Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА
Рассмотрены технологии лазерного и лазерно-микроплазменного легирования поверхностных слоев образцов из конструкционной стали 38ХН 3МФА с введением порошковых присадочных материалов на основе карбида вольфрама и хрома, способствующих повышению физико-механических характеристик изделий, изготовленны...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103263 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА / В.Д. Шелягин, Л.И. Маркашова, В.Ю. Хаскин, А.В. Бернацкий, О. С. Кушнарева // Автоматическая сварка. — 2014. — № 2 (729). — С. 26-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859589891044671488 |
|---|---|
| author | Шелягин, В.Д. Маркашова, Л.И. Хаскин, В.Ю. Бернацкий, А.В. Кушнарева, О.С. |
| author_facet | Шелягин, В.Д. Маркашова, Л.И. Хаскин, В.Ю. Бернацкий, А.В. Кушнарева, О.С. |
| citation_txt | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА / В.Д. Шелягин, Л.И. Маркашова, В.Ю. Хаскин, А.В. Бернацкий, О. С. Кушнарева // Автоматическая сварка. — 2014. — № 2 (729). — С. 26-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены технологии лазерного и лазерно-микроплазменного легирования поверхностных слоев образцов из конструкционной стали 38ХН 3МФА с введением порошковых присадочных материалов на основе карбида вольфрама и
хрома, способствующих повышению физико-механических характеристик изделий, изготовленных из этой стали. Методами световой микроскопии и аналитической растровой электронной микроскопии изучены структурные превращения,
концентрационные изменения, причины трещинообразования в обработанных поверхностных слоях при различных
режимах легирования. Показано, что склонность к трещинообразованию при лазерном и лазерно-микроплазменном легировании образцов из стали 38ХН 3МФА обусловлена прежде всего структурными (размер кристаллитов, коэффициент
их формы æ) и концентрационными изменениями, связанными с перераспределениями элементов, в частности, хрома,
что приводит к формированию резких зернограничных концентрационных градиентов. Отсутствие микротрещин в зоне
сплавления при лазерно-микроплазменном способе легирования позволяет сделать вывод о перспективности применения данного способа для поверхностной обработки изделий, изготовленных из стали 38ХН 3МФА.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:59:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
26 2/2014
УДК 621.9.048.7
лазерное и лазерно-миКроплазменное
легирование поверхноСти образЦов
из Стали 38хн3мФа
В. Д. ШЕЛЯГИН, Л. И. МАРКАШОВА, В. Ю. ХАСКИН, А. В. БЕРНАЦКИЙ, О. С. КУШНАРЕВА
иЭС им. е. о. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
рассмотрены технологии лазерного и лазерно-микроплазменного легирования поверхностных слоев образцов из кон-
струкционной стали 38хн3мФа с введением порошковых присадочных материалов на основе карбида вольфрама и
хрома, способствующих повышению физико-механических характеристик изделий, изготовленных из этой стали. мето-
дами световой микроскопии и аналитической растровой электронной микроскопии изучены структурные превращения,
концентрационные изменения, причины трещинообразования в обработанных поверхностных слоях при различных
режимах легирования. показано, что склонность к трещинообразованию при лазерном и лазерно-микроплазменном ле-
гировании образцов из стали 38хн3мФа обусловлена прежде всего структурными (размер кристаллитов, коэффициент
их формы æ) и концентрационными изменениями, связанными с перераспределениями элементов, в частности, хрома,
что приводит к формированию резких зернограничных концентрационных градиентов. отсутствие микротрещин в зоне
сплавления при лазерно-микроплазменном способе легирования позволяет сделать вывод о перспективности примене-
ния данного способа для поверхностной обработки изделий, изготовленных из стали 38хн3мФа. библиогр. 6, рис. 9.
К л ю ч е в ы е с л о в а : конструкционная сталь, обрабатываемые поверхности, лазерное легирование, структура
общие тенденции развития современного маши-
ностроения заключаются в интенсификации произ-
водственных процессов за счет повышения основ-
ных технологических параметров (температуры,
давления, концентраций реагирующих веществ и
др.), что обусловливает повышение требований к на-
дежности эксплуатационного оборудования, меха-
низмов и машин. непрерывное уменьшение массы
и размеров механизмов, увеличение их мощности
приводят к повышению нагрузок и напряжений в
деталях, что, в свою очередь, требует разработки и
перехода к новым, более надежным конструкци-
онным материалам.
в настоящее время объемное легирование ста-
лей становится неэкономичным из-за большого
расхода дорогостоящих материалов [1]. но уровня
эксплуатационных свойств нелегированных ста-
лей недостаточно для использования в современ-
ной промышленности. один из выходов — при-
менение поверхностного легирования сталей и
сплавов, что позволяет получить требуемые свой-
ства поверхности при минимальном расходе леги-
рующих элементов.
большинство традиционных методов поверх-
ностного легирования как правило базируется на
процессах диффузионного насыщения элементами
из газовой или жидкой фазы в сочетании с термиче-
ской (химико-термической) обработкой [2]. однако
применение обычно используемой химико-термиче-
ской или объемной термической обработки во мно-
гих случаях недостаточно для получения заданного
уровня эксплуатационных свойств.
поэтому, учитывая проблемы, возникающие
при применяемых в настоящее время технологи-
ях упрочнения, развитие инженерии поверхности
на современном этапе предполагает разработку
технологических процессов нового уровня, позво-
ляющих модифицировать поверхностный слой,
радикально менять его структуру и свойства [3].
при этом для модифицирования поверхности ме-
таллов предпочтение отдается методам упрочня-
ющей обработки, использующим в качестве те-
плового источника концентрированные потоки
энергии: ионные, лазерные, ультразвуковые, элек-
тронный луч и другие.
Учитывая тот факт, что лазерные технологии
позволяют успешно решать проблему создания
материалов с заданным комплексом свойств пу-
тем целенаправленного формирования требуемой
структуры по всему объему металла, появляется
возможность использования лазерной обработ-
ки и для упрочнения более локальных объемов, а
именно – поверхностных слоев обрабатываемого
материала. использование такого подхода лазер-
ного легирования создает возможность формиро-
вать поверхности, характеризующиеся высоким
уровнем твердости, теплостойкости, износостой-
кости и коррозионной стойкости. поэтому данная
работа посвящена исследованию поверхностного
легирования стали и структур поверхностей, фор-
мирующихся в различных условиях облучения с
© в. Д. Шелягин, л. и. маркашова, в. ю. хаскин, а. в. бернацкий, о. С. Кушнарева, 2014
272/2014
целью оптимизации технологических режимов ла-
зерного легирования.
Материал и методы исследования. в ходе
исследований выполняли лазерное и лазер-
но-микроплазменное поверхностное легирова-
ние торцевой поверхности кольцевых образцов
из конструкционной стали 38хн3мФа. химиче-
ский состав стали 38хн3мФа (гоСт 4543–71),
мас. %: 0,33…0,40 С; 0,17…0,37 Si; 0,25…0,5
Mn; 3,0…3,5 Ni; 1,2…1,5 Cr; 0,35…0,45 Mo;
0,10…0,18 V; <0,3 Cu; <0,025 S; <0,025 P.
механические характеристики ста-
ли 38хн3мФа при Т = 20 ºС (диаметр прутка
25 мм): σв = 1180 мпа; σ0,2 = 1080 мпа; δ = 12 %;
ψ = 50 %; KCU = 780 кДж/м2. при лазерном ле-
гировании использовали механическую смесь по-
рошков фракции 0...40 мкм со следующим соста-
вом (мас. %): 46(WC–W2С) + 46Cr + 4Al + 4Si, а
при лазерно-микроплазменном легировании –
48(WC–W2С) + 48Cr + 4Al.
Для лазерного легирования использовали
Nd:YAG-лазер «DY044» производства фирмы
«ROFIN-SINAR» (германия) с длиной волны из-
лучения λ = 1,06 мкм. оборудование и технологии
лазерно-плазменного легирования разработаны
в иЭС им. е. о. патона нан Украины. на базе
трехкоординатного манипулятора «ласточка-1»
был смонтирован лабораторный стенд.
лазерное излучение передавалось по изготов-
ленному из кварцевого стекла оптическому волокну
диаметром 600 мкм и длиной 20 м. из оптоволок-
на лазерное излучение поступало в коллиматор, где
преобразовывалось с помощью системы оптических
элементов, приобретало необходимые геометриче-
ские размеры и затем передавалось на фокусирую-
щую кварцевую линзу диаметром 50 мм с фокус-
ным расстоянием F = 200 мм. обработку выполняли
при варьировании мощности лазерного излучения
в пределах Р = 3,0…4,4 квт, скорости обработки
v = 24…45 м/ч и величины расфокусировки излу-
чения ΔF = 30…45 мм. более детальное состояние
исследуемых образцов представлено на блок-схеме
(рис. 1).
Эксперименты по лазерному легированию про-
водили по схеме, приведенной в работе [4]. при
этом неподвижный образец располагался на пред-
метном столе, а лазерная головка закреплялась
на подвижной каретке манипулятора. Конструк-
ция лазерной головки позволяла вести обработ-
ку образца с осевой подачей лазерного излуче-
ния и присадочной порошковой смеси. последняя
транспортировалась в сопловую часть головки ар-
гоном, а дозирование при этом осуществлялось
вибрационным питателем производства иЭС им.
е. о. патона. Для предотвращения попадания в
оптический тракт отраженного от поверхности
ванны расплава излучения лазерную головку за-
крепляли под углом 10° к вертикальной оси.
при проведении экспериментов по лазерно-ми-
кроплазменному легированию лазерная головка и
микроплазмотрон базировались на неподвижной
опоре. образцы закрепляли в захватах, установ-
ленных на подвижной каретке трехкоординатного
манипулятора (рис. 2). торцевую поверхность об-
разца в виде кольца легировали линейно, при про-
дольном перемещении каретки. при этом на по-
верхности образца образовывалась ванна расплава
глубиной до 2 мм, в которую струей ламинарной
аргоновой плазмы подавали механическую смесь
порошков. питание микроплазмотрона при
этом осуществляли источником мпУ-4 на токе
40...50 а и напряжении около 32 в. Дистанция от
сопла микроплазмотрона до зоны обработки со-
ставляла 120...150 мм. Угол сходимости осей ла-
зерного излучения и микроплазменной струи со-
ставлял 30…45°.
рис.1. блок-схема исследуемых образцов
28 2/2014
металлографические исследования для опре-
деления общей закономерности формирования
структуры поверхности легированных слоев, по-
лученных различными методами (лазерное и ла-
зерно-микроплазменное легирование) проводили
методом световой микроскопии на «Versamet-2».
Содержание элементов в твердом растворе и в от-
дельных включениях исследовали методом анали-
тической растровой электронной микроскопии на
установке СЭм-515 (фирма «Philips», голландия).
Характер действия лазерного легирования.
проведенные исследования процесса лазерного
легирования показали, что при плотностях мощ-
ности излучения Wp = 105...106 вт/см2 происходит
активный локальный разогрев присадочного ма-
териала, способствующий образованию парогазо-
вой фазы над поверхностью жидкой фазы (ванны
расплава). при этом в последней возникают тур-
булентные течения, приводящие к перемешива-
нию основного и присадочного материалов [4].
Кроме того, перемещение лазерного луча приво-
дит к разнице сил поверхностного натяжения в
центральной и хвостовой частях ванны расплава,
что в совокупности с действием давления пара и
турбулентными течениями расплава способствует
сравнительно равномерному распределению при-
садочного материала по всей глубине ванны рас-
плава и образованию легированного слоя.
повышение плотности мощности лазерного
излучения свыше 106 вт/см2 приводит к перехо-
ду в режим кинжального проплавления, характе-
ризуемого образованием парогазового канала в
ванне расплава [4, 5]. последнее приводит к та-
ким нежелательным явлениям, как выгорание хи-
мических элементов присадочного материала,
образованию пор и раковин (из-за схлопывания
парогазовой каверны на поверхности, с образо-
ванием свищей внутри обрабатываемого слоя из-
за малого времени существования жидкой фазы),
увеличению зоны термического влияния (зтв) и
переходной зоны, выбросу металла основы в ле-
гированный слой. во избежание указанных де-
фектов при проведении экспериментов плотность
мощности излучения в пятне нагрева не увеличи-
вали свыше примерно (8...10)·105 вт/см2.
Снижение плотности мощности излучения ме-
нее (2...4) ·104 вт/см2 приводило к отсутствию од-
нородно переплавленного слоя металла.
Структурные исследования. металлогра-
фические исследования выполняли в различных
участках каждого из образцов: легированный слой
→ зона сплавления → основной металл на 11 об-
разцах (отличающиеся параметрами технологиче-
ских режимов).
лазерную обработку поверхности выполняли
при мощности Р = 3,5 квт с различной скоростью
легирования v = 24…45 м/ч, а также при увели-
чении мощности Р до 4,4 квт с v = 24…42 м/ч.
лазерно-микроплазменную обработку выполняли
при постоянной мощности Р = 3 квт при отлича-
ющейся скорости легирования (изменялась от 30
до 45 м/ч) с наложением различного количества
дорожек.
Лазерное легирование. Установлено, что при
лазерном легировании (как при Р = 3,5, так и при
4,4 квт) толщина легированного поверхностного
слоя δл. сл изменяется от 1,55 до 2,1 мм при увели-
чении скорости легирования v = 24, 30,
45 м/ч. металл поверхностного легиро-
ванного слоя имеет четко выраженную
структуру протяженной формы (h×l) кри-
сталлитов (где h — ширина, l — протя-
женность кристаллита), размер которых
составляет в среднем h×l = 15×85 мкм
при v = 24 м/ч, 20×80 мкм для v = 30 м/ч,
при v = 45 м/ч h×l составляет 15×100
мкм (рис. 3, а). таким образом, наблю-
дается изменение коэффициентов формы
æ кристаллитов [6], значение которых
в среднем: для v = 24 м/ч æ = 5, для v =
= 30 м/ч æ = 3, а при увеличении скоро-
рис. 2. Стенд для поверхностного лазерно-микроплазменно-
го легирования: 1 – образец, закрепленный в захватах; 2 – за-
щитный кожух; 3 – дозатор порошка; 4 – микроплазмотрон;
5 – лазерная фокусирующая головка
рис. 3. микроструктура (×500) поверхностных слоев конструкционной
стали 38хн3мФа в условиях лазерного (а) и лазерно-микроплазменного
легирования (б)
292/2014
сти лазерного легирования до v = 45 м/ч коэффи-
циент формы возрастает до æ = 6. зафиксировано
также увеличение микротвердости в легирован-
ном слое в зависимости от увеличения скорости
(от 24 до 45 м/ч) легирования при Р = 3,5 квт в
среднем на 30…36 %.
Со стороны стали 38хн3мФа (основного ме-
талла) непосредственно у линии сплавления на-
блюдается зона термического влияния (зтв), ши-
рина которой увеличивается от 1,30 до 1,65 мм
с возрастанием микротвердости в этой зоне при
увеличении скорости легирования соответствен-
но от v = 24 до 45 м/ч. при этом следует отметить,
что если в основном металле наблюдается структур-
ная смесь из сорбита и мартенсита, то структура ме-
талла зтв имеет мартенситную структуру для всех
рассматриваемых случаев скоростей легирования.
Кроме того, исследованы концентрационные из-
менения в обработанных поверхностях, которые
показали, что наиболее равномерное насыщение
поверхностного слоя легирующими элементами
наблюдается при скорости обработки v = 30 м/ч и
мощности излучения Р = 3,5 квт. в этом случае кон-
центрация элементов составляет, мас. %: 70…75 Fe,
12…14 Cr, 7…8 W без резкого градиента концентра-
ционных изменений в зоне перехода (протяженность
которой не превышает 25 мкм) от линии сплавления
в направлении внешней поверхности легированного
слоя (рис. 4).
помимо исследований концентрационных из-
менений проведены также исследования и харак-
тера включений в обрабатываемых поверхностях.
показано, что в случае лазерного легирования по-
верхностного слоя на всех скоростях легирования
наблюдаются крупные включения (рис. 5) в ко-
личестве до 1 % и размером до 25 мкм. Данные
включения отличаются высоким содержанием
вольфрама — до 95…97 %, и, очевидно, являются
частицами WC–W2C, нерастворенными в процес-
се легирования.
в результате следующего этапа работы в на-
правлении исследования наличия, характера тре-
щин и зон их распределения в легированных по-
верхностных слоях при Р = 3,5 квт установлено,
что их максимальный размер (длина до 500 мкм)
и количество (до 10 %) наблюдается в случае ско-
рости легирования v = 45 м/ч, а при минималь-
ной скорости v = 24 м/ч длина распространения
трещин несколько уменьшается и составляет
50…450 мкм при их количестве до 2 % (рис. 6, а).
Следует отметить, что в областях с микротре-
щинами увеличивается содержание хрома до
20…26 %, концентрация вольфрама при этом со-
ставляет порядка 2…5 %. на карте концентраци-
онного распределения химических элементов в
центральной зоне легированного слоя при нали-
чии трещин достаточно четко просматривается
повышенное содержание хрома (рис. 6, б). одна-
ко в условиях средних скоростей (при v = 30 м/ч)
микротрещины практически отсутствуют, что сви-
детельствует об оптимальном структурном состо-
янии легированного слоя с точки зрения устойчи-
вости к образованию трещин.
при увеличении мощности излучения до
Р = 4,4 квт толщина легированного слоя умень-
шается от 2,70 до 1,50 мм с повышением скорости
обработки от v = 24 до 42 м/ч. металл легирован-
ного слоя имеет четко выраженную кристалличе-
скую структуру (как и в случае легирования при
Р = 3,5 квт), имеющую большую протяженность
(вытянутость) при среднем коэффициенте формы
æ = 10 для всех случаев скорости обработки, что
примерно в 2 раза выше по сравнению со струк-
турными изменениями, наблюдаемыми при леги-
ровании с мощностью излучения Р = 3,5 квт.
в зависимости от увеличения скорости легиро-
вания при Р = 4,4 квт наблюдается также уменьше-
рис. 4. Концентрационные изменения железа (1), хрома (2), вольфрама (3) от внешней поверхности легированного слоя к ос-
новному металлу (сталь 38хн3мФа) после лазерного легирования (Р = 3,5 квт; v = 30 м/ч)
30 2/2014
ние микротвердости легированного слоя в среднем
до 26 %. при этом во всех случаях используемых
скоростей легирования градиент по микротвердо-
сти (ΔHV) в зоне линии сплавления (т. е. ΔHV между
легированным слоем и основным металлом) умень-
шается при увеличении скорости лазерного легиро-
вания от v = 24 до 36 м/ч. однако в случае макси-
мальной скорости v = 42 м/ч наблюдается резкое
увеличение градиента микротвердости.
исследования концентрационных измене-
ний по переходной зоне, размер которой в случае
Р = 4,4 квт уменьшается от 60 до 40 мкм (при из-
менении скорости от 24 до 42 м/ч) показали не-
значительные изменения концентрации железа
при переходе: легированный слой → зона сплав-
ления → основной металл. распределе-
ние концентрации хрома варьируется
от 8 до 13 % в легированном слое при
увеличении скорости v с постепенным
уменьшением примерно до 8 % в пере-
ходной зоне — при приближении к ли-
нии сплавления. распределение воль-
фрама также меняется: от 2 до 5 % в
легированном слое в случае увеличения
скорости лазерного легирования, а при
переходе к линии сплавления его кон-
центрация в переходной зоне постепен-
но уменьшается примерно в 2 раза.
что касается наличия трещин и фак-
торов, связанных с трещинообразованием, то ис-
следованиями установлено, что во всех образцах,
полученных при мощности излучения Р = 4,4 квт
наблюдается наличие микротрещин (во всех рас-
смотренных участках), протяженность l которых
уменьшается от 500 до 40 мкм при увеличении
скорости обработки (рис. 6). при этом в зоне об-
разования трещин отмечается повышение концен-
трации хрома с изменением от 17 до 26 % с уве-
личением скорости легирования v, а содержание
вольфрама при всех режимах остается на уровне
1,0…4,5 %.
Лазерно-микроплазменное легирование. отно-
сительно структурно-фазовых, концентрацион-
ных изменений и условий трещинообразования
в поверхностях стали 38хн3мФа, об-
работанных комбинированным лазер-
но-микроплазменным источником с ис-
пользованием постоянной мощности
лазерного излучения Р = 3 квт, но с раз-
личной скоростью легирования (от 30 до
45 м/ч) при наложении различного коли-
чества дорожек установлено следующее.
толщина легированных слоев, полу-
ченных лазерно-микроплазменным ме-
тодом, уменьшается от 1,75 до 1,58 мм
при увеличении скорости легирования
от 30 до 45 м/ч. металл поверхностно-
го легированного слоя, также как и при
лазерной обработке, имеет четко выра-
женную кристаллическую структуру,
но отличается большей равноосностью
и мелкозернистостью кристаллитов
(рис. 3, б), а коэффициент их формы
увеличивается от æ = 4 при v = 30 м/ч до
æ = 8 при v = 45 м/ч.
Следует отметить, что ширина об-
ласти зтв, формирующейся у линии
сплавления со стороны стали 38хн3м-
Фа при возрастании скорости легирова-
ния от 30 до 45 м/ч уменьшается от 1,65
до 1,25 мм в отличие от лазерной обра-
рис. 5. микроструктура поверхностного слоя с включениями WC–W2C в
случае лазерного легирования (а — ×3100, б — ×1200)
рис. 6. микроструктура легированного слоя с микротрещиной в централь-
ной зоне (а — ×1500), распределение хрома вдоль данной трещины (б —
×1500) и микроструктура легированного слоя с микротрещиной в обла-
сти линии сплавления (в — ×1200) в случае применения лазерного метода
обработки
312/2014
ботки, где эта область наоборот увеличива-
ется. микроструктура металла зтв, как и
при лазерной обработке, в основном мар-
тенситная, но характеризуется уменьшени-
ем микротвердости на 20…30 % в условиях
увеличения скорости легирования и нало-
жения нескольких дорожек с перекрытием.
исследования концентрационных изме-
нений показали незначительное изменение
по железу во всех исследуемых областях
(от внешней поверхности до основно-
го металла). при этом распределение хро-
ма в легированном слое в зависимости от
увеличения скорости легирования и ко-
личества наложения дорожек изменяется
от 6 до 18 %, а распределение вольфрама
в легированном слое изменяется от 2…3 до 8 %
соответственно.
в легированном слое, полученном лазерно-микро-
плазменным методом, при всех скоростях легирования
(как и при лазерном легировании) наблюдается нали-
чие включений, объемная доля которых возрастает при
увеличении скорости легирования v от 30 до 45 м/ч со-
ответственно с 1 до 10 %. Данные включения имеют
размер 50…230 мкм и состоят в основном из WC–W2C
с содержанием вольфрама в среднем 97 % (рис. 7).
исследованием также установлено, что и в ус-
ловиях лазерно-микроплазменного легирования
наблюдаются микротрещины (объемная доля Vд
от 3 до 30 %). однако в отличие от режимов ла-
зерного легирования такие дефекты наблюдаются
только в легированном слое по границам кристал-
литов (рис. 8), а в зоне линии сплавления прак-
тически отсутствуют, что свидетельствует о хо-
рошем сцеплении легированного слоя со сталью
38хн3мФа. в областях, где образуются трещи-
ны, зафиксировано увеличение содержания хро-
ма до 12…20 %. Следует особо подчеркнуть, что
в случае лазерно-микроплазменного легирова-
ния при v = 30 м/ч (одна дорожка) микротрещины
практически отсутствуют (рис. 9).
таким образом на данном этапе исследования
установлено, что наиболее оптимальные струк-
турные параметры легированного слоя форми-
руются при режимах Р = 3,5 квт; v = 30 м/ч —
лазерное легирование и Р = 3 квт; v = 30 м/ч
— лазерно-микроплазменное легирование (нало-
жение одной дорожки).
рис. 7. микроструктура (×1010) поверхностного слоя с включения-
ми WC–W2C в случае лазерно-микроплазменного легирования: а —
внешний вид включений; б — карты распределения вольфрама в дан-
ных включениях
рис. 8. микроструктура (×1550) поверхностного слоя
с микротрещиной после лазерно-микроплазменного
легирования
рис. 9. Сравнительный график структурных параметров (кристаллиты – размер, коэффициент формы) и микротрещин (длина,
объемная доля) в легированном слое после лазерно-микроплазменного способа обработки: I — Р = 3 квт, v = 30 м/ч (нало-
жение одной дорожки); II — Р = 3 квт, v = 30 м/ч (наложение четырех дорожек); III — Р = 3 квт, v = 45 м/ч (наложение трех
дорожек)
32 2/2014
Выводы
1. Склонность к трещинообразованию при ла-
зерном и лазерно-микроплазменном легировании
образцов из стали 38хн3мФа обусловлена пре-
жде всего структурными (размер кристаллитов,
коэффициент их формы æ) и концентрационными
изменениями, связанными с перераспределения-
ми элементов, в частности, хрома, что приводит
к формированию резких зернограничных концен-
трационных градиентов.
2. отсутствие микротрещин в зоне сплавления
при лазерно-микроплазменном способе легиро-
вания позволяет сделать вывод о перспективно-
сти применения данного способа поверхностной
обработки для изделий, изготовленных из стали
38хн3мФа.
3. на данном этапе исследования установле-
но, что наиболее оптимальные структурные па-
раметры легированного слоя формируются при
режимах Р = 3,5 квт; v = 30 м/ч — лазерное леги-
рование и Р = 3 квт; v = 30 м/ч (один проход) —
лазерно-плазменное легирование.
1. Исаев Г. П. лазерно-ионное легирование металлов
и сплавов // вестн. Камчатского гтУ. – 2002. – № 1. –
С. 160–164.
2. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. материаловедение:
Учеб. пособие для вузов. – м.: машиностроение, 1980.
– 493 с.
3. Петрова Л. Г. прикладное применение моделей хими-
ко-термической обработки для разработки технологий
поверхностного упрочнения // вестн. харьковского нац.
автодор. ун-та. – 2010. – № 51. – С. 26–34.
4. Григорьянц А. Г. основы лазерной обработки материалов
– м.: машиностроение, 1989. – 304 с.
5. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. техноло-
гические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие
для вузов // под ред. а. г. григорьянца – м.: мгтУ им.
н. Э. баумана, 2006. – 664 с.
6. Грабин В. Ф. металловедение сварки плавлением. –
Киев: наук. думка, 1982. – 415 с.
поступила в редакцию 30.09.2013
11-я Международная конференция
по электронно-лучевым
и плазменным технологиям
8–12 июня 2014 Варна, Болгария
Организаторы:
♦ Болгарская академия наук
♦ Софийский центр по электронно-лучевой и плазменным технологиям
♦ Болгарское общество электроники, электротехники и телекоммуникации
Контакты: katia@van-computers.сom, eliglorg@abv.bg
тел. (+3592) 875 07 57; (+3592) 979 59 00; факс: (+3592) 975 32 01; http: //www.ebt2014@abv.bg
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103263 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:59:07Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шелягин, В.Д. Маркашова, Л.И. Хаскин, В.Ю. Бернацкий, А.В. Кушнарева, О.С. 2016-06-15T06:52:39Z 2016-06-15T06:52:39Z 2014 Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА / В.Д. Шелягин, Л.И. Маркашова, В.Ю. Хаскин, А.В. Бернацкий, О. С. Кушнарева // Автоматическая сварка. — 2014. — № 2 (729). — С. 26-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103263 621.9.048.7 Рассмотрены технологии лазерного и лазерно-микроплазменного легирования поверхностных слоев образцов из конструкционной стали 38ХН 3МФА с введением порошковых присадочных материалов на основе карбида вольфрама и хрома, способствующих повышению физико-механических характеристик изделий, изготовленных из этой стали. Методами световой микроскопии и аналитической растровой электронной микроскопии изучены структурные превращения, концентрационные изменения, причины трещинообразования в обработанных поверхностных слоях при различных режимах легирования. Показано, что склонность к трещинообразованию при лазерном и лазерно-микроплазменном легировании образцов из стали 38ХН 3МФА обусловлена прежде всего структурными (размер кристаллитов, коэффициент их формы æ) и концентрационными изменениями, связанными с перераспределениями элементов, в частности, хрома, что приводит к формированию резких зернограничных концентрационных градиентов. Отсутствие микротрещин в зоне сплавления при лазерно-микроплазменном способе легирования позволяет сделать вывод о перспективности применения данного способа для поверхностной обработки изделий, изготовленных из стали 38ХН 3МФА. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА Laser and laser-microplasma alloying of surface of steel 38KhN3MFA specimens Article published earlier |
| spellingShingle | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА Шелягин, В.Д. Маркашова, Л.И. Хаскин, В.Ю. Бернацкий, А.В. Кушнарева, О.С. Научно-технический раздел |
| title | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА |
| title_alt | Laser and laser-microplasma alloying of surface of steel 38KhN3MFA specimens |
| title_full | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА |
| title_fullStr | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА |
| title_full_unstemmed | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА |
| title_short | Лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38ХН3МФА |
| title_sort | лазерное и лазерно-микроплазменное легирование поверхности образцов из стали 38хн3мфа |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103263 |
| work_keys_str_mv | AT šelâginvd lazernoeilazernomikroplazmennoelegirovaniepoverhnostiobrazcovizstali38hn3mfa AT markašovali lazernoeilazernomikroplazmennoelegirovaniepoverhnostiobrazcovizstali38hn3mfa AT haskinvû lazernoeilazernomikroplazmennoelegirovaniepoverhnostiobrazcovizstali38hn3mfa AT bernackiiav lazernoeilazernomikroplazmennoelegirovaniepoverhnostiobrazcovizstali38hn3mfa AT kušnarevaos lazernoeilazernomikroplazmennoelegirovaniepoverhnostiobrazcovizstali38hn3mfa AT šelâginvd laserandlasermicroplasmaalloyingofsurfaceofsteel38khn3mfaspecimens AT markašovali laserandlasermicroplasmaalloyingofsurfaceofsteel38khn3mfaspecimens AT haskinvû laserandlasermicroplasmaalloyingofsurfaceofsteel38khn3mfaspecimens AT bernackiiav laserandlasermicroplasmaalloyingofsurfaceofsteel38khn3mfaspecimens AT kušnarevaos laserandlasermicroplasmaalloyingofsurfaceofsteel38khn3mfaspecimens |