ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО МИКРОСТРУКТУРИРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 30ХГСА: YLCJY

Денис Сергеевич Клементьев; Игорь Васильевич Минаев; Александр Николаевич Чуканов; Сергей Стефанович Гончаров; Сергей Николаевич Кутепов

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.022

Авторы

Денис Сергеевич Клементьев Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Игорь Васильевич Минаев ООО Научно-производственное предприятие «Телар»
Александр Николаевич Чуканов Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Сергей Стефанович Гончаров Тульский государственный университет
Сергей Николаевич Кутепов Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого https://orcid.org/0000-0002-3866-5556

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.022

Ключевые слова:

сталь 30ХГСА, лазерное микроструктурирование, зона лазерного воздействия, белый слой, микротвердость, бесструктурный мартенсит, концентрация углерода, эффект Соре

Аннотация

В работе исследовали влияние режимов лазерного микроструктурирования непрерывным волоконным лазером (оснащенным гальваносканатором) на изменение структуры, фазового состава, содержание углерода и физико-механических свойств (микротвердости, остаточных напряжений) поверхностного слоя деталей, изготовленных из листовой горячекатаной среднелегированной стали марки 30ХГСА. Лазерному микроструктурированию подвергали поверхности непосредственно после газолазерной резки и последующего механического шлифования, которое проводили с целью удаления зоны газолазерного термического воздействия. При задании различных режимов лазерного микроструктурирования варьировали мощность лазерного излучения, скорость перемещения и плотность заливки лазерного луча, частоту колебаний гальваносканатора, число проходов лазерного луча по осям x и y. Было установлено, что в результате лазерного микроструктурирования на поверхности формируется упрочненный белый слой, состоящий из бесструктурного мартенсита и имеющий повышенное содержание углерода порядка 0,60-0,81%. Микротвердость данного слоя в 3,8-4,4 раза больше микротвердости матрицы основного металла. Увеличение содержания углерода связывали с реализацией эффекта термодиффузии (эффект Соре). Выявлено, что на толщину белого слоя значительное влияние оказывают скорость перемещения лазерного луча и частота колебаний гальваносканатора. Оптимальное качество поверхностного слоя обеспечивается при скорости перемещения развертки лазерного излучения 250 мм/мин и частоте колебаний 50 Гц, что соответствует площади поглощения лазерного излучения обрабатываемой поверхности в единицу времени, не менее 150 мм²/сек. Показано, что исходное состояние обрабатываемой поверхности (после газолазерной резки, после механического шлифования), не приводит к существенным различиям по: структуре, микротвердости, протяженности зоны лазерного воздействия, после их дальнейшего лазерного микроструктурирования. Однако, вместе с тем установлено, что лазерное микроструктурирование поверхности непосредственно после газолазерной резки приводит к формированию в ней остаточных макронапряжений сжатия величиной до -1702 МПа.

Биография автора

Игорь Васильевич Минаев, ООО Научно-производственное предприятие «Телар»

Candidate of Technical Sciences, General Director of the LLC Scientific and Production Enterprise "Telar".

Библиографические ссылки

Белов П.С. Влияние параметров постобработки на шероховатость поверхности изделий, получаемых методами аддитивных технологий // Вестник МГТУ "Станкин". 2019. №1(48). С.57–61.

Вегера И.И., Голубев В.С. Опыт применения современных методов поверхностного упрочнения на основе лазерной и ТВЧ обработки // В сб.: Современные методы и технологии создания и обработки материалов. В 2-х книгах. Кн. 2. Электотехнологии.; под ред. В.Г. Залесского. Минск, 2021. – С.44–58.

Методы поверхностного упрочнения деталей машин на примере коленчатого вала / М.Р. Фазулзянов, [и др.]. // Современные наука и образование: достижения и перспективы развития: материалы III Национальной научно-практической конференции; под ред. Е.П. Масюткина. Керчь, 2023. – С.100–111.

Табатчикова Т. И. Перекристаллизация и возможность реализации бездиффузионного α→γ-превращения при сверхбыстром лазерном нагреве сталей // Физика металлов и металловедение 2008. Т.105. №3. – С.294–318.

Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / В.С. Коваленко, [и др.]. М.: Наука, 1986. 276 с.

Влияние режимов лазерной обработки на изменение структуры и механических свойств поверхностного слоя деталей из стали марки 30ХГСА / И. В. Минаев, [и др.]. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т.13. №1. С.73–86. doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-1-73-86.

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

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

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

Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: учебное пособие для вузов / под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 664 с.

Основы лазерной и газоплазменной обработки сталей / Н.Н. Сергеев, [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 337 с.

Газодинамика лазерной резки толстолистовых металлических пластин непрерывным СО2-лазером / А. В. Зайцев, [и др.] // Вычислительные технологии. 2006. Т. 11. Ч. 1. Специальный выпуск. С.74–83.

Многопараметрическая оптимизация параметров лазерной резки стальных листов / А.Е. Гвоздев, [и др.]. // Материаловедение. 2015. №2. С.31–36.

Распределение остаточных напряжений на поверхности сталей, упрочненных непрерывным CO2-лазером / А.Г. Григорьянц, [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. №9. С.45–49.

Оценка влияния параметров режима лазерной закалки на качество поверхности и поверхностного слоя деталей станков (обзор) / С.В. Петроченко, [и др.] // Омский научный вестник. 2024. №1(189). С.56–65.