Submit manuscript
Home / Journals / Journal of Technical Research / Volume 6 Issue 4 / Increasing the microhardness of high-temperature steels by laser heat treatment
Increasing the microhardness of high-temperature steels by laser heat treatment
Submit manuscript Download PDF
Text
To cite
Citations:

INCREASING THE MICROHARDNESS OF HIGH-TEMPERATURE STEELS BY LASER HEAT TREATMENT
VAC 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
Shlyakova Elena 1
Bezrukov D. A. 2
Authors:
1.  Military Academy of Logistics named after Army General A.V. Khrulev (Department of physical and mathematical disciplines, Head)

Omsk, Omsk, Russian Federation
2.  Omsk Tank-Automotive Engineering Institute (Cadet)

Type:
Article
Pages:
from 15 to 19
Status:
Published
Received:
25.11.2020
Accepted:
28.11.2020
Published:
26.12.2020
Subject area:
VAC 05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
Language:
Russian
Keywords:
heat- resistant steels , laser heat treatment , microhardness
Abstract and keywords
Abstract (English):
The article presents the results of a study of the effect of laser irradiation on the microhardness of the surfaces of heat -resistant steels. The method of performing the experiment is described. It is proved that the use of laser heat treatment without melting the alloy surface can significantly increase its microhardness, and the optimal modes of laser action are determined.

Keywords:
heat- resistant steels , laser heat treatment , microhardness
Text
Text (PDF): Read Download
В результате экспериментальных исследований [1-4] установлено, что лазерная термообработка в режимах, не приводящих к оплавлению металлических поверхностей, значительно повышает устойчивость жаропрочных сталей и сплавов к коррозии в агрессивных средах при высоких температурах. Представляет интерес исследование прочностных свойств поверхностей жаропрочных сталей и сплавов после лазерной термообработки с целью определения режимов лазерного воздействия, при которых сочетание всех поверхностных свойств сталей и сплавов будет оптимальным. Исследование выполнялось на образцах жаропрочных сталей 38ХВФЮА и 45Х22Н4М3. Перед экспериментом для повышения поглощательной способности поверхность образцов протравливалась спиртовым раствором азотной кислоты с массовой долей 3 %. Обработка образцов исследуемых сталей проводилась путем наложения «пятен» без перекрытия и с перекрытием 50 % при различных значениях плотности мощности лазерного излучения (от 2 ∙ 104 Вт/см2 до 9 ∙ 104 Вт/см2). Микротвердость определена прибором ПМТ-3 с использованием четырехгранной пирамиды с алмазным наконечником (рис. 1). Рис. 1. Определение микротвердости сталей 38ХВФЮА (1), 45Х22Н4М3 (2) вдавливанием четырехгранной пирамиды По результатам проведенного эксперимента построены графические зависимости микротвердости поверхности образцов сталей 38ХВФЮА и 45Х22Н4М3 от плотности мощности лазерного излучения представлены (рис. 2, 3). Выполненные исследования показывают, что лазерная термообработка приводит к увеличению микротвердости образцов исследованных сталей. Полученные эффекты обусловлены образованием в обработанном слое мартенситных структур [5]. Твердость мартенсита зависит, главным образом, от содержания углерода в твердом растворе и структуры. Ряд ученых связывают [6] увеличение микротвердости со скрытокристаллической формой мартенсита, который помимо высокой микротвердости характеризуется низкой травимостью в растворах кислот и значительной износостойкостью. Такая структура в ряде работ названа «белым слоем» [5-7]. «Белый слой» на поверхности стали 38ХВФЮА показан на рис. 4. Рис. 2. Зависимость микротвердости поверхности образцов стали 38ХВФЮА от плотности мощности лазерного излучения Рис. 3. Зависимость микротвердости поверхности образцов стали 45Х22Н4М3 от плотности мощности лазерного излучения Рис. 4. Микрофотография поверхности стали 38ХВФЮА после лазерной термообработки с перекрытием (1) и без перекрытия «пятен» (2) При лазерной термообработке в использованных режимах достигнуто увеличение микротвердости: для стали 38ХВФЮА – в 2,2 раза, для стали 45Х22Н4М3 – в 1,6 раз, толщина упрочненного слоя составляет 50-70 мкм. Представляет интерес исследование динамики микротвердости жаропрочных сталей при повторных нагревах и оценка влияния химического состава стали и ее предварительной термической обработки на конечную структуру и микротвердость поверхностного слоя при лазерной термообработке. Исследования проводились в режимах, указанных выше. Графики изменения микротвердости поверхностных слоев сталей после лазерной термообработки в зависимости от температуры отпуска показаны на рис. 5, 6. Рис. 5. Зависимость микротвердости стали 45Х22Н4М3 от температурного режима отпуска: 1 – до облучения, 2 – после облучения Рис.6. Зависимость микротвердости стали 38ХВФЮА от температурного режима отпуска: 1 – до облучения, 2 – после облучения Исследование структуры поверхностей образцов сталей после лазерной термообработки проводилось с использованием металлографического микроскопа МИМ-8 на поперечных шлифах. Установлено, что в данных сталях под воздействием лазерного излучения проходят значительные структурные изменения. Повышение микротвердости (более 7000 МПа) свидетельствует о значительном упрочнении поверхностного слоя за счет наличия в нем скрытокристаллического мартенсита. Полученные результаты в целом согласуются с данными исследований для других марок сталей [5, 8]. Микротвердость предварительно закаленных сталей 38ХВФЮА, 45Х22Н4М3 после лазерной обработки увеличивается в ~ 1,5 раза.
References

1. Shlyakova E.V., Kunaev I.V. Issledovanie vliyaniya lazernoy termoobrabotki na sklonnost' k mezhkristallitnoy korrozii stali 45H22N4M3//Aktual'nye problemy sovremennoy nauki: materialy VIII Region. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. Uchastiem. - Omsk: OmGTU, 2019. - S. 58-61.

2. Shlyakova E.V. Lazernaya termoobrabotka kak sposob povysheniya stoykostik korrozii stali 40H9S2 //Gal'vanotehnika i obrabotka poverhnosti. − 2019. - T. 27. - № 3. - S. 26-32.

3. Shlyakova E.V. Issledovanie vliyanie lazernoy termoobrabotki na skorost' korrozii stali 38HVFYuA//Rasplavy. − 2019. - № 5. - S. 458-468.

4. Shlyakova E.V. Issledovanie vliyaniya lazernoy termoobrabotki na korrozionnuyu stoykost' splava HN70VMTYu//Vestnik TvGU. Seriya: Himiya. − 2018. - № 4. - S.53-64.

5. Grigor'yanc A.G. Uprochnenie poverhnosti splavov lazernym izlucheniem / A.G. Grigor'yanc, A.N. Safonov, V.M. Tarasenko i dr.// Poverhnost'. Fizika, himiya, mehanika. - 1983. - № 9. - S.124-131.

6. Grigor'yanc A.G. Metody poverhnostnoy lazernoy obrabotki. - Moskva: Vysshaya shkola, 1987. - 192 s.

7. Safonov A.N. Issledovanie uprochneniya poverhnosti titanovyh splavov s pomosch'yu izlucheniya SO2-lazera. - Izv. vuzov. Mashinostroenie, 1985. № 11. - S. 75-78.

8. Latypov R.R. Tehnologiya lazernoy obrabotki konstrukcionnyh i instrumental'nyh materialov v aviadvigatelestroenii. - Moskva: Mashinostroenie, 2007. - S. 234.

© zh-szf.ru
Support Powered by Editorum,  Instructions
Login or Create
* Forgot password?