Лазерный мир

Г.И. Бровер, Е.Е. Щербакова // Безопасность техногенных и природных систем. 2023. Т. 7. № 2. С. 102-112.

Лазерная поверхностная обработка изделий машиностроения позволяет увеличить их долговечность. Однако процесс лазерного упрочнения не отличается стабильностью получаемых результатов, так как при выборе режимов и схем облучения конкретных изделий не учитываются текстурные эффекты в зонах лазерного воздействия. Это приводит к преждевременному износу и даже разрушению рабочих поверхностей облученных изделий. Поэтому целью работы явилось исследование механизма влияния строения лазерно-закаленного слоя на эксплуатационные свойства инструмента.

Импульсное лазерное облучение проводилось на технологической установке «Квант-16» с плотностью мощности излучения 70–250 МВт/м2. Идентификация фазового состава и изучение структуры материалов после лазерной обработки осуществлялись металлографическим, сканирующим зондовым, рентгеновским дюрометрическим методами. Металлографические исследования проводились на микроскопах МИМ-7 и «Neophot-21». Рентгеноструктурный анализ осуществлялся на дифрактометре типа ДРОН. Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 0,49 Н. Прочность образцов на изгиб определялась с использованием машины ИМ- 4А, ударная вязкость образцов без надреза — на маятниковом копре КМ-5Т. Результаты исследования.

Металлофизическими исследованиями установлено, что при лазерной обработке сталей на поверхности формируется упрочненный слой, состоящий в общем случае из оплавленной зоны закалки из жидкого состояния и нижележащей зоны закалки из твердого (аустенитного) состояния [10–12]. Оплавляют материал для увеличения общей глубины закаленного слоя или при проведении лазерного легирования облучаемых зон. В последнем случае это вызвано необходимостью оплавления легирующего покрытия и тонкого поверхностного слоя стали. Особое внимание в работе уделялось изучению особенностей структурообразования сталей в зоне лазерной закалки из жидкого состояния. Экспериментально установлено, что эта зона имеет дендритное строение (рис. 1 а). Причем дендриты направлены определенным образом — в сторону теплоотвода от облучаемой поверхности в глубину закаленного слоя. Общая толщина упрочненного слоя составляет 80–100 мкм, средняя твердость металла поверхностных слоев — 10–10,5 ГПа.

Рентгеноструктурный анализ показал (рис. 1 б), что в зонах оплавления присутствуют следующие фазы: - фаза (мартенсит), некоторое количество -фазы (остаточный аустенит) и размытые рефлексы неполностью растворившихся карбидов. Формирование текстуры аустенита связано, видимо, с преимущественной ориентировкой его субзерен в поверхностном слое материалов, возникающей за счет направленной кристаллизации металла после окончания лазерного импульса.

Описанный эффект оказывает положительное влияние на свойства изделий после лазерной обработки. В частности, текстура понижает коэффициенты трения в парах трения, особенно, если тип текстуры согласуется с видом напряженного состояния упрочненных изделий в условиях эксплуатации [13].

В работе рассмотрены некоторые возможности использования текстуры, вызывающей анизотропию свойств в поверхностных слоях сталей, как фактора повышения технологических характеристик облученных изделий. Полное содержание на

https://elibrary.ru/contents.asp?id=53927836