Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера
Рассмотрены известные способы упрочнения поверхностного слоя стальных деталей. Исследованы недостатки комбинированных способов технологии лазерной обработки и азотирования. Разработана технология наиболее рационального комбинированного способа упрочнения стальных деталей, обеспечивающая высокие эксп...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162976 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера / Алаа Фадил И Идан, О.В. Акимов, Е.А. Костик, А.А. Гончарук // Металл и литье Украины. — 2016. — № 7 (278). — С. 33-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-162976 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1629762025-02-09T20:12:40Z Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера Зміцнення сталі 40Х комбінованою обробкою із застосуванням лазера Hardening of steel 40Cr by combined treatment using laser Идан, Алаа Фадил И Акимов, О.В. Костик, Е.А. Гончарук, А.А. Рассмотрены известные способы упрочнения поверхностного слоя стальных деталей. Исследованы недостатки комбинированных способов технологии лазерной обработки и азотирования. Разработана технология наиболее рационального комбинированного способа упрочнения стальных деталей, обеспечивающая высокие эксплуатационные свойства поверхностного слоя стали 40Х. Розглянуто відомі способи зміцнення поверхневого шару сталевих деталей. Досліджено недоліки комбінованих способів технології лазерної обробки і азотування. Розроблено технологію найбільш раціонального комбінованого способу зміцнення сталевих деталей, що забезпечує високі експлуатаційні властивості поверхневого шару сталі 40Х. There are considered the known methods of hardening the surface layer of steel parts. And also the shortcomings of the combined methods of laser treatment and nitriding are studied. The technology of the most rational combined method of hardening of steel parts is developed, which provides high operational properties of the surface layer of steel 40Cr. 2016 Article Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера / Алаа Фадил И Идан, О.В. Акимов, Е.А. Костик, А.А. Гончарук // Металл и литье Украины. — 2016. — № 7 (278). — С. 33-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162976 621.785.5: 621.9.048.7 ru Металл и литье Украины application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены известные способы упрочнения поверхностного слоя стальных деталей. Исследованы недостатки комбинированных способов технологии лазерной обработки и азотирования. Разработана технология наиболее рационального комбинированного способа упрочнения стальных деталей, обеспечивающая высокие эксплуатационные свойства поверхностного слоя стали 40Х. |
| format |
Article |
| author |
Идан, Алаа Фадил И Акимов, О.В. Костик, Е.А. Гончарук, А.А. |
| spellingShingle |
Идан, Алаа Фадил И Акимов, О.В. Костик, Е.А. Гончарук, А.А. Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера Металл и литье Украины |
| author_facet |
Идан, Алаа Фадил И Акимов, О.В. Костик, Е.А. Гончарук, А.А. |
| author_sort |
Идан, Алаа Фадил И |
| title |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера |
| title_short |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера |
| title_full |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера |
| title_fullStr |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера |
| title_full_unstemmed |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера |
| title_sort |
упрочнение стали 40х комбинированной обработкойс применением лазера |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162976 |
| citation_txt |
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкойс применением лазера / Алаа Фадил И Идан, О.В. Акимов, Е.А. Костик, А.А. Гончарук // Металл и литье Украины. — 2016. — № 7 (278). — С. 33-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT idanalaafadili upročneniestali40hkombinirovannoiobrabotkoisprimeneniemlazera AT akimovov upročneniestali40hkombinirovannoiobrabotkoisprimeneniemlazera AT kostikea upročneniestali40hkombinirovannoiobrabotkoisprimeneniemlazera AT gončarukaa upročneniestali40hkombinirovannoiobrabotkoisprimeneniemlazera AT idanalaafadili zmícnennâstalí40hkombínovanoûobrobkoûízzastosuvannâmlazera AT akimovov zmícnennâstalí40hkombínovanoûobrobkoûízzastosuvannâmlazera AT kostikea zmícnennâstalí40hkombínovanoûobrobkoûízzastosuvannâmlazera AT gončarukaa zmícnennâstalí40hkombínovanoûobrobkoûízzastosuvannâmlazera AT idanalaafadili hardeningofsteel40crbycombinedtreatmentusinglaser AT akimovov hardeningofsteel40crbycombinedtreatmentusinglaser AT kostikea hardeningofsteel40crbycombinedtreatmentusinglaser AT gončarukaa hardeningofsteel40crbycombinedtreatmentusinglaser |
| first_indexed |
2025-11-30T09:38:39Z |
| last_indexed |
2025-11-30T09:38:39Z |
| _version_ |
1850207654071238656 |
| fulltext |
33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (278) ’2016
Лазерная обработка в сравнении с традицион-
ными методами термической обработки материалов
имеет целый ряд преимуществ [3]. При традиционной
термической обработке необходим последующий
отпуск, что снимает внутренние напряжения, одна-
ко наряду с этим снижает твердость обработанного
слоя. При этом твердость составляет, как правило,
48-52 HRC. Лазерная же обработка не требует до-
полнительных операций отпуска. При этом твердость
упрочненной лазерным лучом зоны поверхности со-
ставляет более 58-62 HRC [4]. Такая твердость за-
каленного слоя достигается за счет мартенситного
превращения, оптимального сочетания насыщен-
ности твердых растворов углеродом и легирующи-
ми элементами с их неоднородностью, повышения
плотности дефектов кристаллического строения [5].
Наибольший интерес лазерная обработка стали
для дальнейшего ускорения процесса азотирования
представляет из-за значительного измельчения зер-
на, что приводит к ускорению процессов диффузии
азота вглубь металла.
Существует множество технологий азотирования,
но наибольший интерес представляют инновацион-
ные технологии, обеспечивающие необходимую глу-
бину диффузионного слоя за короткий промежуток
времени процесса насыщения.
Известные комбинированные технологии лазер-
ной обработки и азотирования, такие как: способ
низкотемпературного азотирования стальных дета-
лей [6], способ получения износостойких дискретных
азотированных слоев [7], способ комбинированной
лазерно-химико-термической обработки материалов
[8], имеют ряд нерешенных вопросов, а именно –
не обеспечивают достаточную глубину упрочненного
слоя или поверхностную твердость, являются слож-
ными в использовании, трудоемкими, энергозатрат-
ными, длительными процессами (до 20 часов).
Цель и задачи исследований. Целью данной рабо-
ты является создание технологии комбинированного
способа упрочнения стальных деталей для обеспе-
чения высоких эксплуатационных свойств поверх-
ностного слоя стали.
Для достижения поставленной цели необходимо
интенсифицировать процесс азотирования за счет
Введение. Актуальным является применение ре-
сурсосберегающих технологий для повышения экс-
плуатационного срока службы стальных деталей.
Проблема отказа механизмов машин преимуще-
ственно связана с поверхностным разрушением, а
именно с износом [1], ее можно решить за счет раз-
работки новых технологий повышения долговечности
быстроизнашиваемых деталей. Одним из перспек-
тивных направлений является создание деталей из
недорогой матрицы с применением упрочняющей
технологии поверхностного слоя. Существует це-
лый ряд технологий, направленных на упрочнение
поверхности детали, а именно: химико-термическая
обработка, напыление, наплавка, поверхностное
пластическое деформирование, гальванические по-
крытия, лазерная закалка, закалка токами высокой
частоты и т. д.
Наибольший интерес представляют комбиниро-
ванные обработки, обеспечивающие повышение
твердости и прочности поверхностного слоя, что при-
водит в свою очередь к повышению срока службы
детали в целом. Существует целый ряд таких техно-
логий [2]. Все существующие технологии можно раз-
делить на следующие группы: нанесение покрытий,
диффузионные покрытия, упрочнение поверхностно-
го слоя за счет изменения структуры.
Достаточно распространенной заводской техно-
логией упрочнения поверхности стали является азо-
тирование, однако это довольно длительный и до-
рогостоящий процесс. В настоящее время интерес
представляет комбинированная обработка с приме-
нением азотирования и обработка, обеспечивающая
сокращениe времени насыщения сталей азотом.
В современной науке разработка новых ресурсос-
берегающих и экономически целесообразных техно-
логий комбинированного упрочнения стальных де-
талей со значительным сокращением длительности
процесса является важной и актуальной задачей.
Анализ литературных данных. Анализ совре-
менного состояния вопроса повышения срока служ-
бы деталей машин показывает, что эффективными
способами поверхностного упрочнения сталей явля-
ются химико-термическая обработка, а именно: азо-
тирование и лазерное упрочнение поверхности.
УДК 621.785.5: 621.9.048.7
Алаа Фадил И Идан, О. В. Акимов, Е. А. Костик, А. А. Гончарук*
Национальный технический университет «ХПИ», Харьков
*Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
Упрочнение стали 40Х комбинированной обработкой
с применением лазера
Рассмотрены известные способы упрочнения поверхностного слоя стальных деталей. Исследованы недостатки
комбинированных способов технологии лазерной обработки и азотирования. Разработана технология
наиболее рационального комбинированного способа упрочнения стальных деталей, обеспечивающая высокие
эксплуатационные свойства поверхностного слоя стали 40Х.
Ключевые слова: комбинированная обработка, лазерная обработка, азотирование.
34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (278) ’2016
имеет место измельчение зеренной структуры по-
верхностных слоев стали 40Х, а после следующе-
го азотирования получили слой большей толщины
(до 0,55 мм) и большей микротвердости (до 11 ГПа)
по сравнению с чисто азотированными участками
(без предварительной лазерной обработки), на ко-
торых толщина диффузионного слоя не превышала
0,2 мм, а микротвердость – 10 ГПа. Это объясняет-
ся облегчением диффузии атомов азота и повыше-
нием его растворимости, вследствие образования
более дефектной структуры металла после лазер-
ного облучения (повышение плотности дислокаций,
дробления зерен и увеличение протяженности их
границ, получения ультрадисперсных разориентиро-
ванных зерен).
Рентгеноструктурный фазовый анализ исследуе-
мой стали в поверхностном слое выявил наличие ни-
тридов: ξ-Fe2N, ε-Fe3N-Fe2N, γ’-Fe4N, Fe3N и α-Fe.
Выводы
Разработана технология комбинированного спо-
соба упрочнения стальных деталей, обеспечиваю-
щая высокие эксплуатационные свойства поверх-
ностного слоя стали.
Интенсифицирован процесс азотирования за счет
предварительной лазерной обработки поверхности
стальных изделий.
предварительной лазерной обработки поверхности
стальных изделий.
Методика исследований. Разработанный способ
предлагают осуществить с помощью предваритель-
ной обработки поверхности материала лазерным
излучением. При этом температура поверхностного
слоя для стали должна превышать АС3 (температуру
конца превращения феррита в аустенит), но не быть
выше температуры плавления. Лазерную обработку
сталей осуществляли на установке «ЛАТУС-31» с ре-
жимами: мощность излучения – 1,0±0,1 кВт, диаметр
участка фокусировки луча – 5 мм, скорость переме-
щения лазерного луча – 0,5-1,5 м/мин.
Азотирование проводили в среде мелкодисперс-
ного азотосодержащего вещества с активаторами
при температуре 530-560 °С в течение 2-3 часов.
Процесс осуществляли в закрытой атмосфере в виде
герметичного контейнера в камерной печи без слож-
ного специального оборудования и без применения
защитных атмосфер.
Исследовали влияние предварительной лазерной
обработки и конечного азотирования на структуру,
толщину, фазовый состав, микротвердость поверх-
ностных слоев образцов стали 40Х методами метал-
лографического анализа с использованием метал-
лографического микроскопа МИМ-7 с цифровой при-
ставкой, ДРОН-3, ПМТ-3.
Обсуждение результатов. Анализ полученных
результатов показал, что после лазерной обработки
1. Aqida S. N., Calosso F., Brabazon D., Naher S., Rosso M. Thermal fatigue properties of laser treated steels // International
Journal of Material Forming. – 2010. – Т. 3. – №. 1. – С. 797-800.
2. Manisekaran T., Kamaraj M., Sharrif S. M., Joshi S. V. Slurry erosion studies on surface modified 13Cr-4Ni steels: Effect of
angle of impingement and particle size // Journal of materials engineering and performance. – 2007. – Т. 16. – №. 5. – С.
567-572.
3. Alaa Fadhil I Idan, Akimov O., Golovko L., Goncharuk O., Kostyk K. The study of the influence of laser hardening conditions on
the change in properties of steels // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2016. – № 2/5 (80). – Р. 69-73.
DOI 10.15587/1729-4061.2016.65455
4. Mujica L., Weber S., Pinto H., Thomy C., Vollertsen F. Microstructure and mechanical properties of laser-welded joints of TWIP
and TRIP steels // Materials Science and Engineering: A. – 2010. – Т. 527. – № 7. – С. 2071-2078.
5. Магин Д. Ю., Костромин С. В. Исследование структуры и свойств высокопрочной теплостойкой стали после объ-
емной термической обработки и лазерного поверхностного упрочнения // Труды НГТУ им. РЕ Алексеева. – 2013. – №
4. – С. 101.
6. Пат. 2415964 РФ, МПК С23С 8/26. Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей / Петрова Л. Г., Чу-
дина О. В., Александров В. О., Брежнєв А. О., Барабанов С. І.; заявитель патентообладатель Государственное об-
разовательное учреждение высшего профессионального образования Московский автомобильно-дорожный институт
(государственный технический университет). – № 2009139309/02 ; заявл. 26.10.2009 ; опубл. 10.04.2011, Бюл. № 10.
7. Пат. 25412 Украина, МПК С23С 8/02. Способ получения износостойких дискретных азотированных слоев / Киндрачук
М. В., Ищук Н. В., Писаренко В. М., Головко Л. Ф., Яхья М. С.; изобретатель и владелец Национальный технический
университет Украины «Киевский политехнический институт». – № u200703002; заяв. 22.03.2007; опубл. 10.08.2007,
Бюл. № 12.
8. Пат. 19551 Украина, МПК С23С 8/02. Способ комбинированной лазерно химико-термической обработки материалов
/ Ищук Н. В., Писаренко В. М., Киндрачук М. В., Головко Л. Ф.; изобретатель и владелец Национальный технический
университет Украины «Киевский политехнический институт». – № u200607450 ; заяв. 04.07.2006 ; опубл. 15.12.2006,
Бюл. № 12.
ЛИТЕРАТУРА
35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (278) ’2016
1. Aqida S. N., Calosso F., Brabazon D., Naher S., Rosso M. (2010). [Thermal fatigue properties of laser treated steels].
International Journal of Material Forming, Vol. 3, no 1, pp. 797-800. [in English].
2. Manisekaran T., Kamaraj M., Sharrif S. M., Joshi S. V. (2007). [Slurry erosion studies on surface modified 13Cr-4Ni steels:
Effect of angle of impingement and particle size]. Journal of materials engineering and performance, Vol.17, no 5, pp. 567-572.
[in English].
3. Alaa Fadhil I Idan, Akimov O., Golovko L., Goncharuk O., Kostyk K. (2016) [The study of the influence of laser hardening
conditions on the change in properties of steels]. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no 2/5 (80), pp. 69-73.
DOI 10.15587/1729-4061.2016.65455. [in English].
4. Mujica L., Weber S., Pinto H., Thomy C., Vollertsen F. (2010) [Microstructure and mechanical properties of laser-welded joints
of TWIP and TRIP steels]. Materials Science and Engineering, Vol. 527, no 7, pp. 2071-2078. [in English].
5. Magin D. Yu., Kostromin S. V. (2013) Issledovanie struktury i svoistv vysokoprochnoi teplostoikoi stali posle ob”emnoi
termicheskoi obrabotki i lazernogo poverkhnostnogo uprochneniia [Research of structure and properties of high-strength
heat-proof steel after a volume heat treatment and laser surface strengthening]. Trudy NGTU im. PE Alekseeva, no. 4, p. 101.
[in Russian].
6. Pat. 2415964 of RF, MPK S23S 8/26. Sposob nizkotemperaturnogo azotirovaniia stal’nyh detalei. [Way of the low-temperature
nitriding of steel details]. Petrova L. G., Chudina O. V., Aleksandrov V. O., Brezhnev A. O., Barabanov S. I. Gosudarstvennoe
obrazovatel’noe uchrezhdenie vysshego professional’nogo obrazovaniia Moskovskii avtomobel’no-dorozhnyi institut. – №
2009139309/02; zaiavl. 26.10.2009; publ. 10.04.2011, Bull. № 10. [in Russian].
7. Pat. 25412 of Ukraine, MPK S23S 8/02. Sposob polucheniia izonostoikikh diskretnikh azotonirivannykh sloev. [The way of
receiving the wear-resistant discrete nitrated layers]. Kindrachuk M. V., Ishchuk N. V., Pisarenko V. M., Golovko L. F., Yakh’ia
M. S. Nacional’nyi tekhnicheskii universitet Ukrainy «Kievskii politekhnicheskii institut». – № u200703002; zaiavl. 22.03.2007;
publ. 10.08.2007, Bull. № 12. [in Russian].
8. Pat. 19551 of Ukraine, MPK S23S 8/02. Sposob kombinirivannoi lazerno khimiko-termicheskoi obrabotki materialov. [Method
of combined laser-chemical-thermal treatment of materials]. Ishchuk N. V., Pisarenko V. M., Kindrachuk M. V., Golovko L. F.
Nacional’nyi tekhnicheskii universitet Ukrainy «Kievskii politekhnicheskii institut». – № u200607450; zaiavl. 04.07.2006; publ.
15.12.2006, Bull. № 12. [in Russian].
REFERENCES
Розглянуто відомі способи зміцнення поверхневого шару сталевих деталей. Досліджено недоліки комбінованих
способів технології лазерної обробки і азотування. Розроблено технологію найбільш раціонального комбінованого
способу зміцнення сталевих деталей, що забезпечує високі експлуатаційні властивості поверхневого шару сталі 40Х.
Алаа Фаділ І Ідан, Акімов О. В., Костик К. О., Гончарук О. О.
Зміцнення сталі 40Х комбінованою обробкою із застосуванням лазераАнотація
Ключові слова
Комбінована обробка, лазерна обробка, азотування.
Idan Alaa Fadhil І, Akimov O., Kostyk K., Goncharuk O.
Hardening of steel 40Cr by combined treatment using laserSummary
There are considered the known methods of hardening the surface layer of steel parts. And also the shortcomings of the
combined methods of laser treatment and nitriding are studied. The technology of the most rational combined method of
hardening of steel parts is developed, which provides high operational properties of the surface layer of steel 40Cr.
Combined treatment, laser treatment, nitriding.Keywords
Поступила 18.09.16
|