Минаев Игорь Васильевич, кандидат технических наук, генеральный директор
г. Тула
Igor V. Minaev, Candidate of Sciences (Engineering), General Director
Tula
Целью работы являлось исследование влияния лазерного микроструктурирования на изменение концентрации углерода и зональных остаточных макронапряжений первого рода в зоне лазерного воздействия образцов листовых углеродистых сталей марок 20, 35, 45 после лазерного микроструктурирования по различным режимам.Методы. В качестве объектов исследования были выбраны конструкционные углеродистые стали марок 20, 35, 45. Для исследования влияния лазерного модифицирования на изменение структуры и механических свойств деталей машин с использованием лазерной резки были изготовлены специальные образцы в виде квадратных пластин (35×35 мм) толщиной 2 мм (Ст20 и Ст45) и 4 мм (Ст35). После лазерной резки по режимам одну из сторон образца подвергли механическому шлифованию с целью удаления слоя с измененной структурой, получаемого в ходе лазерного раскроя материала. Далее с использованием непрерывного волоконного лазера проводили лазерное микроструктурирование поверхностей образцов. Рентгеноструктурные исследования с целью определения содержания углерода, знака и уровня остаточных напряжений первого рода (макронапряжений) проводили с использованием рентгеновского дифрактометра ДРОН-4.0 в кобальтовом Kα-излучении в режиме дискретной съемки по точкам.Результаты. С использованием метода рентгеноструктурного фазового анализа выявлено увеличение содержания углерода в поверхностном слое образцов после лазерного микроструктурирования среднеуглеродистых сталей марок 35 и 45, значительно превышающее значения, установленные ГОСТ 1050-2013. Выявленный рост концентрации углерода, вероятно, связан с реализацией эффекта Соре (термодиффузией) в условиях воздействия высоких температур. Установлено, что лазерное микроструктурирование рабочих поверхностей среднеуглеродистых сталей марок 34 и 45 приводит к формированию высоких зональных остаточных макронапряжений сжатия (до –2300…–3800 МПа). Полученный результат свидетельствует о положительном воздействии лазерной обработки на механические свойства поверхностного слоя.Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов.
The purpose of the work was to study the effect of laser microstructuring on changes in carbon concentration and zonal residual macro stresses of the first kind in the laser exposure zone of carbon steel sheet samples of grades 20, 35, 45 after laser microstructuring according to various modes.Methods. Structural carbon steels of grades 20, 35, and 45 were selected as objects of research. To study the effect of laser modification on changes in the structure and mechanical properties of machine parts using laser cutting, special samples were made in the form of square plates (35×35 mm) with a thickness of 2 mm (St20 and St45) and 4 mm (St35). After laser cutting according to the modes, one of the sides of the sample was subjected to mechanical grinding in order to remove a layer with a modified structure of the material obtained during laser cutting. Next, laser microstructuring of the sample surfaces was performed using a continuous fiber laser. X-ray diffraction studies to determine the carbon content, sign, and level of residual stresses of the first kind (macro stresses) were performed using a DRON- 4.0 X-ray diffractometer in cobalt Ka radiation in the discrete point survey mode.Results. Using the method of X-ray diffraction phase analysis, an increase in the carbon content in the surface layer of samples after laser microstructuring of medium-carbon steels of grades 35 and 45 was revealed, significantly exceeding the values established by GOST 1050-2013. The revealed increase in carbon concentration is probably related to the realization of the Soret effect (thermodiffusion) under conditions of exposure to high temperatures. It has been established that laser microstructuring of the working surfaces of medium-carbon steels of grades 34 and 45 leads to the formation of high zonal residual compression stresses (up to -2300...-3800 MPa). The obtained result indicates the positive effect of laser treatment on the mechanical properties of the surface layer.Conclusion. The results obtained can be used in the creation of resource-saving material processing processes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.