Обеспечение качественных показателей поверхностного слоя деталей из стали марки 30ХГСА методом лазерного микроструктурирования
https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-18-33
Аннотация
Целью работы являлось изучение влияния режимов лазерного микроструктурирования на формирование качественных показателей (протяженность зоны лазерного воздействия, микротвердость) поверхностного слоя деталей, изготовленных из листовой горячекатаной стали марки 30ХГСА.
Методы. В качестве объекта исследования была выбрана конструкционная среднелегированная сталь марки 30ХГСА в горячекатаном состоянии (лист толщиной 6 мм). Для исследования изменения структуры, строения и микротвердости зоны лазерного воздействия методом лазерной резки были изготовлены специальные образцы. После лазерной резки одну из сторон образца подвергли механическому фрезерованию с целью удаления слоя с измененной структурой получаемого в ходе лазерного раскроя материала. Далее с использованием непрерывного волоконного лазера проводили лазерное микроструктурирование поверхностей образцов. Для изучения влияния лазерного микроструктурирования на изменения структуры и качества поверхностного слоя проводили металлографические и дюрометрические исследования.
Результаты. Рассмотрены особенности изменения микроструктуры зоны лазерного воздействия в зависимости от вида лазерной обработки. Показано, что вне зависимости от вида лазерной обработки на термоупрочненной поверхности образуется «белый слой», толщина которого зависит от параметров лазерного излучения: мощности, скорости, диаметра пятна, фокусного расстояния. Выявлено, что при использовании в качестве предварительной механической обработки поверхности кромки реза операции фрезерования в подавляющем большинстве случаев белый слой не образуется.
Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов с использованием высококонцентрированных потоков энергии.
Ключевые слова
Об авторах
С. Н. КутеповРоссия
Кутепов Сергей Николаевич - кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры технологии и сервиса.
пр-т Ленина, д. 125, Тула 300026
Д. С. Клементьев
Россия
Клементьев Денис Сергеевич - старший преподаватель кафедры технологии и сервиса.
пр-т Ленина, д. 125, Тула 300026
М. М. Спиридонова
Россия
Спиридонова Мария Максимовна - студент.
пр-т Ленина, д. 125, Тула 300026
Список литературы
1. Клепиков В.В., Порошин В.В., Голов В.А. Качество изделий. 2-е изд., доп. и перераб. М.: МГИУ, 2006. 252 с.
2. Радченко В.П., Саушкин М.Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. М.: Машиностроение-1, 2005. 226 с.
3. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным рельефом. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. 59 с.
4. Вейко В.П., Дышловенко С.С. Лазерное микроструктурирование поверхностей // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (технического университета). 2001. № 4. С. 119-128.
5. Родионов И.В. Анализ структуры поверхностного слоя, его качества и влияния на эксплуатационные свойства деталей // Современные материалы, техника и технологии. 2020. № 3 (30). С. 42-47.
6. Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера / О.С. Васильев, В.П. Вейко, С.Г. Горный, Ю.С. Рузанкина // Оптический журнал. 2015. Т. 82, № 12. С. 70-77.
7. Югов В.И., Афанасьева Л.Е., Новоселова М.В. Особенности формирования структуры и микрогеометрии поверхности лазерных наплавок с использованием многоканального СО2- лазера // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 11 (143). С. 19-22.
8. Формирование упрочненного поверхностного слоя при комплексном лазерном воздействии на кромку реза деталей из конструкционных углеродистых сталей / И.В. Минаев, С.Н. Кутепов, Д.С. Клементьев, Е.В. Агеев, Д.В. Журба // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 2. С. 55-69. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-2-55-69.
9. Medres B.S., Bamberger M. Laser texturing of friction surfaces // Lasers in Engineering. 2008. Vol. 18. P. 137-144.
10. Шастин В.И., Каргапольцев С.К. Лазерное модифицирование сопрягаемых поверхностей трения // Вестник СамГУПС. 2016. № 3 (33). С. 27-33.
11. Влияние режимов лазерной обработки на изменение структуры и механических свойств поверхностного слоя деталей из стали марки 30ХГСА / И.В. Минаев, С.Н. Кутепов, Д.С. Клементьев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 1. С. 73-86. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-1-73-86.
12. Взаимодействие лазерного излучения с веществом, силовая оптика / В.П. Вейко, М.Н. Либенсон, Г.Г. Червяков, Е.Б. Яковлев. М.: Физматлит, 2008. 312 с.
13. Ведерникова И.И., Полетаев В.А. Упрочнение рабочих поверхностей деталей машин лазерным модифицированием // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2008. Вып. 3. С. 1-3.
14. Алисин В.В. Влияние лазерной обработки на качество поверхности черных металлов // Фундаментальные основы механики. 2022. № 10. С. 24-27.
15. Влияние режимов обработки лазерным лучом на параметры зон термического воздействия и триботехнические характеристики сталей / А.А. Якубовский, В.П. Бирюков, А.Н. Принц, А.П. Савин // XXXIII Международная инновационная конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2021): труды конференции. М.: Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, 2021. С. 264-270.
16. Индукционная и лазерная термическая обработка стальных изделий / М.В. Майсурадзе, М.А. Рыжков, О.Ю. Корниенко, С.И. Степанов. Екатеринбург: Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2022. 92 с.
17. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / В.С. Коваленко, А.Д. Верхотуров, Л.Ф. Головко, И.А. Подчерняева. М.: Наука, 1986. 276 с.
18. Тескер Е.И., Асеева Е.Н., Соломатин А.В. Исследование процессов формирования поверхностных слоев при лазерной обработке деталей узлов трения из конструкционных сталей // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2018. № 3 (213). С. 121-124.
19. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. М.: Физматлит, 2017. 416 с.
20. Лазерное микроструктурирование поверхности стали / Л.Е. Афанасьева, С.А. Третьяков, А.И. Иванова, Р.М. Гречишкин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14, № 7 (163). С. 297-302.
Рецензия
Для цитирования:
Кутепов С.Н., Клементьев Д.С., Спиридонова М.М. Обеспечение качественных показателей поверхностного слоя деталей из стали марки 30ХГСА методом лазерного микроструктурирования. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024;14(4):18-33. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-18-33
For citation:
Kutepov S.N., Klementyev D.S., Spiridonova M.M. Ensuring the quality indicators of the surface layer of parts made of 30KhGSA steel by laser microstructuring. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2024;14(4):18-33. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-18-33