СЕЛЕКТИВНЕ ПОВЕРХНЕВЕ ЗМІЦНЕННЯ ВАЛУ МЕХАНІЗМУ ПЕРЕДАЧ РОБОТИЗОВАНОЮ ЛАЗЕРНОЮ 3D СИСТЕМОЮ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.04Ключові слова:
вал механізму передач, лазерне поверхневе зміцнення, сталь 65Г, роботизоване 3D сканування, поверхневий шар, твердість поверхні, інтенсивність зміцненняАнотація
Запропоновано роботизований лазерний метод 3D-зміцнення в якості фінішної операції для збільшення зносостійкості готових металевих виробів. Процес лазерного зміцнення поверхневого шару виробів шляхом зміни його структури є одним із найбільш ефективних методів селективного поверхневого зміцнення. Термічне зміцнення металів та сплавів лазерним випромінюванням основане на локальному нагріванні ділянки поверхні під впливом випромінювання та подальшому охолодженні цієї поверхневої ділянки з надкритичною швидкістю внаслідок тепловідведення теплоти у внутрішні шари металу. Використана роботизована лазерна 3D система (промисловий робот FANUC та сканувальна оптика SCANLAB) дозволяє обробляти поверхні будь-якої складності та геометрії, включаючи вали механізму передач сівалки зернотукової. Виявлено, що розробка й удосконалення технологічного процесу виготовлення сталевих валів редуктора сівалки зернотукової є актуальною технологічною задачею внаслідок швидкого виходу валу із експлуатації, що призводить до витрат часу та коштів на його заміну. Найбільш навантаженні ділянки валу було попередньо оцінено з використанням пакету програмного забезпечення SolidWorks Simulation. Для високоякісної лазерної поверхневої обробки валу механізму передач із сталі 65Г, застосовується високопотужний дисковий твердотільний лазер TruDisk 8002 з максимальною потужністю лазера 8 кВт. Лазерна поверхнева термообробка здійснювалась за стратегією постійної потужності (безперервний режим), варіюючи потужність лазера в межах 1,35–2,25 кВт. На основі двохкомпонентної діаграми стану Fe-Mn, попередньо передбачали критичні точки температури повної аустенізації досліджуваної сталі з урахуванням хімічного складу матеріалу. Крім цього, оцінювали величини щільності енергії лазерного променя діаметром 1 мм на робочій поверхні. Результати показали, що твердість поверхні валу була приблизно в 2,5 рази вище проти необробленої поверхні. Встановлено робочі діапазони параметрів лазерної термообробки валу редуктора для підвищення інтенсивності зміцнення (100–150%) відповідальних зон.
Посилання
Li R., Jin Y., Li Z., Qi K. A comparative study of high-power diode laser and CO2 laser surface hardening of AISI 1045 steel. J. Mater. Eng. Perform, 2014, Vol. 23, рр. 3085-3091, doi: 10.1007/s11665-014-1146-x.
Barka N., El Ouafi A. E. Effects of laser hardening process parameters on case depth of 4340 steel cylindrical specimen – A statistical analysis. J. Surf. Eng. Mater. Adv. Technol., 2015, Vol. 5, рр. 124-135, doi: 10.4236/jsemat.2015.53014.
Muthukumaran G., Babu P. D. Analysis of residual stress distribution and corrosion in laser surface hardened low alloy steel with a flat top-hat laser beam, using a high-power diode laser. Arab. J. Sci. Eng., 2022, Vol. 47, рр. 8785-8803, doi: 10.1007/s13369-021-06350-8.
Roy S., Zhao J., Shrotriya P., Sundararajan S. Effect of laser treatment parameters on surface modification and tribological behavior of AISI 8620 steel. Tribol. Int., 2017, Vol. 112, рр. 94-102, doi: 10.1016/j.triboint.2017.03.036.
Babic M., Balic J., Kokol P. Optimal fractal dimension on grain structure robot laser‐hardened tool steel. Adv. Prod. Eng. Manag.,, 2014, Vol. 9, рр. 119-127, doi: 10.14743/apem2014.3.181.
Araj T. Analysis of residual stress distribution and corrosion in laser surface hardened low alloy steel with a flat top-hat laser beam, using a high-power diode laser. Int. J. Automation Technol., 2022, Vol. 14, рр. 534-545, doi: 10.20965/ijat.2020.p0534.
Frerichs F., Lu Y., Lubben T., Radel T. Process signature for laser hardening. Metals, 2021, Vol. 11, 465, doi: 10.3390/met11030465.
Jerniti A. G., Ouafi A. E., Barka N. Single track laser surface hardening model for AISI 4340 steel using the finite element method. Model. Numer. Simul. Mater. Sci., 2018, Vol. 6, рр. 17-27, doi: 10.4236/mnsms.2016.62003.
Lesyk D. A., Dzhemelinskyi V. V., Mordyuk B. N., Prokopenko G. I., Dаnylеikо O. O. Vyznachennia optymalnykh rezhymiv kombinovanoho lazerno-ultrazvukovoho zmitsnennia instrumentalnoi stali Kh12MF [Determination of of optimum regimes of combined laser-ultrasonic hardening and finishing of tool steel AISI D2]. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. Kharkiv: NTU "KhPI", 2017, no. 23, pp. 127-135, doi: 10.20998/2413-4295.2017.23.05.
Orazi L., Rota A., Reggiani B. Experimental investigation on a novel approach for laser surface hardening modeling. Int. J. Mech. Mater. Eng., 2021, Vol. 16, 2, doi: 10.1186/s40712-020-00124-0.
Hung T. P., Shi H. E., Kuang J. H. Temperature modeling of AISI 1045 steel during surface hardening processes. Mater., 2018, Vol. 11, 1815, doi: 10.3390/ma11101815.
Dаnylеikо O. O., Dzhemelinskyi V. V., Lesyk D. A., Bernatskyi A. V. Pidvyshchennia efektyvnosti poverkhnevoho zmitsnennia metalevykh vyrobiv kombinovanoiu termodeformatsiinoiu obrobkoiu [Increasing the efficiency of surface strengthening of metal products by combined thermodeformation processing]. Vibrations in Engineering and Technology, 2020, no. 1, pp. 103-110, doi: 10.37128/2306-8744-2020-1-11.
Tarchoun B., Ouafi A. E., Chebak A. Experimental investigation of laser surface hardening of AISI 4340 steel using different laser scanning patterns. J. Miner. Mater. Met. Charact. Eng., 2020, Vol. 8, рр. 9-26, doi: 10.4236/jmmce.2020.82002.
Lesyk D. A., Dzhemelinskyi V. V., Martinez S., Lamikiz A., Dаnylеikо О. О., Hyzhevskyi V. V. Laser transformation hardening effect on hardening zone features and surface hardness of tool steel AISI D2. Mech. Adv. Technol., 2017, №1(79), рр. 26-33, doi: 10.20535/2521-1943.2017.79.95851.
Liverani E., Lutey A. H. A., Ascari A., Fortunato A., Tomesani L. A complete residual stress model for laser surface hardening of complex medium carbon steel components. Surf. Coat. Technol., 2016, Vol. 302, рр. 105-105, doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.05.066.
Park C., Kim J., Sim A., Sohn H., Jang H., Chun E. J. Influence of diode laser heat treatment and wear conditions on the fretting wear behavior of a mold steel. Wear, 2019, Vol. 434-435, 202961, doi: 10.1016/j.wear.2019.202961.
Yazici O., Yilmaz S. Investigation of effect of various processing temperatures on abrasive wear behaviour of high power diode laser treated R260 grade rail steels. Tribol. Int., 2018, Vol. 119, рр. 222-229, doi: 10.1016/j.triboint.2017.11.006.
Martinez S., Lesyk D. A., Lamikiz A., Ukar E., Dzhemelinsky V. V. Hardness simulation of over-tempered area during laser hardening treatment. Phys. Procedia, 2016, Vol. 83, рр. 1357-1366, doi: 10.1016/j.phpro.2016.08.143.
Sun P., Li S., Yu G., He X., Zheng C., Ning W. Laser surface hardening of 42CrMo cast steel for obtaining a wide and uniform hardened layer by shaped beams. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2014, Vol. 70, рр. 787-796, doi: 10.1007/s00170-013-5292-3.
Lee K. H., Choi S. W., Yoon T. J., Kang C. Y. Microstructure and hardness of surface melting hardened zone of mold steel SM45C using Yb:YAG disk laser. J. Weld. Join., 2016, Vol. 34, рр. 75-81, doi: 10.5781/JWJ.2016.34.1.75.
Schuocker D., Aichinger J., Majer R., Spitzer O., Rau A., Harrer Th. Improved laser hardening process with temperature control avoiding surface degradation. Proc. Materials of the 8th Int. Conf. on Photonic Technol. LANE, 2014, рр. 1-5.
Li Z.-X., Chen J.-S., Wang X.-N., Shen X.-J., Cen Y.-M., Chen J., Chu Y.-J., Han Y.-J. Microstructure distribution and bending fracture mechanism of 65Mn steel in the laser surface treatment. Mater. Sci. Eng. A., 2022, Vol. 850, 143568, doi: 10.1016/j.msea.2022.143568.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Дмитро Лесик, Матей Грушка , Карина Сідун , Олександр Данилейко , Дмитро Кифоренко , Віталій Джемелінський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
