Ультразвукове фінішне оброблення криці 45, зміцненої лазерним термообробленням волоконним лазером і сканувальною оптикою: індуковане шаруватою структурою зміцнення та поліпшена морфологія поверхні
ЛЕСИК Д.А.1,2,3, МОРДЮК Б.М.2,4, АЛНУСІРАТ В.5, МАРТІНЕЗ C.3, ДЖЕМЕЛІНСЬКИЙ В.В.1, ГОНЧАРУК О.О.1, КОНДРАШЕВ П.В.1, КЛЮЧНИКОВ Ю.В.1, ЛАМІКІЗ A.3
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Берестейський проспект, 37, 03056 Київ, Україна
2Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
3Університет Країни Басків, Площа Інженера Торреса Кеведо, 1, 48013 Більбао, Іспанія
4Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
5Прикладний університет Аль-Балка, вул. Салт, 33, 19117 Ес-Салт, Йорданія
Отримано 07.08.2024, остаточна версія 04.11.2024
Завантажити PDF
Анотація
Нині поява нових технологій опосередковано викликає підвищені вимоги до звичайних методів і матеріялів. Огляд літератури показує, що комбіновані термомеханічні процеси поверхневого зміцнення й оброблення з використанням висококонцентрованих джерел енергії є перспективними для підвищення цілісности поверхні й експлуатаційних властивостей конструкційних криць. Деякі пов’язані з поверхнею та мікроструктурні чинники можна розглядати як вирішальні для поліпшення властивостей, а саме, шерсткість поверхні та хвилястість, розмір зерна та фазовий склад, залишкові макронапруження та мікротвердість. У цій роботі лазерне термічне оброблення (ЛТО), а потім ультразвукове ударне оброблення (УЗУО), також відоме як високочастотне механічне проковування (ВМП), були послідовно застосовані для оброблення криці 45, щоб продемонструвати ефективність їхнього сукупного впливу. Приповерхневу мікроструктуру, утворену комбінованим ЛТО+УЗУО-обробленням, спостерігали за допомогою оптичної мікроскопії, трансмісійної електронної мікроскопії та рентґенівської дифракційної аналізи. Також оцінювали поверхневі залишкові макронапруження, мікротвердість, шерсткість і хвилястість. Результати показали, що комбіноване ЛТО+УЗУО-оброблення поверхні спричиняє фазове перетворення й інтенсивну пластичну деформацію, утворюючи пошарове зміцнення та подрібнення зернистої структури у приповерхневих шарах середньовуглецевої криці. Підповерхневу мікротвердість на глибині до ≈50 мкм після комбінованого оброблення було значно збільшено (>10 ГПа) за рахунок інтенсивної пластичної деформації ЛТО-сформованих мартенситних голок, що забезпечує нанорівновісну зернисту мікроструктуру у приповерхневому шарі. Глибина зміцнення (140–440 мкм) у зразках, оброблених ЛТО+УЗУО, залежить від швидкости ЛТО (40–140 мм/хв) і температури нагрівання (1200–1300 °C) сканувальним лазерним променем. Крім того, якщо брати до уваги поверхневі залишкові макронапруження стиснення (>400 МПа), більш гладкий мікрорельєф на поверхні та понижені параметри шерсткости (Ra < 0,5 мкм), сформовані УЗУО, очікується поліпшення функціональности досліджуваної криці. Комбінований процес лазерно-ультразвукового поверхневого зміцнення й оздоблення можна використовувати для оброблення великогабаритних крицевих виробів.
Ключові слова: криця 45, комбіноване поверхневе оброблення, лазерне зміцнення фазовим перетворенням, ультразвукове оздоблювання, ґрадієнтна структура, наноструктурування поверхні, морфологія поверхні.
DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.04.822
Citation: D.A. Lesyk, B.M. Mordyuk, W. Alnusirat, S. Martinez, V.V. Dzhemelinskyi, O.O. Honcharuk, P.V. Kondrashev, Yu.V. Kliuchnykov, and A. Lamikiz, Ultrasonic Surface Finishing of AISI 1045 Steel Hardened by Laser Heat Treatment with Fibre Laser and Scanning Optics: Layered-Structure-Induced Hardening and Enhanced Surface Morphology, 25, No. 4: 822–867 (2024)