Preview

Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии

Расширенный поиск

Влияние режимов лазерного микроструктурирования на концентрацию углерода и уровень остаточных напряжений в поверхностном слое изделий из углеродистых сталей

https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-39-50

Аннотация

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. 

Об авторе

И. В. Минаев
Научно-производственное предприятие «Телар»
Россия

Минаев Игорь Васильевич, кандидат технических наук, генеральный директор

г. Тула



Список литературы

1. Особенности газолазерной резки углеродистых сталей: монография / И.В. Минаев, С.Н. Кутепов, А.Н. Сергеев, Д.С. Клементьев, И. В. Голышев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2024. 170 с.

2. Гаврилов Д.И., Жданов А.В., Беляев И.В. Влияние лазерной модификации поверхности на физико-механические и трибологические свойства штамповой стали // Ползуновский вестник. 2022. № 4-2. С. 14–18.

3. Ефимова М.В. Современное состояние проблемы обработки кромок деталей летательных аппаратов и перспективы ее решения // Машины, агрегаты и процессы. Проектирование, создание и модернизация: материалы Международной научно-практической конференции. СПб.: НИЦ МС, 2024. С. 51–53.

4. Закиров К.И. Прогрессивные технологии изготовления зубчатых колес // Современные перспективы развития гибких производственных систем в промышленном гражданском строительстве и агропромышленном комплексе: сборник научных статей 2-й Всероссийской научнотехнической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров. Курск: Университетская книга, 2024. С. 56–59.

5. Поверхностное микроструктурирование горячекатаных углеродистых конструкционных сталей при комплексном воздействии лазерным излучением / И.В. Минаев, С.Н. Кутепов, Д.С. Клементьев, Д.В. Журба, И.В. Голышев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 14, № 2. С. 8–21. https://doi.org/10.21869/22231528-2024-14-2-8-21.

6. Влияние лазерной модификации на эксплуатационные характеристики стали Р6М5 / И.Н. Степанкин, Л.С. Верещагина, Е.П. Поздняков, О.Г. Девойно, П.В. Веремей // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2015. № 1(60). С. 19– 26.

7. 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.

8. 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. Т. 14, № 4. С. 18–33. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-18-33.

9. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 2002. 360 с.

10. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. М.: Машиностроение, 1979. 134 с.

11. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография. М.: МИСИС, 1994. 480 с.

12. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1977. 646 с.

13. Чепак-Гизбрехт М.В. Эффекты Соре и Дюфура при лазерной обработке металлов // X Информационная школа молодого ученого: сборник научных трудов. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2022. С. 540–549.

14. Оценка влияния параметров режима лазерной закалки на качество поверхности и поверхностного слоя деталей станков (обзор) / С.В. Петроченко, Ц. Хао, С. Юй, К. Чжао // Омский научный вестник. 2024. № 1(189). С. 56–65.

15. Кутепов С.Н., Клементьев Д.С., Спиридонова М.М. Влияние параметров лазерного микроструктурирования на особенности строения зоны лазерного воздействия деталей из стали марки 30ХГСА // Современное перспективное развитие науки, техники и технологий: сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции. Курск: Университетская книга, 2024. С. 197–201.

16. Григорьянц А.Г., Казарян М.А. Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. М.: Физматлит, 2017. 416 с.

17. Кутепов С.Н., Клементьев Д.С., Спиридонова М.М. Формирование качественных показателей поверхностного слоя деталей машин методами лазерной обработки // Фундаментальные основы механики. 2024. № 14. С. 141–146.

18. Верещагин М.Н., Целуева С.Н., Целуев М.Ю. Модифицирование поверхностных слоев металлических деталей импульсной лазерной обработкой // Литье и металлургия. 2020. № 1. С. 99–109.

19. Лазерное термоупрочнение колес зубчатых, изготовленных из порошковых материалов / Д.А. Разин, И.С. Печников, К.А. Фролов, А.Б. Люхтер // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2023. Т. 24, № 4. С. 323–330.

20. Индукционная и лазерная термическая обработка стальных изделий / М.В. Майсурадзе, М.А. Рыжков, О.Ю. Корниенко, С.И. Степанов. Екатеринбург: Изд-во Урал. федер. ун-та им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2022. 92 с.


Рецензия

Для цитирования:


Минаев И.В. Влияние режимов лазерного микроструктурирования на концентрацию углерода и уровень остаточных напряжений в поверхностном слое изделий из углеродистых сталей. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2025;15(1):39-50. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-39-50

For citation:


Minaev I.V. The effect of laser microstructuring modes on Carbon concentration and the level of residual stresses in the surface layer of carbon steel products. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2025;15(1):39-50. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-39-50

Просмотров: 61


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1528 (Print)