Минаев Игорь Васильевич, кандидат технических наук, генеральный директор
г. Тула
Igor V. Minaev, Candidate of Sciences (Enginee- ring), General Director
Tula
Целью работы являлось исследование влияния лазерного микроструктурирования на изменение микротвердости и структуры зоны лазерного воздействия листовой высокоуглеродистой стали марки У8А. Методы. В качестве объектов исследования была выбрана листовая инструментальная высокоуглеродистая сталь марки У8А (толщина листа 10 мм), из которого с помощью непрерывного волоконного лазера, снабженного оптической головкой ЭИП1119 производства НТО «ИРЭ-Полюс», вырезали образцы для исследования. После газолазерной резки проводили лазерное микроструктурирование поверхности проката Q-switch волоконным импульсным лазером по режиму: скорость 40 мм/с; мощность 100 Ватт; частота 100 кГц, длительность импульса 100 нс, энергия импульса 1мДж. Для изучения микроструктуры были изготовлены шлифы с последующим травлением поверхности 5%-ным раствором HNO3 в спирте. Микроструктуру изучали на инвертированном, металлографическом микроскопе Nikon MA200 при разных увеличениях. Для измерения макротвердости использовалось следующее оборудование: твердомеры Роквелл ТР-150М (шкалы HRC, HRB и HRA), Супер-Роквелл ТРС 5009-01М (шкала HRN15 – при нагрузке 15 кгс). Микротвердость измеряли на твердомере KBW1-V при нагрузках: 10 Н, 1 Н и 0,25 Н.Результаты. Установлено, что обработка лазером поверхности образцов привела к повышению твердости поверхностного слоя глубиной 0,029–0,045 мм приблизительно в два раза. Выявлено, что повышение твердости происходит за счет изменения структуры поверхностного слоя образцов в результате увеличения дисперсности зернистого перлита. В процессе лазерного воздействия происходит нагрев поверхности образцов и дальнейшее охлаждение на воздухе после отведения лазера, что соответствует классической термообработке – нормализации. Полученные значения твердости соответствуют структуре троостита.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 the microhardness and structure of the laser exposure zone of U8A high-carbon steel sheets.Methods. High-carbon steel sheet U8A grade (sheet thickness 10 mm) was selected as the objects of the study, from which samples for the study were cut using a continuous fiber laser equipped with an EIP1119 optical head manufactured by NTO IRE-Polyus. After gas laser cutting, laser microstructuring of the rolled Q-switch surface was performed using a fiber pulsed laser according to the following mode: speed 40 mm/s; power 100 Watts; frequency 100 kHz, pulse duration 100 ns, pulse energy 1MJ. To study the microstructure, slits were made, followed by etching the surface with a 5% HNO3 solution in alcohol. The microstructure was studied using a Nikon MA200 inverted metallographic microscope at different magnifications. The following equipment was used to measure the macrohardness: Rockwell TP150M hardness meters (scales HRC, HRB and HRA), Super-Rockwell TRS 5009-01M (scale HRN15 – at a load of 15 kgf). Microhardness was measured on a KBW1-V hardness tester under loads: 10 N, 1 N and 0.25 N.Results. It was found that laser treatment of the surface of the samples led to an approximately two-fold increase in the hardness of the surface layer with a depth of 0.029-0.045 mm. It is revealed that the increase in hardness occurs due to a change in the structure of the surface layer of the samples as a result of an increase in the dispersion of granular perlite. It is shown that during laser exposure, the surface of the samples is heated and further cooled in air after laser removal, which corresponds to classical heat treatment – normalization. The obtained hardness values correspond to the troostite structure.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.