THE FEATURES OF STRUCTURE AND PROPERTIES FORMATION IN STEELS DURING LASER-ACOUSTIC PROCESSING
Authors: Бровер Г.И. , Щербакова Е.Е. 
Published: December 2023

Рассмотрены возможности повышения качества и свойств поверхностных слоев сталей и сплавов, а также интенсификации процесса лазерной обработки в результате совмещения лазерного нагрева с процессом поверхностной ультразвуковой обработки. Установлено, что проведение ультразвуковой обработки после лазерной обработки позволяет повышать качество облученных изделий благодаря сглаживанию возможного нарушения микрогеометрии поверхности. Показано, что проведение ультразвуковой обработки стали перед лазерной обработкой играет важную роль в структурообразовании и упрочнении облучаемых материалов. Установлено, что при лазерно-акустической обработке поверхностные слои сталей подвергаются низкотемпературному (при ультразвуковой обработке) и высокотемпературному (при импульсном лазерном облучении) динамическому воздействию. Показано, что полученная при ультразвуковой обработке структура с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения и значительным количеством выделившихся дисперсных карбидов является наиболее подготовленной к лазерной закалке. Установлено, что сочетание ультразвуковой обработки с лазерным воздействием оказывает положительное влияние на прочность материала. Это связано с динамической полигонизацией аустенита, формированием дисперсной субструктуры, которая характеризуется малоугловыми полупроницаемыми границами между отдельными структурными составляющими и наследуется при мартенситном превращении в облучаемой стали. Показано, что использование ультразвуковой обработки в режиме кавитационнного воздействия позволило сократить время вспомогательных операций очистки от технологических загрязнений перед лазерным облучением, повысить качество стали при лазерно-акустической обработке. Установлено, что лазерно-акустическая обработка увеличивает глубину упрочненного слоя на 30–50%, повышает твердость поверхностных слоев на 10–15% по сравнению с лазерной обработкой без ультразвуковой обработки.

The possibilities of improving the quality and properties of the steels and alloys surface layers, as well as intensifying the laser treatment process by combining laser heating with the process of surface ultrasonic treatment are considered. It has been established that ultrasonic treatment after laser processing makes it possible to improve the irradiated products quality by smoothing possible violations of the surface microgeometry. It is shown that ultrasonic treatment of steel before laser treatment plays an important role in structure formation and hardening of irradiated materials. It has been established that during laser-acoustic treatment, the surface layers of steels are subjected to low-temperature (with ultrasonic treatment) and high-temperature (with pulsed laser irradiation) dynamic effects. It is shown that the structure obtained by ultrasonic treatment has an increased density of defects in the crystalline structure and a significant amount of precipitated dispersed carbides. This structure is the most prepared for laser hardening. It has been found that the combination of ultrasonic treatment with laser exposure has a positive effect on the strength of the material. This is due to the dynamic polygonization of austenite, with the formation of a dispersed substructure, which is characterized by low-angle semi-permeable boundaries between individual structural components and is inherited during martensitic transformation in irradiated steel. It is shown that the using UST in the cavitation mode made it possible to reduce the time of auxiliary operations for cleaning from technological impurities before laser irradiation, and to improve the quality of steel during laser-acoustic processing. It has been established that laser-acoustic treatment increases the depth of the hardened layer by 30–50%, increases the hardness of surface layers by 10–15% compared to laser treatment without ultrasonic treatment.