оплавления.

Лазерная обработка без оплавления (лазерная закалка) широко применяется для повышения стойкости штампов, пресс-форм, режущего инструмента и деталей, имеющих рабочие поверхности, доступные для обработки лучом лазера, в том числе с использованием оптических и управляющих систем [1].

Цель. Выявить влияние лазерной обработки на структуру плазменных покрытий из самофлюсующих сплавов на никелевой основе ПН-ХH80C4P4 и ПН-ХH80C3P3.
Материал и методика исследования. Метод основан на использовании явления высокоскоростного разогрева металла под действием энергии лазерного луча до температур, превышающих температуру фазовых превращений, но ниже температуры плавления, и последующего высокоскоростного охлаждения за счет отвода тепла с поверхности в основную массу металла. Подобная методика так же рассматривалась при закалке графитизированных сталей [2], которая может быть использована при восстановлении коленчатых валов двигателей автомобилей [3] .

Лазерная закалка сталей приводит к образованию более мелкозернистого мартенсита с Аост с глубиной упрочненной зоны до 0,2 мм, с высокой твердостью
.
Лазерное оплавление поверхностей металлов и сплавов осуществляется на тех же режимах, что и лазерная закалка с оплавлением. Таким образом, в структуре материала происходят те же фазовые и структурные превращения, что и при лазерной закалке [1]. Зона лазерного воздействия (ЗЛВ) состоит из трех зон: зоны оплавления, зоны закалки из твердой фазы и переходной зоны.

В последнее время в различных отраслях машиностроения для получения высоких эксплуатационных свойств поверхностей деталей при их изготовлении и восстановления используются покрытия, обработанные лазерным излучением.
Лазерное оплавление предварительно нанесенных покрытий расширяет возможности создания композитов с повышенными эксплуатационными свойствами и в частности композитов с подложкой из жаропрочных сплавов типа ЖС с плазменными, электроискровыми, электроакустическими и др. покрытиями c последующей их лазерной обработкой.

Проводились исследования по влиянию лазерной обработки на структуру плазменных покрытий из самофлюсующих сплавов на никелевой основе ПН-ХH80C4P4 и ПН-ХH80C3P3. Упрочнение поверхностного слоя композита объясняют образованием скелетных эвтектик, армирующих структуру покрытия. Оплавление лучом лазера более эффективно по сравнению с оплавлением покрытий горелкой. После лазерной обработки плазменных покрытий системы Ni- Cr-Si-B происходит легирование их элементами подложки, что приводит к улучшению адгезионной прочности и пластичности.
При нагреве лучом лазера подложки из сплавов (ХН56BМТЮ, ХН57ВКТЮТМБЛ-ВИ, ВКНА и др.) в оплавленной зоне происходит интенсивное измельчение первичных карбидов и эвтектики. Лазерное расплавление подавляет выделение междендритной карбидной эвтектики. Содержащиеся в литом сплаве ЖС6У охрупчивающие фазы (σ и μ) не обнаруживаются. Микрорентгеноспектральные исследования установили уменьшение химической неоднородности внутри дендритных ячеек в зоне расплавления в сплавах типа ЖС.
Результаты исследования. После лазерного воздействия в напыленных покрытиях обнаружены характерные для литых сплавов морфологические изменения структуры,
обусловленные высокими скоростями охлаждения расплавляемых микрообъемов, что предопределяет формирование мелкокристаллических покрытий. Структурные превращения в зоне лазерного воздействия сопровождаются повышением микротвердости. В ЗЛВ покрытий практически отсутствуют поры, трещины, отслоения, уменьшающие когезионную прочность.

Выводы. Приведенные результаты исследований подтверждают высокую эффективность лазерной обработки для сплавов на никелевой основе и композитов для повышения их эксплуатационных характеристик.

Полное содержание на https://elibrary.ru/item.asp?id=24372124