Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Микроструктура и распределение легирующих элементов в высоколегированной инструментальной стали Р9М4К6С после лазерного нагрева

Сергей Игоревич Яресько, Алексей Титович Козаков, Владислав Александрович Новиков, Андрей Вячеславович Сидашов

Аннотация


Методами рентгенофазового анализа и энергодисперсионного микроанализа исследованы элементный и фазовый составы в зоне лазерной обработки инструментальной быстрорежущей стали Р9М4К6С (ЭП722) после обработки излучением иттербиевого волоконного лазера на воздухе, работающего в непрерывном режиме. Методами растровой электронной и оптической микроскопии на металлографических шлифах получены изображения карбидных структур в зоне лазерного воздействия (ЗЛВ). Определен элементный состав этих структур методом энергодисперсионного микроанализа по глубине ЗЛВ. Установлена корреляция образующихся в ЗЛВ структур с изменением температуры. В зоне оплавления наблюдалась дендритная структура, окруженная эвтектикой, содержащей аустенит, насыщенный легирующими элементами, и карбиды Cr, V, Mo и W. Показано, что растворение карбидов в поверхностном слое под действием лазерного излучения приводит к его обогащению вольфрамом и молибденом. Независимо от режимов обработки не обнаружено изменения прочностных характеристик в ЗЛВ.


Ключевые слова


лазерная обработка; лазерное плавление; инструментальная сталь; легирующие элементы; карбиды; элементный состав; энергодисперсионный микроанализ

Полный текст:

PDF

Литература


Hradil D., Novy Z., Hodek J. et al. Effect of laser traverse speed during laser hardening on hardness distribution and microstructure of hot work tool steel H11 // Manuf. Technol. 2023. V. 23, Is. 2. P. 153 – 160. DOI: 10.21062/mft.2023.021

Chaus A. S., Maksimenko A. V., Fedosenko N. N. et al. Formation of structure of a high-speed steel upon laser surface melting // Phys. Met. Metall. 2019. V. 120, Is. 3. P. 269 – 277. DOI: 10.1134/S0031918X19030049

Arias J., Cabeza M., Castro G. et al. Microstructure and mechanical behavior of laser surface melted AISI M2 high-speed steel // Surf. Interface Anal. 2010. V. 42. P. 752 – 756. DOI: 10.1002/sia.3279

Karamimoghadam M., Rezayat M., Moradi et al. Laser surface transformation hardening for automotive metals: Recent progress // Metals. 2024. V. 14, Is. 3. Art. 339. DOI: 10.3390/met14030339

Kąc S., Kusi’nski J. SEM and TEM microstructural investigation of high-speed tool steel after laser melting // Mater. Chem. Phys. 2003. V. 81. P. 510 – 512. DOI: 10.1016/ S0254-0584(03)00062-2

Zhang J., Yu M., Li Z. et al. The effect of laser energy density on the microstructure, residual stress and phase composition of H13 steel treated by laser surface melting // J. Alloy. Compd. 2021. V. 856, Is. 9. Art. 158168. DOI: 10.1016/ j.jallcom.2020.158168

Stepankin I., Pozdnyakov E., Peshkun Y., et al. Influence of heat and laser treatment on the structure and properties of R6M5 high-speed steel // J. Chem. Technol. Metall. 2020. V. 55, Is. 3. P. 672 – 675.

Афанасьева Л. Е., Барабонова И. А., Ботянов Е. В. и др. Структурные фазовые превращения в быстрорежущей стали при лазерной закалке с оплавлением поверхности многоканальным СО2 лазером // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 8(104). С. 10 – 13.

Newishy M., Abdel-Aleem H., Elkousy M. et al. Surface treatment of AISI M2 tool steel by laser melting // Key Eng. Mater. 2018. V. 786. P. 128 – 133. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/KEM.786.128

Arias J., Cabeza M., Castro G. et al. Microstructural characterization of laser surface melted AISI M2 tool steel // J. Microsc. 2010. V. 239, Is. 3. P. 184 – 193. DOI: 10.1111/ j.1365-2818.2010.03370.x

Benyounis K. Y., Fakron O. M., Abboud J. H. Rapid solidification of M2 high-speed steel by laser melting // Mater. Des. 2009. V. 30. P. 674 – 678. DOI: 10.1016/j.matdes. 2008.05.030

Vilar R., Colaço R., Almeida A. Laser surface treatment of tool steels // In: Laser Processing: Surface Treatment and Film Deposition. NATO ASI Series, Springer, Dordrecht: 1996. V. 307. P. 453 – 478. DOI: 10.1007/978-94-009-0197-1 23

Colaco R., Pina C., Vilar R. Influence of the processing conditions on the abrasive wear behaviour of a laser surface melted tool steel // Scr. Mater. 1999. V. 41, Is. 7. P. 715 – 721. DOI: 10.1016/S1359-6462(99)00206-7

Bonek M., Matula G., Dobrzański L. A. Effect of laser surface melting on structure and properties of a high speed tool steel // Adv. Mater. Res. 2011. V. 291 – 294. P. 1365 – 1368. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.291-294.1365

Kac S., Kusinski J., Zielinska-Lipiec A., Wronska I. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy microstructural investigation of high-speed tool steel after Nd:YAG pulsed laser melting // J. Microsc. 2006. V. 224, Pt 1. P. 65 – 67. DOI: 10.1111/j.1365-2818.2006.01666.x

Arif Z. U., Khalid M. Y., Rehman E. U. A review on laser cladding of high-entropy alloys, their recent trends and potential applications // J. Manuf. Process. 2021. V. 68, Is. 3. P. 225 – 273. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.06.041

García C., Romero A., Herranz G. Y. Effect of vanadium carbide on dry sliding wear behavior of powder metallurgy AISI M2 high speed steel processed by concentrated solar energy // Mater. Charact. 2016. V. 121. P. 175 – 186. DOI: 10.1016/ j.matchar.2016.10.001

Changkai Ke, Changjun Chen, Min Zhang. Effect of vanadium on microstructure and mechanical properties of M2 high-speed steel prepared by laser metal direct deposition forming // Steel Res. Int. 2021. V. 93, Is. 2. DOI: 10.1002/ srin.202100389

Геллер Ю. А. Инструментальные стали, 5-е изд. М.: Металлургия, 1983. 527 с.

Wallace J. W., Schwam D. Development studies on selection & processing of die materials to extend die life // Die Casting Engineer. 2000. V. 44, Is. 3. P. 50 – 58.

Сайт компании AUREMO: https://auremo.biz/materials/ stal-r9m4k6s-ep722.html

Гуляев А. П., Малинина К. А., Саверина С. М. Инструментальные стали. Справочник. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.

Тумакова Н. С., Тихонов В. П., Смирнов А. С. и др. Исследование литейных свойств супердуплексной и серийной аустенитной стали, разработка технологии и изготовление опытных отливок корпусов арматуры // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2015. № 2(109). С. 242 – 250.

Шаповалов А. Н. Расчет параметров непрерывной разливки стали. Новотроицк: НФ НИТУ “МИСиС”, 2013. 56 с.

Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 664 с.

Яресько С. И., Горяинов Д. С. Формирование температурного поля в режущем клине инструмента при импульсной упрочняющей лазерной обработке // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 7. С. 30 – 36.

Сорокин В. Г. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

Соснин Н. А., Ермаков С. А., Тополянский П. А. Плазменные технологии. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического университета, 2008. 405 с.

Кархин В. А. Тепловые основы сварки. Л.: ЛГТУ, 1990. 99 с.

Colaco R., Gordo E., Ruiz-Navas E. M. et al. A comparative study of the wear behaviour of sintered and laser surface melted AISI M42 high speed steel diluted with iron // Wear. 2006. V. 260. P. 949 – 956. DOI: 10.1016/j.wear.2005.06.006

Arias J., Cabeza M., Castro G. et al. Modification of AISI M2 high-speed tool steels after laser-surface melting under different operating conditions // Weld. Int. 2011. V. 46, Is. 3. P. 1 – 9. DOI: 10.1080/09507116.2011.592706

Moradiani A., Beiranvand Z. M., Ratnayake R. M. C. et al. The effect of laser surface melting on the retained austenite and wear properties of AISI D2 tool steel // Optik. 2022. V. 252. Art. 168469. DOI: 10.1016/j.ijleo.2021.168469

Colaco R., Vilar R. Effect of the processing parameters on the proportion of retained austenite in laser surface melted tool steels // J. Mater. Sci. Lett. 1998. V. 17. P. 563 – 567. DOI: 10.1023/A:1006573620796

Яресько С. И., Нерубай М. С. Физико-технологические особенности процесса резания инструментом, упрочненным лазерным излучением // Металлообработка. 2001. № 1. С. 22 – 27.

Colaco R., Vilar R. On the influence of retained austenite in the abrasive wear behaviour of a laser surface melted tool steel // Wear. 2005. V. 258. P. 225 – 231. DOI: 10.1016/ j.wear.2004.09.029

Kozakov A. T., Yares’ko S. I., Sidashov A. V. et al. Surface properties of heat-resistant W9Mo4Co6Si tool steel after laser heat treatment and their correlation with material properties in a nanoloaded tribosystem // Mater. Chem. Phys. 2025. V. 344. Art. 131082. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2025.131082

Яресько С. И., Козаков А. Т., Сидашов А. В., Щербаков В. И. Трибологические характеристики конструкционных легированных сталей после лазерной модификации поверхности // Перспективные материалы. 2023. № 6. С. 67 – 79. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-6-67-79




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2026.4.43-53

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026