Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

В. И. Польский, доцент, эл. почта: vipolskij@mephi.ru

В. Л. Якушин, проф.

П. С. Джумаев, ассистент, кафедра «Физические проблемы материаловедения»

В. Н. Петровский, доцент, кафедра «Лазерная физика»

Отработана методика нанесения лазерных наплавок жаропрочного никелевого сложно легированного порошка на образцы из различных конструкционных сталей разных конфигураций (цилиндрические, плоские), имитирующие детали и узлы механизмов. Лазерную наплавку осуществляли на установках «Сканер» и Huffman HC-205. Исследованы изменения структурно-фазового состояния и микротвердости лазерных наплавок в зависимости от мощности излучения и способа нанесения порошка на поверхность обрабатываемых образцов. В результате проведенных исследований были выявлены оптимальные технологические режимы лазерной обработки, которые позволяют получать однородные по структуре лазерные нап лавки, обладающие значением твердости, большим в два раза по сравнению с исходным материалом. Для установки Huffman HC-205 выявлено, что качество соединения наплавки с цилиндрической подложкой улучшается с увеличением мощности излучения (при прочих одинаковых параметрах лазерного воздействия и составе порошка), достигая оптимальной при P ~ 800 Вт. Показано, что качество соединения наплавки с плоскими образцами улучшается при подаче порошка сбоку под углом 30^о к поверхности. Для установки «Сканер» показано, что качество соединения наплавки с цилиндрическими образцами улучшается при подаче порошка навстречу движению лазерного луча и мощности лазерного воздействия P ~ 1100 Вт. В результате проведенных исследований установлены оптимальные режимы нанесения лазерных наплавок на подложки различных размеров и конфигураций, позволяющие минимизировать размеры зон термического влияния и перепады значений твердости, что уменьшает вероятность появления трещин и несплошностей.

Работа выполнена в рамках центра «Ядерные системы и материалы» при государственной поддержке Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ (соглашение с Минобрнауки РФ от 27 августа 2013 г. № 02.а03.21.0005) и была поддержана Министерством образования и науки РФ (уникальный идентификатор проекта ПНИЭР RFMEFI58214X0004).

1. Грибков В. А., Григорьев Ф. И., Калин Б. А., Якушин В. Л. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов. — М. : Круглый год, 2001. — 528 с. 

2. Pereira A., Delaporte P., Sentis M., Cros A., Marine W., Basillais A., Thomann A. L., Leborgne C., Semmar N., Andreazza P., Sauvage T. Laser treatment of a steel surface in ambient air // Thin Solid Films. 2004. Vol. 453/454. Р. 16–21. 

3. Jiang W., Molian P. Nanocrystalline TiC powder alloying and glazing of H13 steel using a CO₂ laser for improved life of die-casting dies // Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 135. Р. 139–149. 

4. DiMelfi R. J., Sanders P. G., Hunter B., Eastman J. A., Sawley K. J., Leong K. H., Kramer J. M. Mitigation of subsurface crack propagation in railroad rails by laser surface modification // Surface and Coatings Technology. 1998. Vol. 106. Р. 30–43. 

5. Xia Y., Liu W., Xue Q. Comparative study of the tribological properties of various modified mild steels under boundary lubrication condition // Tribology International. 2005. Vol. 38. Р. 508–514. 

6. Садовский В. Д., Счастливцев В. М., Табатчикова Т. И., Яковлева И. Л. Лазерный нагрев и структура стали: атлас микроструктур. — Свердловск : УрО АН СССР, 1989. — 239 с. 

7. Петровский В. Н., Штамм В. Г., Джумаев П. С., Польский В. И. Лазерная наплавка металлических порошков // Ядерная физика и инжиниринг. 2012. Т. 3, № 4. С. 1–7.