Лазерный мир

Бирюков В.П. // Журнал передовых исследований в области естествознания. 2022. № 17. С. 8-12.

Работа посвящена определению влияния режимов лазерной закалки на размеры упрочненных зон, их микротвердость и абразивную стойкость при трении по незакрепленному абразивному зерну. Получены закономерности изменения параметров зон упрочнения от режимов обработки. При увеличении мощности и уменьшении скорости лазерной закалки глубина и ширина слоя возрастают. Увеличение диаметра лазерного пятна в исследованном диапазоне приводит к росту глубины и ширины зон закалки. Абразивная износостойкость образцов, с наложением дорожек закалки 12% и без наложения дорожек, была выше в 2,36-3,26 раза по сравнению с исходной сталью.

Образцы для лазерного упрочнения [2] были вырезаны из головки рельса и обода колеса подвижного состава сталей U71Mn (0,65-0,76 %С) и CL 60 (0,57-0,60 %С) соответственно, чтобы гарантировать соответствие материалов и конструкций реальной паре трения качения рельс-колесо. Лазерную закалку выполняли волоконным лазером (YLR-6000, IPG) с максимальной мощностью 6 кВт и длиной волны 1,07 мкм. Лазерный луч пропускался по волокну с сердцевиной диаметром 200 мкм и фокусировался линзой, формирующей его, для получения сглаженного профиля интенсивности излучения. Обработку выполняли отдельными круглыми пятнами и дорожками с различной площадью лазерной закалки 0; 28; 48,6; 49,8 и 100% диаметром луча 1, 2, 3, 4 мм и мощностью излучения 200, 350, 550, 1200 с глубиной зон упрочнения 0,095; 0,45; 0,64; 0,74 соответственно.

Испытания на трение качения проводили по схеме «ролик-ролик» диаметром 60 мм шириной 10 мм с погонной нагрузкой 60 кг/м на машине для определения износа и контактной усталости WTY-1. Проскальзывание составляло 2%. Образцы из колесной стали были закалены до HRC50-55 с помощью токов высокой часты (ТВЧ). Твердость образцов в зоне лазерной закалки составляла HV750~850, переходной зоны HV400 ~ HV500, а средняя твердость подложки была около HV300. Относительная износостойкость образцов была выше, чем у материала основы, и составила 40,3; 9,7; 2,5 и 1,2 соответственно, уменьшаясь с уменьшением соотношения глубины закалки и площади упрочнения. Благодаря эффекту высокой твердости мартенситных зон лазерной закалки и высокой ударной вязкости рельсовой стали возможно увеличение срока службы рельсов в 2,2-3,5 раза без значительной потери их контактной усталостной прочности.
Для лазерной закалки использовали образцы [3] стали 40Х с размерами 12×20×70 мм. Плотность энергии изменяли в пределах 39,2-84,9 Вт·с/мм2. Определяли влияние скорости перемещения луча и частоты его поперечных колебаний 78-230 Гц на геометрические размеры зон закалки и их триботехнические характеристики.

При частоте колебаний луча 214 Гц получены максимальные значения упрочнненных зон. Проведенные испытания на трение и износ на образцах, упрочненных с перекрытием лазерных дорожек 10%, показали, что коэффициенты трения 0,065-0,08, полученные на закаленных лазерным лучом образцах значительно ниже, чем образцов стали 40Х, а износостойкость выше материала основы в 4 раза.

Полное содержание на  http://srcms.ru/jarins/17/text/02.pdf