The study of the influence of laser hardening conditions on the change in properties of steels

Surface hardening and finishing of metallic products by hybrid laser­ultrasonic treatment

An analysis of the existing methods of sintering diamond-containing composites is presented. On the basis of mathematical modeling and experimental studies, the conditions of the laser liquid-phase sintering of diamond-containing composites under which they retain their strength are determined. The energy and technological parameters of the laser irradiation process are characterized, which determine the range of laser processing modes within which no oxidation and crack formation occur, and a high-quality composite with specified geometrical parameters is formed. It has been proven that composites consisting of synthetic diamond grains and a metal bond do not lose strength under the condition that the temperature during laser heating does not exceed 1600 °C and the exposure time is 0.3 s. Electron microscopy and X-ray diffractometry were used for experimental studies of the microstructure and phase composition of the sintered layers. A new design and manufacturing method for a drum-type abrasive tool with replaceable diamond inserts for grinding large-sized aircraft and shipbuilding products are proposed. Components of a laser technological complex for the implementation of the process of sintering the diamond-containing layer of the abrasive inserts of the drum have been developed.

В статті наведено результати програмного моделювання температурного поля, зумовленого впливом рухомого джерела енергії в процесі синтезу інструментального шару абразивного інструмента на основі надтвердих матеріалів (НТМ), яке було реалізовано методами скінчених різниць та Ньютона для розв’язання систем нелінійних рівнянь, а для знаходження значень температури на межі середовищ використано рівняння теплового балансу. Доведено, що застосований комплекс методів є дійсно дієвим і дозволяє достатньо коректно згенерувати характер змін температурного поля досліджуваного зразка. Виявлено, що розрідження вузлів адаптивної сітки на незмінних за температурою ділянках, є недостатнім, і це обумовлено неоднорідністю матеріалу покриття. На основі результатів моделювання здійснено обробку абразивних НТМ і доведено доцільність використання лазерного випромінювання для формування робочого шару абразивного інструменту. Дослідження в основному зосереджено на опроміненні зерен абразивів лазером з довжиною хвилі λ = 10,6 мкм. Статичну міцність зерен абразивних матеріалів вимірювали до та після лазерного опромінення за допомогою вимірювальної установки DA-2 за стандартною методикою. Як сполучний матеріал використовували порошки бронзи та нікелю. Їх змішували з зернами абразивного матеріалу і наносили на сталеві опорні пластини з наступним лазерним опроміненням сформованого шару. Для дослідження мікроструктури зразків поряд з локальним та інтегральним рентгенівським елементним аналізом використовували скануючу електронну мікроскопію (РЕМ). Детально досліджено взаємодію лазерного променю та зерен абразивних матеріалів та встановлено взаємозв’язки між основними технологічними параметрами та якістю композитів (довговічністю зерен, зносостійкістю та міцністю зв’язку). Запропоновану технологію може бути використано для виготовлення абразивних інструментів для обробки матеріалів, які широко використовуються в поліграфічній промисловості (сталі, сплави, композитні матеріали, кераміка), а також в інших галузях — авіа-, судно- та машинобудуванні.

Метою даної роботи є вивчення впливу різних видів попередньої термічної обробки і режимів лазерного гартування на структуроутворення зміцненої зони стали 40. Показано, що найкращим способом попередньої термічної обробки сталі перед лазерним гартуванням, є поліпшення. Такий спосіб зміцнення поверхневого шару сприяє формуванню достатньої зони з високими показниками твердості (7 ГПа) з плавним переходом до серцевини, що в подальшому позитивно позначається при експлуатації деталі. На формування зміцненої лазером зони впливають такі фактори, як швидкість обробки лазерним променем і потужність лазера. При збільшенні потужності, глибина зміцненого шару збільшується, а збільшення швидкості обробки носить протилежний характер