Підвищення зносо- та корозійної стійкості сталевих виробів комбінованою лазерною термомеханічною обробкою

Автор(и)

  • Олександр Олександрович Данилейко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8501-0421
  • Віталій Васильович Джемелінський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-5797-0134
  • Дмитро Анатолійович Лесик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-6919-7409

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247552

Ключові слова:

комбіноване поверхневе зміцнення, дробоструминна обробка, лазерна термообробка, сталь 30ХГСА

Анотація

Представлено методику зміцнення металевих виробів, зокрема головних інструментів (молотків) та корпусів коронок для колонкового буріння, виготовлених зі сталі 30ХГСА, з використанням термомеханічної поверхневої обробки за роздільною схемою. Застосована в дослідженні методика комбінованого лазерного термомеханічного зміцнення полягає у використанні дробоструминної обробки з подальшою лазерною термічною обробкою. Її застосування дозволяє підвищити експлуатаційні властивості сталевих деталей, зокрема їх зносо- та корозійну стійкість. За результатами проведених теоретичних та експериментальних досліджень у роботі обґрунтовано особливості динамічного поверхневого пластичного деформування для аналізу процесу удару при дробоструминній обробці. Представлено переваги використання лазерного гартування без оплавлення поверхні. Запропоновано методики експериментальних досліджень для визначення структурно-фазового складу, структури поверхневого шару, твердості та мікротвердості зміцнених зон сталі 30ХГСА. Визначено діапазон раціональних режимів ударної дробоструминної обробки та лазерної термічної обробки. Розроблено установку для випробовування зразків на зносостійкість. Запропоновано методи випробувань на зношування і корозійну стійкість поверхні зразків для оцінки трибологічних властивостей та контактної взаємодії матеріалів за умов квазістатичних та динамічних режимів навантаження. Визначено, що раціональні технологічні режими зміцнення інструментів зі сталі 30ХГСА з використанням комбінованої лазерної термомеханічної обробки дозволяють збільшити глибину зміцненого шару в ~1,5 рази, порівняно з лазерною термообробкою. Крім того, вони забезпечують мікротвердість поверхневого шару ~5400 МПа, що в ~2,5 рази перевищує значення мікротвердості матеріалу основи

Біографії авторів

Олександр Олександрович Данилейко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Асистент

Кафедра лазерної техніки та фізико-технічних технологій

Віталій Васильович Джемелінський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра лазерної техніки та фізико-технічних технологій

Дмитро Анатолійович Лесик, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра лазерної техніки та фізико-технічних технологій

Посилання

  1. Klocke, F., Schulz, M., Gräfe, S. (2017). Optimization of the Laser Hardening Process by Adapting the Intensity Distribution to Generate a Top-hat Temperature Distribution Using Freeform Optics. Coatings, 7 (6), 77. doi: https://doi.org/10.3390/coatings7060077
  2. Lesyk, D., Martinez, S., Mordyuk, B., Dzhemelinskyi, V., Danyleiko, O. (2018). Combined Laser-Ultrasonic Surface Hardening Process for Improving the Properties of Metallic Products. Advances in Design, Simulation and Manufacturing, 97–107. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-93587-4_11
  3. Radziejewska, J. (2011). Influence of laser-mechanical treatment on surface topography, erosive wear and contact stiffness. Materials & Design, 32 (10), 5073–5081. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.06.035
  4. Li, Z., Tong, B., Zhang, Q., Yao, J., Kovalenko, V. (2020). Microstructure refinement and properties of 1.0C-1.5Cr steel in a duplex treatment combining double quenching and laser surface quenching. Materials Science and Engineering: A, 776, 138994. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.138994
  5. Dzhemelinskyi, V., Lesyk, D., Danyleiko, O., Bernatskyi, A. (2020). Increasing the efficiency of surface strengthening of metal products by combined thermodeformation processing. Vibrations in Engineering and Technology, 1 (96), 103–110. doi: https://doi.org/10.37128/2306-8744-2020-1-11
  6. Santhanakrishnan, S., Kong, F., Kovacevic, R. (2012). An experimentally based thermo-kinetic phase transformation model for multi-pass laser heat treatment by using high power direct diode laser. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 64 (1-4), 219–238. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-012-4029-z
  7. Babu, P. D., Balasubramanian, K. R., Buvanashekaran, G. (2011). Laser surface hardening: a review. International Journal of Surface Science and Engineering, 5 (2/3), 131. doi: https://doi.org/10.1504/ijsurfse.2011.041398
  8. Dzhemelinskyi, V., Lesyk, D., Goncharuk, O., Dаnyleikо, O. (2018). Surface hardening and finishing of metallic products by hybrid laser­ultrasonic treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 35–42. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.124031
  9. Morisada, Y., Fujii, H., Mizuno, T., Abe, G., Nagaoka, T., Fukusumi, M. (2009). Nanostructured tool steel fabricated by combination of laser melting and friction stir processing. Materials Science and Engineering: A, 505 (1-2), 157–162. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.11.006
  10. Lesyk, D. A., Mordyuk, B. N., Martinez, S., Iefimov, M. O., Dzhemelinskyi, V. V., Lamikiz, А. (2020). Influence of combined laser heat treatment and ultrasonic impact treatment on microstructure and corrosion behavior of AISI 1045 steel. Surface and Coatings Technology, 401, 126275. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126275
  11. Leech, P. W. (2014). Laser surface melting of a complex high alloy steel. Materials & Design (1980-2015), 54, 539–543. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.08.060
  12. Shen, L., Wang, L., Wang, Y., Wang, C. (2010). Plasma nitriding of AISI 304 austenitic stainless steel with pre-shot peening. Surface and Coatings Technology, 204 (20), 3222–3227. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.03.018
  13. Nanesa, H. G., Boulgakoff, J., Jahazi, M. (2016). Influence of prior cold deformation on microstructure evolution of AISI D2 tool steel after hardening heat treatment. Journal of Manufacturing Processes, 22, 115–119. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2016.02.002
  14. Fan, Z., Xu, H., Li, D., Zhang, L., Liao, L. (2012). Surface Nanocrystallization of 35# Type Carbon Steel Induced by Ultrasonic Impact Treatment (UIT). Procedia Engineering, 27, 1718–1722. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.12.641
  15. Ye, C., Telang, A., Gill, A. S., Suslov, S., Idell, Y., Zweiacker, K. et. al. (2014). Gradient nanostructure and residual stresses induced by Ultrasonic Nano-crystal Surface Modification in 304 austenitic stainless steel for high strength and high ductility. Materials Science and Engineering: A, 613, 274–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.06.114
  16. Lupkin, B. V. (2013). Hardening by means of surface plastic forming. Otkrytye informatsionnye i komp'yuternye integrirovannye tekhnologii, 58, 40–48.
  17. Lesyk, D., Martinez, S., Mordyuk, B., Dzhemelinskyi, V., Danyleiko, O. (2020). Effects of the Combined Laser-Ultrasonic Surface Hardening Induced Microstructure and Phase State on Mechanical Properties of AISI D2 Tool Steel. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II, 188–198. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_19
  18. Bhavar, V., Patil, S. V., Kattire, P., Date, P. P., Singh, R. K. P. (2017). Influence of Shot Peening on DIN 1.2714 Hot Work Tool Steel. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 05 (01), 81–90. doi: https://doi.org/10.4236/msce.2017.51012
  19. Zhang, P.-L., Yan, H., Xu, P.-Q., Yu, Z.-S., Li, C.-G., Lu, Q.-H. (2014). Effect of laser surface hardening on the microstructure, hardness, wear resistance and softening of a low carbon steel. Lasers in Engineering, 28 (3/4), 135–149.
  20. Lesyk, D., Martinez, S., Mordyuk, B., Dzhemelinskyi, V., Lamikiz, A. (2021). Wear Characteristics of Carbon and Tool Steels Hardened by Combined Laser-Ultrasonic Surface Treatment. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV, 62–72. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-77719-7_7

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-29

Як цитувати

Данилейко, О. О., Джемелінський, В. В., & Лесик, Д. А. (2021). Підвищення зносо- та корозійної стійкості сталевих виробів комбінованою лазерною термомеханічною обробкою. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (114), 72–80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247552

Номер

Том 6 № 1 (114) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Oleksandr Danyleiko, Vitaliy Dzhemelinskyi, Dmytro Lesyk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.