8 800 301-35-45
8 495 781-35-45
info@s-laser.ru
цены
 
   
       
ГлавнаяСтатьи Добавить сайт в избранное
 
 
  • Услуги
  • Продукция

Статьи, посвященные лазерной резке

 
С Днем России!  
09.06.2017
Пусть этот светлый, радостный день запомнится каждому яркими событиями, праздничными салютами и, конечно же, чувством патриотизма!
подробнее...
Поздравляем с 9 мая!
 04.05.2017
В преддверии этого великого праздника, прежде всего, хочется сказать спасибо нашим дорогим ветеранам за Победу!
подробнее...
Карта сайта

Структура стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т после лазерной резки

Влияние лазерной закалки подробно изучали на инструментальных и конструкционных среднеуглеродистых сталях, поскольку она способствует увеличению твердости поверхностного слоя, режущей способности инструмента и повышению износостойкости таких сталей. Существенного влияния лазерной закалки на упрочнение мартенситностареющих сталей не обнаружено, так как оно является результатом старения предварительно закаленных образцов.

Разработанная на кафедре металловедения МГТУ - УПИ аустенитно-ферритная сталь 03Х14Н10К5М2Ю2Т обладает высокой прочностью, достаточно высокими пластичностью, теплостойкостью и сопротивлением релаксации напряжений. После объемной закалки в воде от 800 - 1100 °С сталь содержит примерно равное, количество аустенита (у) и 5-феррита. Специфическая особенность данной стали аномально высокая твердость 5 феррита после закалки (> 500 НУ), тогда как твердость аустенита ~ 200 HV. Кроме того, холодная пластическая деформация исследуемой стали может приводить к практически полному превращению аустенита в мартенсит деформации. Повышение температуры нагрева под закалку вызывает увеличение количества 5-феррита в структуре стали, однако даже при закалке от 1300 °С в воде не удается зафиксировать 100 % 5-феррита. Однофазная структура 8-форрита была получена в поверхностном слое стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т после лазерной закалки с оплавлением и без оплавления поверхности. При этом твердость феррита достигает 600 - 650 HV. В направлении от оплавленной поверхности к сердцевине образца мелкие равноосные зерна феррита сменяются зернами, вытянутыми вдоль температурного градиента. Затем в однофазной ферритной структуре появляется аустенит, объемная доля которого последовательно возрастает.

Результаты металлографических исследований, а также оценки влияния деформации и/или старения на твердость у-, 5- и а-фаз после объемной и лазерной закалок приведены в других работах. Цель данной статьи — описание исследования структуры поверхностного слоя стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т после лазерной закалки с оплавлением поверхности методом просвечивающей электронной микроскопии тонких фольг.

Методика проведения исследований.

Химический состав исследованной стали, % (масс): < 0,03 С; 14,3 Сг; 10,4 №; 5,1 Со; 2,5 Мо; 2,0 А1; 0,8 Ti, остальное Fe. Предварительная термическая обработка образцов-закалка в воде от 1000 °С. Для закалки с оплавлением поверхности использовали лазер непрерывного действия ЛТ1-2 при мощности 600 Вт, скорости движения плоской поверхности образца 520 мм/мин и диаметре сфокусированного пучка 3,0 мм. При металлографическом анализе с малыми увеличениями в образце после лазерной закалки обнаружены три структурных зоны: 7 — центральная, в которой происходит расплавление металла при лазерной обработке; зона располагается вдоль оси прохода лазерного луча и в поперечном сечении имеет форму округлой лунки с максимальной шириной 1,5 мм на поверхности образца и максимальной глубиной 0,5 мм; 2 — переходная, которая, повидимому, является зоной эффективного термического влияния лазерного нагрева на исходную (до лазерного воздействия) структуру стали, полученную в результате предварительной термической обработки, но не связана с расплавлением металла; толщина этой зоны и 1,0 мм; 3 — наружная, где воздействие лазерной обработки на структуру металла визуально не обнаруживается.

Электронно-микроскопическое исследование лазерного раскроя листового металла проводили на микроскопе ЭМВ-100Л при ускоряющем напряжении 100 кВ. Плоскую заготовку толщиной я; 0,4 мм, включающую оплавленный лазером поверхностный слой, отрезали вулканитовым диском параллельно поверхности при малой подаче диска и эффективном водяном охлаждении образца. Затем механически устраняли возникшую при закалке неплоскостность оплавленной поверхности и утонени ем с противоположной стороны доводили толщину заготовки до 0,1 мм. Полученная таким образом заготовка соответствовала слою материала на расстоянии к 0,15 ± 0,05 мм от поверхности образца. Окончательное утонение фольги осуществляли электролитическим методом "окна" с использованием точечных катодов так, чтобы получаемое отверстие с тонкими краями обеспечивало возможность электронномикроскопического изучения структуры как расплавленной зоны, так и прилегающих к ней областей переходной зоны в том же поверхностном слое металла.

Аналогично изготовляли фольги для исследования структуры наружной зоны вблизи ее границы с переходной зоной: плоские заготовки вырезали параллельно исходной поверхности образца на расстоянии ~ 1 мм от лунки расплава.

Результаты исследований

Структура центральной (расплавляемой при закалке) зоны состоит из зерен 5-феррита и дисперсных частиц р2-фазы (упорядоченная ОЦК-фаза на основе интерметаллида FeNiAl. Соседние зерна 5-феррита обычно имеют существенно различную кристаллографическую ориентировку, а для их субструктуры не характерно наличие высокой плотноти дислокаций. Типичным для металла расплавленной зоны является присутствие металлургической "грязи" — хаотически распределенных по объему частиц (или групп частиц) шлака разнообразных размеров и формы. Присутствие дисперсных р2~частиц равномерно и с высокой плотностью распределенных в объеме зерен 5-феррита, дополнительно иллюстрирует характер распределения и форму (сферическую) р2-частиц, а также, позволяет достоверно оценить их диаметр, равный 6 нм. Структура переходной зоны состоит из зерен двух фаз 5-феррита и аустенита (у). Для зерен 5-феррита характерно наличие слабо ориентированных субзерен, а также дисперсных частиц р2-фазы. Других вторичных фаз в 5-феррите не обнаружено. Размеры и распределение 32~частиЦ аналогичны наблюдаемым в 5-феррите расплавленной зоны, что свидетельствует как о нагреве данной зоны при лазерной закалке до температур, превышающих температуру существования (3-фазы, так и о достаточно высокой скорости охлаждения металла переходной зоны в температурном интервале ее возникновения.

Для аустенита, как и в промежуточной зоне, характерно отсутствие дисперсных выделений и повышенная плотность дислокаций. Случай непосредственного контакта наружной и переходной зон с зерном 5-феррита наружной зоны соседствует группа относительно мелких аустенитных зерен. Эти зерна аустенита возникли на месте ранее существовавшего участка б-феррита, о чем свидетельствует наличие расположенных вдоль границ зерен аустенита частиц более крупной из двух типичных для феррита дисперсных фаз.

Очевидно, что такие основные особенности структуры исследованного слоя наружной зоны, как зерениая б + у-структура, характерные размеры и распределение вторичных фаз в феррите обусловлены режимом исходной объемной закалки образца. В то же время обнаруженное в микрообъемах упорядочение (фаза) типа (FeNi)3AI является, повидимому, результатом термического влияния лазерной закалки, поскольку область существования фазы (FeNi)3Al ограничивается температурами до ~ 500 -550 °С и, соответственно, ее появление при предва­рительной объемной закалке образца мало вероятно. Таким образом, образование упрочненного поверхностного слоя с аномально высокой твердостью (до 600 -650 НУ) в стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т после лазерной обработки с оплавлением поверхности связано с формированием в нем 5-феррита с упоря­доченной интерметаллидной ргфазой типа (FeNi)3Al.

Выводы

1. Лазерная резка стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т с оплавлением поверхности вызывает следующие структурные эффекты: — в зоне расплава при охлаждении формируется двухфазная (5 + р2 )-структура с высокой плотностью дисперсных (диаметр «б им) 32-частиц в зернах 3-феррита; зеренная структура переходной зоны состоит из зерен б-феррита и аустенита (у); для аустенита характерна повышенная плотность дислокаций, а феррит полигонизован; под влиянием высокой температуры зоны расплава, повидимому, имеет место реорганизация исходной 5 + у-структуры, которая частично теряет характерную для горячекатаных дуплексных сталей правильность чередования анизотропныхпо форме зерен 5- и у-фаз; в переходной зоне вследствие термического влияния зоны расплава происходит растворение дисперсных фаз, присутствовавших в феррите послеобъемной закалки стали, и последующее выделениев нем р2-фазы, дисперсность частиц которой сопоставима с характерной для [32-фазы зоны расплава; граница зоны расплава с переходной зоной может быть достаточно сложной, причем определенную роль в ее формировании, повидимому, играет закономерное ориентационное соотношение кристаллических решеток феррита и аустенита; в наружной зоне вблизи ее границы с переходной зоной вокруг присутствующих в феррите грубых частиц второй фазы может возникать упорядочение — фаза типа (FeNi)3AI.

2. Лазерная обработка поверхности стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т способствует значительному повышению твердости поверхностного слоя (до 600 - 650 HV) при сохранении вязкой сердцевины.