Лазерное упрочнение сталей
Лазерное упрочнение сталей представляет собой технологический процесс, направленный на повышение прочностных характеристик поверхности стальных изделий посредством лазерного излучения. Данный метод находит широкое применение в различных отраслях промышленности, однако его использование для обработки нержавеющей стали требует специализированных знаний и опыта.
Основной целью данного исследования является разработка материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью и длительным сроком службы. В частности, рассматриваются методы лазерного упрочнения титановых сплавов и наплавки других материалов на поверхность стали. Однако оба подхода характеризуются высокой стоимостью и требуют применения особых технологических решений. В связи с этим лазерное упрочнение нержавеющей стали приобретает особую значимость.
Методика проведения исследования
В рамках настоящего исследования были использованы различные лазерные установки, включая СО2 «Комета-2», МТЛ-4, ЛС5 и ЛС2. Объектами исследования послужили различные марки нержавеющей стали, такие как 20Х13, 30Х13, 40Х13, 95Х18, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т, а также углеродистая сталь 40Х.
Для достижения поставленных целей были проведены следующие виды испытаний:
-
Измерение твердости поверхности стали с использованием твердомера.
-
Оценка коррозионной стойкости стали в солевом растворе.
-
Исследование процессов коррозии стали при контакте с атмосферным воздухом.
-
Длительное экспонирование образцов в морской воде в течение 1000 часов.
-
Анализ коррозионного воздействия струй и щелей на поверхность стали.
Результаты исследования
Целью настоящего исследования являлась модификация стали 40Х путем лазерного упрочнения с целью повышения ее прочностных характеристик и коррозионной стойкости. Для достижения данной цели было необходимо разработать технологию нанесения лазерного покрытия на поверхность стали.
В ходе экспериментов было установлено, что некоторые методы лазерного упрочнения оказались неэффективными. В частности, добавление карбидов и азота не привело к ожидаемому результату. Однако применение покрытий, содержащих хром, молибден, марганец и углерод, продемонстрировало высокую эффективность. Такие покрытия обладают прочностью, превышающей прочность исходной стали 40Х в 1,5 раза, однако сталь по-прежнему подвержена коррозии.
Было выявлено, что время, необходимое для лазерного упрочнения стали, зависит от содержания хрома в ее составе. Например, для стали с содержанием хрома 1% оптимальное время обработки составляет 1 час.
Дополнительно были исследованы процессы лазерного упрочнения различных марок нержавеющей стали. Так, сталь 12Х18Н10Т после лазерного упрочнения продемонстрировала увеличение прочности в 10 раз, а сталь 08Х18Н10Т с добавлением азота показала аналогичное увеличение прочности.
Также были проведены исследования лазерного упрочнения медицинских инструментов и деталей насосов.
Кроме того, был рассмотрен метод наплавки других материалов на поверхность стали для повышения ее коррозионной стойкости. Например, наплавленный слой на стали 08Х18Н10Т обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью, превосходящей прочность исходной стали в 10 раз.
Заключение
Лазерное упрочнение сталей представляет собой перспективное направление в области материаловедения и технологий обработки металлов. Данный метод обладает значительным потенциалом для применения в различных отраслях промышленности. Однако для успешного внедрения и оптимизации технологии лазерного упрочнения необходимо проведение дополнительных исследований и разработка специализированных технологических решений.
