Automatic Welding, 2013, №12



2013 №12 (08)

2013 №12 (02)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 12, с. 3-10

ЛАЗЕРНОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (Обзор)

А. В. БЕРНАЦКИЙ

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Выполнен анализ литературы, посвященной лазерному поверхностному легированию стальных изделий. Исследованы процессы, происходящие при формировании структуры поверхностных слоев при лазерном легировании сталей. Приведены примеры практического применения лазерного поверхностного легирования сталей различными материалами и смесями. Показано, что при лазерном легировании обеспечивается возможность формирования поверхности стальных изделий, которые имеют высокий уровень твердости, теплостойкости, износостойкости, коррозионной стойкости и других физико-механических характеристик. Установлено, что работы, выполненные в этом направлении, не носили системного характера, а зачастую были направлены на решение локализованной задачи повышения эксплуатационных характеристик отдельно взятого материала или деталей из него. Поэтому полученные разными авторами результаты не поддаются систематизации из-за существенных различий в схемах и условиях проведения исследований. Библиогр. 50, рис. 2.
 
Ключевые слова: лазерное легирование, схема, процесс, зона легирования, сталь, легирующие материалы,
промышленное внедрение
 
Поступила в редакцию 02.09.2013
Опубликовано 11.11.2013
 
1. Петренко К. П. Структурная модель проектирования упрочняющих технологических процессов, обеспечивающих заданное качество поверхностного слоя // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2013. — № 1. — С. 7–9.
2. Влияние предварительной подготовки поверхностей изделий на качество покрытий, полученных лазерной наплавкой / М. Д. Павлов, Т. В. Тарасова, А. П. Назаров, А. А. Окунькова // Там же. — 2012. — № 12. — С. 31–34.
3. Экономическая эффективность высоких технологий на примере лазерного производства / Ю. Ф. Назаров, А. В. Иванайских, П. В. Точилин, И. В. Сорокина // Свароч. пр-во. — 2010. — № 3. — С. 48–50.
4. Модифицирование структуры композиций с защитными покрытиями путем легирования и высокоэнергетического воздействия / Ю. Н. Сараев, В. П. Безбородов, В. Г. Дураков и др. // Там же. — 2012. — № 12. — С. 10–13.
5. Гуляев А. П. Металловедение. — 6-е изд. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
6. Чудина О. В. Комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — М.: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т, 2003. — 46 c.
7. The effect of main alloying elements on the physical properties of Al–Si foundry alloys / F. Stadler, H. Antrekowitsch, W. Fragneretal // Materials Sci. and Eng. — 2013. — № 560. — P. 481–491.
8. Anandan S., Pityana L., Majumdar J. D. Structure property correlation in laser surface alloyed AISI 304 stainless steel with WC + Ni + NiCr // Ibid. — 2012. — Vol. 536. — P. 159–169.
9. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990. — 528 с.
10. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.
11. Калашникова М. С. Повышение служебных свойств поверхности конструкционных низкоуглеродистых сталей методом лазерного легирования: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург: Перм. гос. техн. ун-т, 2003. — 16 с.
12. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. / Г. А. Абильсиитов, В. С. Голубев, В. Г. Гонтарь и др. / Под общ. ред. Г. А. Абильсиитовa. — М. : Машиностроение, 1991. — Т. 1. Расчет, проектирование и эксплуатация, 1991. — 432 с.
13. Коваленко В. С., Головко Л. Ф., Черненко В. С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. — Киев: Техніка, 1990. — 192 с.
14. Бураков В. А., Бровер Г. И., Буракова Н. М. Повышение теплостойкости быстрорежущих сталей лазерным легированием // Металловедение и терм. обработка мет. — 1985. — № 11. — С. 2–6.
15. Лихошва В. П., Шатрава А. П., Бондарь Л. А. Лазерное легирование узлов трения // Процессы литья. — 2007. — № 3. — С. 35–37.
16. Application of high power diode laser (HPDL) for alloying of X40CrMoV5-1 steel surface layer by tungsten carbides / L. A. Dobrzanski, M. Bonek, E. Hajduczek, A. Klimpel // J. of Mat. Proc. Tech. — 2004. — № 155-156. — C. 1956–1963.
17. Лазерні технології та комп’ютерне моделювання / Під ред. Л. Ф. Головка та С. О. Лук’яненко. — Київ: Вістка, 2009. — 296 с.
18. Zhong M., Liu W., Zhang H. Corrosion and wear resistance characteristics of NiCr coating by laser alloying with powder feeding on grey iron liner // Wear. — 2006. — 260, Issues 11-12. — P. 1349–1355.
19. Microstructure, microhardness, composition, and corrosive properties of stainles ssteel 304 I. Laser surface alloying with silicon by beam-oscillating method / Y. Isshiki, J. Shi, H. Nakai, M. Hashimoto // Applied Physics A. — 2000. — 70, Issue 4. — P. 395–402.
20. Majumdar J. D. Development of wear resistant composite surface of mild steel by laser surface alloying with silicon and reactive melting // Mater. Lett. — 2008. — Vol. 62. — P. 4257–4259.
21. Consolidation phenomena in laser and powder-bed based layer in manufacturing / J.-P. Kruth, G. Levy, F. Klocke, T. H. Childs // CIRP Annals — Manufacturing Technology. — 2007. — 56, Issue 2. — P. 730–759.
22. Игнатов М. Н., Калашникова М. С., Белова С. А. Влияние температурно-временных параметров на структуру и свойства поверхностного слоя конструкционных сталей после лазерного легирования // Вестн. ПГТУ: Механика и технология материалов и конструкций. — 2002. — № 5. — С. 154–159.
23. Гаращук В. П. Основи фізики лазерів. Лазери для термічних технологій. — Київ: ІЕЗ ім. Є. О. Патона, 2005. — 244 с.
24. Бирюков В. П. Влияние распределения плотности мощности лазерного луча на повышение износостойкости поверхностей трения // Вестн. машиностроения. — 2008. — № 3. — С. 33–36.
25. Майоров В. С., Матросов М. П. Влияние поверхностноактивных веществ на гидродинамику лазерного легирования металлов // Квантовая электроника. — 1989. — 16, № 4. — С. 806–810.
26. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальних исследований и прикладных разработок / Под ред. В. Я. Панченко. — М.: Физматлит, 2009. — 664 с.
27. Закономірності формування азотованих шарів комбінованою лазерно-хіміко-термічною обробкою сталей / М. В. Кіндрачук, Н. В. Іщук, Л. Ф. Головко, М. В. Писаренко // Металознавство та обробка металів. — 2007. — № 1. — С. 31–35.
28. Вплив термоциклювання на триботехнічні властивості боридних шарів, одержаних лазерним легуванням / М. В. Кіндрачук, О. І. Дудка, Ю. Г. Сухенко, Я. М. Михайлович // Наук. пр. Українського держ. ун-ту харчових технологій. — 2001. — № 10. — С. 74–75.
29. A combined hot dip aluminizing/laser alloying treatment to produce iron-rich aluminide on alloy steel / M. Emami, H. R. Shahverdi, S. Hayashi, M. J. Torka // Metallurgical and Materials Transactions A. — 2013. — № 2. — P. 1–9.
30. Бирюков В. П. Лазерное упрочнение и легирование // Фотоника. — 2011. — № 3. — С. 34–37.
31. Leech P. W., Batchelor A. W., Stachowiak G. W. Laser surface alloying of steel wire with chromium and zirconium // J. of Materials Sci. Letters. — 1992. — 11, Issue 16. — P. 1121–1123.
32. Тарасова Т. В. Перспективы использования лазерного излучения для повышения износостойкости коррозионно-стойких сталей // Металловедение и терм. Обработка металлов. — 2010. — № 6. — С. 54–58.
33. Формування покриттів триботехнічного призначення комбінованою, лазеро-хіміко-термічною обробкою / О. А. Корнієнко, М. С. Яхья, Н. В. Іщук, В. М. Писаренко // Проблеми тертя та зношування: наук.-техн. зб. — Київ: НАУ, 2008. — Вип. 49, Т. 2. — С. 61–65.
34. Thawari G., Sundarararjan G., Joshi S. V. Laser surface alloying of medium carbon steel with SiC(P) // Thin Solid Films. — 2003. — Vol. 423. — P. 41–53.
35. Dobrzanski L. A., Bonek M., Labisz K. Effect of laser surface alloying on structure of a commercial tool steel // J. of Microstructure and Materials Properties. — 2013. — 8, Issue 1/2. — P. 27–37.
36. Лазько Г. В. Особливості структуроутворення та шляхи підвищення властивостей бар’єрних шарів на корозійнотривких сталях, сформованих лазерним легуванням: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Донецьк: ДНТУ, 2009. — 21 с.
37. Коррозионная стойкость поверхностных слоев конструкционных сталей после лазерной обработки / М. С. Калашникова, С. А. Белова, Ю. А. Мазепина, М. Н. Игнатов // Физ. и химия обработки материалов. — 2003. — № 2. — С. 34–39.
38. Haferkamp H., Bach F.-W., Gerken J. Laserstrahl-legieren plasmagespritzter molybdanschichten in stahloberflachen zur erhohung des verschleisswiderstandes // Metall. — 1995. — 49, Issue 7-8. — P. 516–522.
39. Жостик Ю. В. Исследование ударного изнашивания разделительных штампов и повышение их стойкости лазерным легированием: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Брянск: Брянская гос. инж.-технологич. академия, 1998. — 18 с.
40. Инютин В. П., Колесников Ю. В., Жостик Ю. В. Влияние лазерного борирования на контактные деформации стали 45 при ударно-циклическом нагружении // Электронная техника. — Сер.6. Материалы. — 1986. — Вып. 4 (215). — С. 77–78.
41. New developments in surface technology: laser alloying using Mo/VC and Mn / F. Klocke, L. Rozsnoki, T. Celiker, W. Koеnig // CIRP Annals — ManufacturingTechnology. — 1996. — 45, Issue 1. — P. 179–182.
42. Klocke F., Auеr O., Hamers M. Verschleibreduzierung bei schmiedewerkzeugen // Maschinenmarkt, Wuerzburg. — 1998. — 104, Issue 34. — P. 32–33.
43. Klocke F., Auеr O., Hamers M. Verschleibschutz von Warmumformwerkzeugen // VDI-Z Integrierte Produktion Special. — 2002. — № 2. — P. 67–69.
44. Klocke F., Auer O., Hamers M. Laser scan help protect tools // Quelle diecasting world. — 2000. — № 6. — P. 18–21.
45. Кастро В. А. Разработка технологии лазерного термического упрочнения и легирования сталей для энергетического машиностроения с целью повышения эксплуатационного ресурса изделий: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Нижний Новгород: Нижегор. гос. техн. ун-т им. Р. Е. Алексеева, 2012. — 23 с.
46. Особенности формирования структуры сталей при лазерном термическом цикле / В. А. Кастро, Г. Н. Гаврилов, И. Брауэр, Е. С. Беляев // Заготовительные производства в машиностроении. — 2011. — № 12. — С. 38–41.
47. Werkzeuge harten senkt die Kosten [Електронний ресурс] — Режим доступу:http://www.archiv.fraunhofer.de/archiv/alte%20jahresberichte/pflege.zv.fhg.de/german/ publications/jahresber/jb1997/f_oberfl.html.
48. Гаврилов Г. Н. Разработка и освоение технологий поверхностного термического упрочнения и наплавки металлических материалов лазерным излучением: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Н. Новгород: Нижегор. гос. техн. ун-т, 2000. — 35 c.
49. Гаврилов Г. Н., Горшкова Т. А., Федосеев В. Б. Влияние термохимических эффектов на процесс лазерного легирования // Изв. Инж.-технолог. акад. Чувашской республики: объединен. науч. журн. — 1997. — № 3-4. — С. 118–121.
50. Гаврилов Г. Н., Горшкова Т. А., Дубинский В. Н. Исследование износостойкости стали 45 после лазерного легирования // Там же. — 1998. — № 1-2. — С. 122–125.