33. Структурно-фазовые превращения в среднеуглеродистых сталях при лазерной обработке.

При лазерном термоупрочнении отдельные слои обрабатываемого участка прогреваются по глубине до различных температур, вследствие чего ЗЛВ имеет слоистое строение. В зависимости от микроструктуры и микротвердости в сталях по глубине ЗЛВ различают три слоя:

1. зона оплавления (при закалке из расплавленного состояния) – имеет столбчатое строение с кристаллами, вытянутыми в направлении топлоотвода; основная структурная составляющая – мартенсит, карбиды обычно растворяются;

2. зона закалки из твердой фазы – по глубине характеризуется структурной неоднородностью: ближе к поверхности имеются мартенсит и остаточный аустенит, полученные при охлаждении из гомогенного аустенита; ближе к исходному металлу наряду с мартенситом имеются элементы исходной структуры: феррит в доэвтектоидной стали и цементит в заэвтектоидной.

3. переходная зона – этом слое образуются структуры отпуска – троостит или сорбит.

В среднеуглеродистых сталях твердость мартенсита после закалки значительно возрастает. При закалке нормализованной стали 45 непрерывным излучением СО₂-лазера в зоне оплавления образуется мелкодисперсный реечный мартенсит с микротвердостью 7000 – 8500 МПа. Зона закалки без оплавления состоит из верхней области с однородной структурой и нижней – с неоднородной структурой. В верхней области формируется мартенсит с микротвердостью, как в зоне оплавления. В нижней области по глубине увеличивается неоднородность структуры в следующей последовательности: мартенситотроостит, мартенсит и трооститная сетка, которая переходит в трооститоферритную, а на границе с исходной структурой – в ферритную.

При лазерной обработке с повышенными скоростями нормализованной или отожженной стали без оплавления или при импульсной закалке область однородного мартенсита отсутствует и трооститоферритная сетка вокруг мартенсита может доходить до поверхности. Это приводит к снижению твердости, поэтому такая обработка не целесообразна. Обработку необходимо вести на малых скоростях (< 15 мм/с), желательно со сканированием лазерного луча для увеличения области однородного мартенсита. Подобный эффект достигается при лазерной закалке сталей после их улучшения, т.е. закалки и высокого отпуска.

34. Структурно-фазовые превращения в заэвтектоидных сталях при лазерной обработке.

При лазерном термоупрочнении отдельные слои обрабатываемого участка прогреваются по глубине до различных температур, вследствие чего ЗЛВ имеет слоистое строение. В зависимости от микроструктуры и микротвердости в сталях по глубине ЗЛВ различают три слоя:

1. зона оплавления (при закалке из расплавленного состояния) – имеет столбчатое строение с кристаллами, вытянутыми в направлении топлоотвода; основная структурная составляющая – мартенсит, карбиды обычно растворяются;

2. зона закалки из твердой фазы – по глубине характеризуется структурной неоднородностью: ближе к поверхности имеются мартенсит и остаточный аустенит, полученные при охлаждении из гомогенного аустенита; ближе к исходному металлу наряду с мартенситом имеются элементы исходной структуры: феррит в доэвтектоидной стали и цементит в заэвтектоидной.

3. переходная зона – этом слое образуются структуры отпуска – троостит или сорбит.

Лазерная обработка с оплавлением эвтектоидных и заэвтектоидных углеродистых сталей характеризуется наличием в зоне оплавления, кроме мелкодисперсного мартенсита, остаточного аустенита, содержание которого в стали У8 достигает 40%, а в стали У10 – 45%. Нерастворившийся цементит отсутствует, поэтому мартенсит и аустенит в значительной степени насыщены углеродом. Благодаря этому микротвердость мартенсита повышается и в сталях с 1,0 – 1,2% С достигает 12000 – 13000 МПа.

В зоне закалки из твердой фазы следует выделить верхнюю область, расположенную ближе к обрабатываемой поверхности, характеризуемую растворенными карбидами, и нижнюю, характеризуемую нерастворенными карбидами. В верхней области твердый раствор насыщен углеродом, что способствует образованию повышенного количества остаточного аустенита. В нижней области остаточного аустенита значительно меньше, вследствие чего достигается максимальная твердость. Отсюда следует вывод о необходимости упрочнения зеэвтектоидных сталей с наибольшей скоростью для получения структур с нерастворенными карбидами.