Лазерный мир

Девойно О.Г., Кардаполова М.А., Косякова И.М., Болдуева А.А., Касач Ю.И., БНТУ, г. Минск // В сборнике: Развитие интернационализации и экономической интеграции в новых реалиях. материалы форума. Министерство образования Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет. Минск, 2023. С. 187-190.

Особенностями метода лазерного легирования, определяющими его место среди различных методов поверхностного упрочнения, являются возможность концентрации высокой плотности мощности в локальной зоне поверхности, практически недостижимой другими методами, что позволяет достичь чрезвычайно высоких скоростей нагрева и охлаждения в тонком поверхностном слое и обеспечить формирование упрочняющего слоя с повышенным комплексом свойств за счет высокой степени метастабильности структуры; локальная обработка только поверхности заготовки без существенного
Лазерная закалка чугуна является эффективным процессом, широко применяемым для улучшения эксплуатационных характеристик деталей из чугуна.
Целью данной работы является выявление закономерности влияния режимов лазерной обработки на структуру зоны упрочнения.

Лазерное легирование проводили на непрерывном лазере Комета-2 мощностью N = 1000 Вт. В качестве легирующего компонента был выбран карбид кремния.
Математическое обеспечение исследований осуществлялось по методу полного факторного эксперимента [1], который относится к статистическим методам экспериментального проектирования и позволяет математически описать влияние отдельных факторов на функцию отклика.

Обсуждение результатов

При обработке чугунов лазерным излучением с оплавлением поверхностного слоя микроструктура зоны лазерного воздействия неоднородна по глубине. Во всех случаях зона лазерного воздействия состоит из зоны оплавления (закалки из жидкой фазы) и зоны закалки из твердой фазы, как было исследовано в работе [2].

В строении чугуна после лазерной закалки можно выделить зону оплавления и зону закалки из твердой фазы [3]. В зоне оплавления графит полностью растворяется в расплаве и после охлаждения в этой зоне формируется структура белого чугуна [4]. Структура зоны оплавления представляет собой мелкие дендриды аустенита, выросшие при кристаллизации расплавленного металла и окруженные дисперсным ледибуритом. У дендридов обычно видны оси первого и второго порядков, третьего – реже (в сущности, на их формирование просто не хватает времени – кристаллизация заканчивается). В общем, чем больше порядков видно, тем медленнее кристаллизовался сплав. Дендриды после обработки лазером имеют только ось первого и второго порядка, это говорит о высокой скорости кристаллизации сплава [5]. На рисунке 2 представлена микроструктура зона оплавления после лазерного легирования карбидом кремния при различных режимах обработки.

После лазерного легирования при режимах v=100 мм/мин, d=1 мм исходная перлитная структура в матрице чугуна трансформировалась в мартенсит и насыщенный углеродом аустенит (рис. 2, а). Что подтверждают данные микротвердости — твердость игольчатого мартенсита ≈ 7750-5000 МПа.

Структура в зоне оплавления при v=100 мм/мин, d=2 мм и v=600 мм/мин, d=1 мм (рис. 2, б, в) представляет собой мелкие дендриды аустенита, окруженные дисперсным ледибуритом. При данных режимах наблюдаются еще включения мартенсита, что подтверждается данными микротвердости — твердость игольчатого мартенсита ≈ 7750-5000 МПа.
При режимах лазерной обработки v=600мм/мин, d=2 мм(рис. 2, г) зона оплавления представляет собой мелкие дендриды аустенита, выросших при кристаллизации расплавленного металла и окруженных дисперсным ледибуритом. Из-за высокого тепловложения графитные включения полностью растворились, и в зоне оплавления их не наблюдается. Здесь наблюдается игольчатый мартенсит. Помимо этого здесь присутствует силициды железа (22,8 %), о чем свидетельствует фазовый анализ (рисунок 3, г).

Полное содержание на https://rep.bntu.by/handle/data/128148?show=full