Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия

Н. А. Чиченев, профессор кафедры инжиниринга технологического оборудования (ИТО), докт. техн. наук, эл. почта: chich38@mail.ru
А. О. Карфидов, зав. кафедрой ИТО, эл. почта: a.korf@mail.ru
М. В. Васильев, старший преподаватель кафедры ИТО, эл. почта: michailvasiliev91@gmail.com
О. Н. Чиченева, доцент кафедры автоматизированного проектирования и дизайна, канд. техн. наук, эл. почта: ch-grafika@mail.ru

Рассмотрено применение лазерной закалки сталей при нагреве без оплавления поверхности для повышения работоспособности технологического инструмента для обработки металлов давлением, в том числе валков станов холодной прокатки и вырубных штампов холодного деформирования. Для описания процессов лазерной закалки предложено использовать безразмерные параметры, которые имеют физический смысл и учитывают технологические параметры лазерной термообработки и теплофизические характеристики обрабатываемого металла: относительную мощность лазерного излучения, равную отношению мощности лазерного излучения к мощности теплового потока, которая может быть отведена от поверхности за счет теплопроводности в глубь металла без его плавления; относительную скорость перемещения лазерного луча, равную отношению скорости перемещения лазерного луча к скорости распространения температурного фронта в данном материале; относительную глубину закаленного слоя, равную отношению глубины закаленного слоя к максимально возможному теоретическому значению, которое достигается в том случае, когда температура на поверхности металла доходит до температуры его плавления. Приведены экспериментальные данные по лазерной обработке конструкционной легированной стали 40ХН2МА, на основании которых построены графики и получены эмпирические зависимости относительной глубины зоны закалки от относительной мощности лазерного излучения и относительной скорости перемещения лазерного луча. Показано, что полученные формулы и приведенные графики можно применять и для других марок сталей, так как в них использованы относительные (безразмерные, обобщенные) значения мощности лазерного излучения и скорости перемещения лазерного луча.

1. Полухин В. П. и др. Надежность и долговечность валков холодной прокатки. — М. : Металлургия, 1976.— 448 с.
2. Васильев Д. И., Тылкин М. А., Тетерин Г. П. Основы проектирования деформирующего инструмента. — М. : Высшая школа, 1980. — 223 с.
3. Jiang Z. Y., Wei D., Tieu A. K. Analysis of cold rolling of ultra-thin strip // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209, Iss. 9. P. 4584–4589.
4. Rumyantsev M. I. Some approaches to improve the resource efficiency of production of flat rolled steel // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 12. P. 32–36.
5. Константинов И. Л., Сидельников С. Б. Кузнечно-штамповочное производство : учебник. — М. : НИЦ ИНФРА-М, 2021. — 464 с.
6. Nefedov A. V., Svichkar V. V., Chicheneva O. N. Re-engineering of equipment to feed the melting furnace with aluminum charge // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. P. 1198–1204. DOI: 10.1007/978-3-030-54817-9_139
7. Вендт П. Консервация ресурсов в процессах термической обработки — при подогреве, охлаждении и закалке // Черные металлы. 2016. № 5. С. 54–57.
8. Горбатюк С. М., Морозова И. Г., Наумова М. Г. Разработка рабочей модели процесса реиндустриализации производства термической обработки штамповых сталей // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 5. С. 410–415.
9. Ефремов Д. Б., Степанов В. М., Чиченева О. Н. Модернизация механизма быстрого отжима валков прокатной клети ДУО стана 2800 АО «Уральская Сталь» // Сталь. 2020. № 8. С. 44–47.
10. Бардовский А. Д., Герасимова А. А., Бибиков П. Я. Разработка принципов совершенствования измельчительного оборудования // Горный журнал. 2020. № 3. С. 56–59.
11. Нефедов А. В., Китанов А. А., Чиченев Н. А. Реинжиниринг роликовой закалочной машины листопрокатного цеха АО «Уральская Сталь» // Черные металлы. 2022. № 3. С. 22–26.
12. Стенико А., Тами В. Совершенствование процесса прямой закалки на заводе компании Nucor Tuscaloosa // Черные металлы. 2018. № 12. С. 41–43.
13. Khorram A., Davoodi Jamaloei A., Jafari A., Moradi M. Nd:YAG laser surface hardening of AISI 431 stainless steel; mechanical and metallurgical investigation // Optics and Laser Technology. 2019. Vol. 119. 105617. DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105617
14. Moradi M., Ghorbani D., Moghadam M. K., Kazazi M. et al. Nd:YAG laser hardening of AISI 410 stainless steel: Microstructural evaluation, mechanical properties, and corrosion behavior // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 795. P. 213–222. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.05.016
15. Moradi M., Arabi H., Karami Moghadam M., Benyounis K. Y. Enhancement of surface hardness and metallurgical properties of AISI 410 by laser hardening process; diode and Nd:YAG lasers // Optik. 2019. Vol. 188. P. 277–286. DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.05.057
16. Moradi M., Arabi H., Jamshidi Nasab S., Benyounis K. Y. A comparative study of laser surface hardening of AISI 410 and 420 martensitic stainless steels by using diode laser // Optics and Laser Technology. 2019. Vol. 111. P. 347–357. DOI: 10.1016/j.optlastec.2018.10.013
17. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки : уч. пособие. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 663 с.
18. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / под ред. В. Я. Панченко. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 664 с.
19. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна : справочник: в 3-х томах / под ред. А. Г. Рахштадта, Л. М. Капуткиной, С. Д. Прокошкина. — Том 3. Термическая и термомеханическая обработка стали и чугуна. — М. : Интермет Инжиниринг, 2007. — 920 с.
20. Седов Л. И. Методы подобия и размерностей в механике. — М. : Наука, 1965. — 388 с.
21. Langhaar H. L. Dimensional analysis and theory of models // New York : John Wiley & Sons. Inc., 1967. — 166 p.
22. Чижиков Ю. М. Теория подобия и моделирование процессов обработки металлов давлением. — М. : Металлургия, 1970. — 296 с.
23. Chichenev N. A., Gorbatyuk S. M., Morozova I. G., Naumova M. G. Using the similarity theory to describe laser hardening processes // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 44–47.
24. ГОСТ 4543–71. Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. — Введ. 01.01.1973.
25. Марочник стали и сплавов. Характеристика материала 40ХН2МА. — URL: http://splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=191 (дата обращения: 05.10.2023).
26. ООО «Европейская металлургическая компания». Характеристики низколегированной стали AISI 4340. — URL: https://emk24.ru/wiki/astm_steels/stal_aisi_4340_7211143/ (дата обращения: 05.10.2023).
27. Веденов А. А., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. — М. : Энергоатомздат, 1985. — 207 с.