Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Москва, Россия:

И. С. Белашова, профессор кафедры «Технология конструкционных материалов», докт. техн. наук, профессор

Вятский государственный университет, Киров, Россия:
Е. А. Маринин, доцент кафедры «Информационные технологии в машиностроении», канд. техн. наук, эл. почта: e.marrini@gmail.com
В. А. Лисовский, доцент кафедры «Материаловедение и основы конструирования», канд. техн. наук, доцент

Представлены результаты испытаний износостойкости и твердости сталей, поверхностно модифицированных путем легирования с применением лазерного излучения. Описан механизм массопереноса для лазерного легирования, проводимого непосредственно в жидкую фазу с конвективным перемешиванием. Установлено, что различная травимость и скачкообразные изменения микротвердости связаны с изменением концентрации легирующих элементов по объему ванны плавления. Такие скачки микротвердости характерны для механизма перемешивания при лазерном легировании и не зависят от вида легирующего элемента. Для оценки эффективности технологий поверхностного модифицирования предложены два новых параметра: приведенный износ и приведенная интегральная микротвердость модифицированного поверхностного слоя. Приведенный износ определяется отношением износа модифицированного поверхностного слоя к износу инструмента при отсутствии упрочнения в одинаковых условиях эксплуатации (испытаний). Это безразмерная величина, характеризующая уменьшение износа (повышение износостойкости) модифицированного поверхностного слоя. Приведенная интегральная микротвердость модифицированного поверхностного слоя Y' является безразмерной величиной и характеризует изменение микротвердости всего модифицированного слоя по отношению к микротвердости однородного слоя основного металла такой же толщины. На основе анализа экспериментальных данных износа резца из сталей ХВГ и У10, обработанного лазером с обмазками в режиме оплавления, показано существование корреляционной связи между введенными параметрами и получено уравнение регрессии. Предложенный подход к оценке эффективности поверхностного упрочнения может быть использован не только в случае лазерного модифицирования, но и для любой другой технологии создания функционально-градиентных покрытий.

1. Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. — М. : Машиностроение, 1989. — 304 с.
2. Григорьянц А. Г., Пересторонин А. В., Мисюров А. И., Шиганов И. Н. Лазерная поверхностная модификация бандажных сталей карбидом вольфрама // Фотоника. 2019. Т. 13. № 4. С. 340–347. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.4.340.347
3. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.
4. Yilbas B. S., Patel F., Karatas C. Laser surface treatment of high-speed tool steel (AISI M2) // Surface and Interface Analysis. 2013. Vol. 45, Iss. 6. P. 1008–1013. DOI: 10.1002/sia.5202

5. Sun G., Bhattacharya S., Dinda Guru P., Dasgupta A., Mazumder J. Microstructure evolution during laser-aided direct metal deposition of alloy tool steel // Scripta Materialia. 2011. Vol. 54, Iss. 5. P. 454–457. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.11.016
6. Niroj Maharjan, Wei Zhou, Naien Wu. Direct laser hardening of AISI 1020 steel under controlled gas atmosphere // Surface & Coatings Technology. 2020. Vol. 385. 125399.
7. Боровский И. П., Городский Д. Д., Шарасеев И. М. и др. Массоперенос при обработке поверхности металлов оплавлением непрерывным лазерным лучом // ДАН СССР. 1982. Т. 263. № 3. С. 616–618.
8. Григорьянц А. Г., Мисюров А. И., Шиганов И. Н. и др. Формоизменение ванны расплава при лазерном легировании поверхностности бандажных сталей // Сварочное производство. 2019. № 7. С. 17–22.
9. Арутюнян Р. В., Баранов В. Ю., Большов Л. А. и др. Перенос легирующего элемента в расплаве при облучении металлов лазером в газовых средах // Поверхность. Физика, химия, механика. 1988. № 5. С. 129–137.
10. Белашова И. С., Тарасова Т. В. Исследование кинетики массопереноса при лазерной цементации и силицировании конструкционных сталей // Наукоемкие технологии. 2008. № 1. С. 74–85.
11. Белашова И. С., Светушков Н. Н., Тарасова Т. В. Исследование кинетики массопереноса и моделирование фазового перехода при лазерном легировании конструкционных сталей углеродом и кремнием // Сб. научных трудов «Современные методы получения и исследования наноструктурных материалов и покрытий». — М. : МАДИ, 2009. С. 148–160.
12. Белашова И. С. Модифицирование поверхности инструментальных сталей с применением лазерного нагрева // Наукоемкие технологии. 2004. № 10. С. 36–40.
13. Xiaolei Xing, Yefei Zhou, Xin Lu, Xiaowen Qi et al. Formation abilities of nano-twin and ε-martensite in laser surface modification of a mid-carbon steel // Applied Surface Science. 2019. Vol. 479. P. 634–638.
14. Белашова И. С. Планирование эксперимента и построение математической модели лазерного легирования инструментальных сталей // МиТОМ. 1998. № 1. С. 2–4.
15. Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Планирование экспериментов. — М. : Машиностроение, 1980. — 303 с.
16. Берикашвили В. Ш., Оськин С. П. Статистическая обработка данных, планирование эксперимента и случайные процессы : учебное пособие. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Изд-во Юрайт, 2019. — 164 с.
17. Шеффе Г. Дисперсионный анализ. — М. : Физматгиз, 1963. — 269 с.
18. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. — М. : Машиностроение, 1981. — 184 с.