Комплексное исследование влияния однократного высокоэнергетического лазерного импульса на износостойкость стали Р6М5

Исследовано изменение микроструктуры и дефектности структуры (на примере плотности дислокаций) образцов из инструментальной быстрорежущей стали Р6М5, облучённых однократным высокоэнергетическим лазерным импульсом и влияние этих изменений на абразивную износостойкость исследуемого материала. Установлено, что предлагаемая лазерная обработка существенно влияет на микроструктуру облучённых образцов. Это выражается в частичном перераспределении и растворении «тяжёлых» карбидов типа Ме6С, содержащих вольфрам и молибден в матрице материала (мартенсите). При этом конфигурация «тяжёлых» карбидов Ме6С расположена между формулами Fe3(W,Mo)3C – Fe4(W,Mo)2C. При помощи программы анализа изображений Thixomet было определено, что количество зёрен «тяжёлых» карбидов Ме6С в объёмном отношении снизилась в 1,30—1,58 раза в зависимости от расстояния от исследуемой точки до места облучения образца. На основании результатов рентгенофазового анализа было определено изменение дефектности структуры на примере плотности дислокаций. Результаты испытаний на абразивный износ показали, что имеет место повышение износостойкости облучённых образцов в 1,58—2,48 раза в зависимости от расстояния от исследуемой точки до места облучения образца. При этом значение наибольшей износостойкости (в 2,48 раза) достигается при наибольших изменениях микроструктуры и дефектности структуры, что соответствует расстоянию от исследуемой точки до места облучения образца равному 20 миллиметров. Полученные результаты позволяют рекомендовать применение метода микроструктурного анализа для назначения оптимальных режимов лазерного упрочнения материалов.

1. Пинахин И.А., Шарма С.К., Ягмуров М.А., Врублевская С.С., Шпак М.А. Взаимосвязь износостойкости быстрорежущей стали Р6М5 и деформаций, возникающих при лазерном упрочнении // Трение и износ. — 2023 (44), № 2, 158— 166

2. Zhao К., Yan G., Li J., Guo W., Gu J., and Li С. The Resistance to Wear and Thermal Cracking of Laser Surface Engineered P20 Steel // Coatings. — 2023 (13), no. 1, 97

3. Моисеев В. Ф., Григорьев С. Н. Инструментальные материалы. — Москва: МГТУ «Станкин» (ООО Информ-Софт). — 2005

4. Skakov M.K., Rakhadilov B.K., and Sheffler M. Modification of Structure and Properties of Steel R6M5 at Electrolyte Plasma Treatment // Advanced Materials Research. — 2013 (601), 64—68

5. Ke R., Hu C., Zhong M., Wan X., and Wu K. Grain Refinement Strengthening Mechanism of an Austenitic Stainless Steel: Critically Analyze the Impacts of Grain Interior and Grain Boundary // J. Mater. Res. Technol. — 2022, no. 17, 2999—3012

6. Rezayat M., Moradi M., and Mateo A. Nanosecond Pulsed Laser Surface Processing of AISI 301LN Steel: Effect on Surface Topography and Mechanical Properties // Int. J. Adv. Manuf. Technol. — 2023, no. 128, 3025—3040

7. Soliс S., Cajner F., and Leskovsek V. Effect of Deep Cryogenic Treatment on Mechanical and Tribological Properties of PM S390 MC High-Speed Steel // MP Materials Testing. — 2012, no. 10, 688—693

8. Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов (МиТОМ). — Москва. — 2008, № 11(641), 18—27

9. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Брацихин А.А., Ягмуров М.А., Владыкина Ю.А. Комплексное исследование изменения износостойкости быстрорежущей стали Р6М5 после объемного импульсного лазерного упрочнения (ОИЛУ) // Трение и износ. — 2019 (40), № 3, 304—309

10. Козлов Э.В., Иванов Ю.Ф., Симонов П.С. и др. Фазовый состав и тонкая структура стали Р6М5 // Ползуновский альманах. — 2004, № 4, 47—51

11. Kumar V., Verma R., Kango S., and Sharma V.S. Recent Progresses and Applications in Laser-Based Surface Texturing Systems // Mater. Today Commun. — 2021, no. 26, 101736

12. Пинахин И.А., Шагров М.Н., Ягмуров М.А., Врублевская С.С., Даржания А.Ю., Шпак М.А. Повышение износостойкости однокарбидных твердых сплавов после объемного импульсного лазерного упрочнения // Трение и износ. — 2020 (41), № 6, 745—751

13. Rezayat M., Roa J.J., and Mateo A. Effect of Laser Surface Texturing on Schmid Factor and Plastic Deformation Mechanisms on AISI 301LN Steel // Metals. — 2023, no. 13, 1789

14. Cordovilla F., García-Beltrán Á., Dominguez J., Sancho P., and Ocaña J.L. Numerical-Experimental Analysis of the Effect of Surface Oxidation on the Laser Transformation Hardening of Cr–Mo Steels // Appl. Surf. Sci. — 2015, no. 357, 1236— 1243

15. Mohamed H., Ataiwi A., and Dawood J. Mechanical Properties of Martensitic Stainless Steel (AISI420) Subjected to Conventional and Cryogenic Treatments // Eng. Technol. J. — 2020, no. 38, 1096—1105