Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза

Бирюков Владимир Павлович; Миряха Андрей Николаевич; Якубовский Антон Алексеевич; Кулаков Олег Игоревич; Горюнов Ярослав Алексеевич

doi:10.20295/2223-9987-2025-4-167-177

УДК

621.891

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ЗАКАЛКИ НА МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАЛИ 55 РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА ДИЗЕЛЯ ТЕПЛОВОЗА Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза

АА Аа

Опубликовано в Бюллетень результатов научных исследований · Страницы 167–177 · Рубрика: Общетехнические задачи и пути их решения

DOI: https://doi.org/10.20295/2223-9987-2025-4-167-177

Получено: 15.06.2025 Одобрено: 28.07.2025 Опубликовано: 15.12.2025

Авторы

БИ

Бирюков Владимир Павлович

ORCID

МИ

Миряха Андрей Николаевич

ЯК

Якубовский Антон Алексеевич

ORCID

КУ

Кулаков Олег Игоревич

ORCID

ГО

Горюнов Ярослав Алексеевич

ORCID

БИ

Бирюков Владимир Павлович

Ученая степень: кандидат технических наук

Ученое звание: доцент

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) ведущий научный сотрудник · Россия · Москва

ORCID

МИ

Миряха Андрей Николаевич

ООО НПП «ИНЖЕКТ» Начальник группы · Россия

ЯК

Якубовский Антон Алексеевич

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) младший научный сотрудник · Россия · Москва

ORCID

КУ

Кулаков Олег Игоревич

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) научный сотрудник · Россия · Москва

ORCID

ГО

Горюнов Ярослав Алексеевич

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) младший научный сотрудник · Россия

ORCID

АННОТАЦИЯ

Цель: Определение влияния режимов обработки прямоугольным пятном полупроводникового лазера на изменения глубины зон закалки стали 55, микротвердости, микроструктуры, триботехнических свойств при трении по закаленной стали 45 при подаче масла капельным способом. Методы: Лазерное термоупрочнение поверхности трения образцов стали 55 было выполнено прямоугольным пятном полупроводникового лазера. Определение металлографических свойств зон лазерного упрочнения было выполнено с использованием оптической системы МС-1000, цифрового микроскопа АМ-419, микротвердомера ПМТ-3 с цифровой камерой МС-8,3С при нагрузке 0,98 Н. В качестве эталона был выбран образец стали 18ХГ после цементации с твердостью 56−59 HRC. Триботехнические испытания по схеме: «плоский прямоугольный образец стали 55 — кольцевая поверхность оправки контробразца из стали 45», установленной в патрон шпинделя машины трения. Измерение моментов трения и усилия нагружения образцов было выполнено с применением тензодатчиков в непрерывном режиме с отображением данных на дисплее персонального компьютера. Также на машине трения установлен бесконтактный индуктивный датчик частоты вращения шпинделя с выводом на тахометр, закрепленный на верхней крышке машины. Результаты: Исследования показали, что при лазерном упрочнении микроструктура зон закалки содержит мелкодисперсные иглы мартенсита. Твердость этих зон составляет 7470−10 980 МПа. Давление заедания при различных скоростях скольжения контробразца из стали 45 в 1,5−1,6 раза, а износостойкость — в 2 раза выше, чем у образцов стали 18ХГТ после цементации. При этом коэффициенты трения значительно ниже. Практическая значимость: Технологический процесс изготовления распределительного вала дизеля из стали 18ХГТ с последующей цементацией может быть заменен на лазерную закалку распределительного вала из стали 55 прямоугольным лучом полупроводникового лазера. При этом значительно снижается энергоемкость и повышается экологическая чистота производственного процесса.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Лазерное упрочнение, микротвердость, микроструктура, коэффициент трения, интенсивность изнашивания, износостойкость

1. Guarino S. High Power Diode Laser (HPDL) surface hardening of low carbon steel: Fatigue life improvement analysis / S. Guarino, M. Barletta, A. Afilal // Journal of Manufacturing Processes. — 2017, — Vol. 28. — Pp. 266–271.

2. Nemova G. Brief Review of Recent Developments in Fiber Lasers // Applied Sciences. — 2024. — Vol. 14. — P. 2323.

3. Kennedy E. A review of the use of high-power diode lasers in surface hardening / E. Kennedy, G. Byrne, D.N. Collins // Journal of Materials Processing Technology. — 2004. — Vol. 155–156. — Pp. 1855–1860.

4. Tan C. Y. Influence of laser parameters on microstructures and surface properties in laser surface modification of biomedical magnesium alloys / C. Y. Tan, C. Wen, H. Q. Ang // Journal of Magnesium and Alloys. — 2024. — Vol. 12. — Pp. 72–97.

5. Tan S. Progress and prospects in laser additive manufacturing of key materials for aircraft engines / S. Tan, F. Weng, S. Sui, Y. Chew et al. // International Journal of Machine Tools and Manufacture. — 2021. — Vol. 170. — P. 103804.

6. Homberg D. PID control of laser surface hardening of steel / D. Homberg, W. Weiss // IEEE Transactions on Control Systems Technology. — 2006. — Vol. 14. — Pp. 896–904.

7. Lasota I. Laser surface hardening of engine camshaft cams / I. Lasota, V. Protsenko, A. Matyushkin, M. Kuznetsov et al. // Materials Today: Proceedings. — 2020. — Vol. 30. — Pp. 478–482.

8. Patwa R. Predictive modeling of laser hardening of AISI5150H steels / Patwa R., Shin Y. C. // International Journal of Machine Tools and Manufacture. — 2007, — Vol. 47. — Pp. 307–320.

9. Maharjan N. Comparative study of laser surface hardening of 50CrMo4 steel using continuouswave laser and pulsed lasers with ms, ns, ps and fs pulse duration / N. Maharjan, W. Zhou, Y. Zhou, Y. Guan et al. // Surface and Coatings Technology. — 2019 — Vol. 366. — Pp. 311–320.

10. Maharjan N. Direct laser hardening of AISI 1020 steel under controlled gas atmosphere / N. Maharjan, W. Zhou, N. Wu // Surface and Coatings Technology. — 2020. — Vol. 385. — P. 125399. 11. Frerichs F. Process signature for laser hardening / F. Frerichs, Y. Lu, T. Lübben, T. Radel // Metals. — 2021. — Vol.

11. — P. 465.

12. Naprimerova E. D. Impact of laser hardening on surface properties of billets from structural materials / E. D. Naprimerova, K. Yu. Pashkeev, E. V. Yurasova, K. S. Litvinyuk et al. // Metallurgist. — 2024. — Iss. 11. — Pp. 89–93.

13. Patwa R. Predictive modeling of laser hardening of AISI5150H steels / R. Patwa, Y. C. Shin // International Journal of Machine Tools and Manufacture. — 2007. — Vol. 47. — Pp. 307–320.

14. Zhang B. Applications of laser surface treatment in gears: a review / B. Zhang, L. Sun, N. Zhao, J. Li // Journal of Materials Engineering and Performance. — 2024. — Vol. 34. — Pp. 1–35. 2025/4 Bulletin оf Scientific Research ResultsОбщетехническиезадачиипутиихрешения 175

15. Komanduri R. Thermal analysis of the laser surface transformation hardening process / R. Komanduri, Z. Hou // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2001. — Vol. 44. — Pp. 2845–2862.

16. Куксенова Л. И. Методы испытаний на трение и износ: монография / Л. И. Куксенова, В. Г. Лаптева, А. Г. Колмаков, Л. М. Рыбакова — М.: Интермет Инжиниринг, 2001. — 152 с. 17. Патент № 2683600 Российская Федерация, МПК G01N 3/56. Способ измерения износа металлических материалов и покрытий / В. П. Бирюков, Э. Г. Гудушаури, А. А. Фишков. — Заявл. 23.05.2018; опубл. 29.03.2019. — Бюл. № 10.

ГОСТ

Бирюков В. П., Миряха А. Н., Якубовский А. А., Кулаков О. И., Горюнов Я. А. Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза // . 2025. С. 167-177. DOI: https://doi.org/10.20295/2223-9987-2025-4-167-177. (дата обращения: 19.08.2026).

MLA

Бирюков Владимир Павлович, Миряха А. Н., Якубовский А. А., Кулаков О. И., Горюнов Я. А.. "Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза." (2025): 167-177. DOI: https://doi.org/10.20295/2223-9987-2025-4-167-177.

APA

Бирюков В. П., Миряха А. Н., Якубовский А. А., Кулаков О. И., Горюнов Я. А. (2025). Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза. , 167-177. https://doi.org/10.20295/2223-9987-2025-4-167-177

Chicago

Бирюков Владимир Павлович, Миряха А. Н., Якубовский А. А., Кулаков О. И., Горюнов Я. А.. "Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза." , no. (2025): 167-177. https://doi.org/10.20295/2223-9987-2025-4-167-177.

WIKI

{{cite journal | author = Бирюков В. П., Миряха А. Н., Якубовский А. А., Кулаков О. И., Горюнов Я. А. | title = Влияние лазерной закалки на металлографические и триботехнические характеристики стали 55 распределительного вала дизеля тепловоза | journal = | year = 2025 | pages = 167-177 | doi = 10.20295/2223-9987-2025-4-167-177 }}

Скопировать

Экспорт: BibTeX EndNote RefMan RusMARC

Подтверждение