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.$^{3}$
$^1$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Берестейський проспект, 37, 03056 Київ, Україна
$^2$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^3$Університет Країни Басків, Площа Інженера Торреса Кеведо, 1, 48013 Більбао, Іспанія
$^4$Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
$^5$Прикладний 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)