Применение волоконного лазера для поверхностного легирования стали 95Х18

Голубев В.С., Вегера И.И., Ходюш В.Е., Дьяченко О.В., Протасевич К.В.

Abstract

УДК 621.78:535.211

Исследовано влияние режимов и условий лазерного поверхностного легирования коррозионностойкой стали 95Х18. Изучены структура, качество и геометрические параметры поверхностных слоев, создаваемых в результате лазерного воздействия. Для легирования использовались порошки таких химических соединений, как B₄C, WC, TiB₂, W₂B₅, TiSi₂, HfSi₂, обработка в среде аргона проводилась с применением волоконного лазера с длиной волны 1,06 мкм. В ходе экспериментов подбирались оптимальные параметры, такие как размер фокусировки луча, скорость его сканирования и выходная мощность излучения. С увеличением мощности возрастал объем ванны расплава, при этом увеличивались как глубина, так и ширина зоны легирования. Так, при мощности лазерного излучения ~ 2 кВт ширина зоны легирования достигала ~ 3 мм. Глубины легированных слоев на поверхности этой стали составляли 400–700 мкм в диапазоне мощностей 1–2 кВт. Микротвердость зон легирования стали 95Х18 могла находиться на уровне 4500–12000 МПа. При этом со снижением глубины легированного слоя микротвердость может повышаться вследствие возрастания концентрации легирующих компонентов. Отмечено, что для карбида бора в зоне закалки в твердой фазе максимальная микротвердость поверхностного слоя достигала 14000 МПа.

Ключевые слова: лазерное легирование, поверхностный слой, микроструктура, микротвердость.

The influence of the modes and conditions of laser surface alloying of the corrosion-resistant 95X18 steel was investigated. The structure, quality, and geometric parameters of the surface layers created as a result of laser exposure were studied. Powders of chemical compounds such as B₄C, WC, TiB₂, W₂B₅, TiSi₂, and HfSi₂ were used for alloying; processing in an argon medium was carried out using a fiber laser with a wavelength of 1.06 microns. During the experiments, optimal parameters such as the beam focusing size, scanning speed, and radiation output power were selected. With increasing power, the volume of the melt bath increased, as well as both the depth and width of the alloying zone. Thus, with a laser power of 2 kW, the width of the doping zone reached ~ 3 mm. The depth of the alloyed layers on the surface of that steel was 400–700 microns, in the power range of 1–2 kW. The microhardness of the alloy zones of 95X18 steel could be at the level of 4,500–12,000 MPa. At the same time, with a decrease in the depth of the alloyed layer, the microhardness may increase due to an increase in the concentration of alloying components. It is noted that for boron carbide in the solid phase quenching zone, the maximum increase in the microhardness of the surface layer reached 14,000 MPa.

Keywords: laser alloying, surface layer, microstructure, microhardness.

Download full-text PDF. 2 downloads

Menu

Vol. 61 (2025), Issue 4, p. 20-28

Применение волоконного лазера для поверхностного легирования стали 95Х18

Abstract