Дефекти зміцненого шару за лазерної дії

Abstract

UK: Постановка проблеми. Дослідження впливу неметалевих включень на утворення дефектів за лазерної обробки бачаться актуальними. Мета роботи − вивчення дефектів зміцненого шару сталей за лазерного впливу, пов'язаних із наявністю неметалевих включень. 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 такі методи: петрографія, мікрорентгеноспектральний (MS-46 Cameca) і оптична мікроскопія (Неофот-21) для дослідження дефектів та ідентифікації включень. Результати. Встановлено, що за лазерного впливу на поверхні і в поверхневому шарі сталі виникають різного роду дефекти, не пов'язані і пов'язані з неметалевими включеннями. Показано, що неметалеві включення є причиною появи різного роду дефектів зміцненого шару сталевих виробів за лазерної обробки (тріщини, порожнини, порушення геометрії зміцненого шару). Обговорюються причини появи дефектів, пов'язаних з присутністю включень різних типів. Наукова новизна. Наведено класифікацію дефектів зміцненого шару. Встановлено природу й особливості утворення дефектів, які повʼязані з появою швидкісних термічних напружень, структурною неоднорідністю, а також із плавленням, тепловим руйнуванням і випаровуванням включень, що виходять на поверхню і містяться в межах зміцненого шару. Зазначено, що виявлені дефекти – це готові осередки руйнування сталевого виробу або деталі в умовах дії статичних і динамічних навантажень, а також контактних напружень. Практична значимість. Показано, що незадовільна якість зміцненого шару, пов'язана з наявністю різного роду дефектів поблизу неметалевих включень, спричинює зниження механічних і експлуатаційних характеристик сталевого виробу або деталі. Отримані результати допоможуть розробити технологю лазерної обробки сталей з регламентованими параметрами якості зміцненого шару, що дозволить попередити утворення різного роду дефектів.

EN: Purpose. It is necessary to investigate the influence of non-metallic inclusions on the formation of defects during laser processing. The aim of the work was to study the defects of the hardened layer of steels under laser action, associated with the presence of non-metallic inclusions. 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. The research methods were applied - petrography, X-ray microscopy (MS-46 Cameca) and optical microscopy (Neophot-21) to study defects and identify of inclusions. Results. It has been established that various types of defects appear on the surface and in the surface layer of steel under laser action, which are not connected and are associated with non-metallic inclusions. It is shown that non-metallic inclusions are the reason for the appearance of various kinds of defects in the hardened layer of steel products during laser processing (cracks, cavities, violation of the geometry of the hardened layer). The reasons for the appearance of defects associated with the presence of inclusions of various types are discussed. Scientific novelty. A classification of defects in the hardened layer is presented. The nature and features of the formation of defects, associated with the appearance of high-speed thermal stresses, structural inhomogeneity, as well as melting, thermal destruction and evaporation of inclusions emerging to the surface and located within the hardened layer, have been established. It is noted that the detected defects are ready-made centers of destruction of a steel product or part under conditions of static and dynamic loads, as well as contact stresses. Practical significance. It is shown that the unsatisfactory quality of the hardened layer associated with the presence of various kinds of defects near nonmetallic inclusions contributes to a decrease in the mechanical and operational characteristics of a steel product. The use of the obtained results will make it possible to develop technologies for laser processing of steels with regulated quality parameters of the hardened layer, which will prevent the formation of various kinds of defects.