Окисление неметаллических включений и стальной матрицы при лазерном воздействии

Abstract

RU: Необходимы исследования процессов окисления сталей при их взаимодействии с атмосферой в момент лазерной обработки. Цель работы − изучение процессов окисления сталей при лазерном воздействии. Методика. Материалами для исследований служили промышленные стали, содержащие различные неметаллические включения. Образцы различных сталей с предварительно полированной поверхностью подвергали лазерному нагреву на установках ГОС-30М и КВАНТ-16. Применяли методы исследования: петрографию и оптическую микроскопию (Неофот-21). Результаты. Установлено, что в момент лазерного воздействия вследствие взаимодействия поверхности стали с воздушной атмосферой происходит окисление стали. При этом велика роль неметаллических включений, в которых происходят фазовые превращения. Продукты окисления имеют различные морфологию и химический состав, зависящие от химического состава стали, а также от смачиваемости в системе сталь − жидкий оксид. Показаны особенности структуры оксидных пленок. Проанализировано взаимодействие стали с воздушной атмосферой в процессе лазерной обработки. Научная новизна. Установлены особенности окисления поверхности сталей в процессе взаимодействия с воздушной атмосферой в условиях лазерного воздействия. Определены особенности фазовых превращений в неметаллических включениях и локальных зонах стальной матрицы вблизи включений. Показано влияние включений на окислительные процессы. Установлены особенности морфологии и химического состава оксидных пленок в разных сталях. Практическая значимость. Использование полученных результатов поможет разработать технологии лазерной обработки сталей с регламентированными параметрами качества поверхности, что позволит предупредить образование различного рода дефектов. Предложен способ удаления оксидных пленок с поверхности изделий.

UK: Постановка проблеми. Необхідні дослідження процесів окиснення сталей за їх взаємодії з атмосферою в момент лазерної обробки. Мета роботи − вивчення процесів окиснення сталей за лазерного впливу. Методика. Матеріалами для досліджень були промислові сталі, які містять різні неметалеві включення. Зразки різних сталей з попередньо полірованою поверхнею піддавали лазерному нагріву на установках ГОС-30М і КВАНТ-16. Застосовували методи дослідження: петрографію й оптичну мікроскопію (Неофот-21). Результати. Встановлено, що в момент лазерного впливу внаслідок взаємодії поверхні з повітряною атмосферою відбувається окиснення сталі. При цьому велика роль неметалевих включень, в яких відбуваються фазові перетворення. Продукти окиснення мають різні морфологію та хімічний склад, що залежать від хімічного складу сталі, а також від змочуваності в системі сталь − рідкий оксид. Показано особливості структури оксидних плівок. Проаналізовано взаємодію сталі з повітряною атмосферою в процесі лазерної обробки. Наукова новизна. Встановлено особливості окиснення поверхні сталей у процесі взаємодії з повітряною атмосферою в умовах лазерного впливу. Показано особливості фазових перетворень у неметалевих включеннях і локальних зонах сталевої матриці поблизу включень, вплив включень на окиснювальні процеси, а також особливості морфології та хімічного складу оксидних плівок у різних сталях. Практична значимість. Використання отриманих результатів дозволить розробити технології лазерної обробки сталей з регламентованими параметрами якості поверхні, що допоможе попередити утворення різного роду дефектів. Запропоновано спосіб видалення оксидних плівок із поверхні виробів.

EN: It is necessary to study the processes of oxidation of steels during their interaction with the atmosphere at the time of laser treatment. The aim of the work was to study the processes of steel oxidation under laser action. Methods. The materials for investigation were commercial steels containing different non-metallic inclusions. The specimens of different steels with preliminary polished surface were exposed to laser beaming on the installations GOS-30M and GUANTUM-16. Methods of investigation – petrography and optical microscopy (Neophot-21) – were used. Results. It was found that at the time of laser exposure due to the interaction of the steel surface with the air atmosphere, steel oxidizes. At the same time, the role of nonmetallic inclusions in which phase transformations occur is of great importance. The oxidation products have different morphology and chemical composition, depending on the chemical composition of steel, as well as on the wettability in the steel-liquid oxide system. The structural features of oxide films are shown. The interaction of steel with the air atmosphere during laser processing is analyzed. Scientific novelty. The features of the oxidation of the surface of steels in the process of interaction with the air atmosphere under conditions of laser exposure are established. The features of phase transformations in nonmetallic inclusions and local zones of a steel matrix near inclusions are shown. The effect of inclusions on oxidative processes is shown. The features of the morphology and chemical composition of oxide films in different steels are shown. Practical significance. The use of the results obtained will allow us to develop laser processing technologies for steels with regulated surface quality parameters, which will prevent the formation of various kinds of defects. A method for removing oxide films from the surface of products is proposed.