Поєднання лазерного ударного зміцнення з гідроструменевим, дробоструменевим та ультразвуковим ударним зміцненням для поліпшення характеристик поверхні неіржавкої сталі

Д. А. Лесик$^{1}$, Х. Сояма$^{2}$, Б. М. Мордюк$^{3,1}$, О. Штаманн$^{4}$, В. В. Джемелінський$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Tohoku University, 6-6-01 Aoba, Aramaki, Aoba-ku, JP-980-8579 Sendai, Japan
$^{3}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{4}$Otto von Guericke University, 2 Universitätsplatz, DE-39106 Magdeburg, Germany

Отримано: 22.10.2021. Завантажити: PDF

Метою даної роботи є порівняння впливу передових методів механічної поверхневої обробки на характеристики поверхні аустенітної неіржавкої сталі 08Х18Н10. Лазерне ударне зміцнення (LSP) у поєднанні з гідроструменевим зміцненням у воді (WjCP), дробоструменевим зміцненням у воді (WjSP) та ультразвуковим ударним зміцненням багатобойковим наконечником (UIP) застосовують для поліпшення якості поверхні і збільшення величин твердості, глибини зміцнення та залишкових напружень стискання у приповерхневих шарах. Лазерну ударну обробку здійснено за допомогою зануреної системи лазерного зміцнення з довжиною хвилі 1064 нм. Досліджували результати лазерного ударного зміцнення у поєднанні з іншими методами зміцнення у різних послідовностях (застосовували до або після нього). Експериментальні результати показали, що порівняно з комбінованими методами LSP + WjCP та LSP + WjSP, комбінований метод LSP + UIP призводить до меншої шорсткості поверхні ($Ra \sim$ 0,15 мкм) та вищої поверхневої макротвердості ($\sim$ 39,0 HRC$_5$), що підтверджує нанорозмірну зеренну структуру з розміром зерен 15–100 нм, яка спостерігалася за допомогою рентґеноструктурного аналізу та трансмісійної електронної мікроскопії. Поверхнева макротвердість збільшується приблизно на 48, 68 та 80%, відповідно, після комбінованих методів WjCP + LSP, WjSP + LSP та UIP + LSP порівняно з вихідним зразком (22,1 HRC$_5$). Усі комбіновані методи зміцнення призводять до збільшення значень залишкових напружень порівняно з одиничним процесом LSP, забезпечуючи глибину зміцнення приблизно 1 мм.

Ключові слова: неіржавка сталь 08Х18Н10, лазерне ударне зміцнення, гідроструменеве/дробоструменеве зміцнення у воді, ультразвукове ударне зміцнення, шорсткість, твердість, наноструктура.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i01/0079.html

PACS: 43.35.+d, 61.46.-w, 68.35.Ct, 68.35.Gy, 81.40.Lm, 81.65.-b


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. Y. Morisada, H. Fujii, T. Mizuno, G. Abe, T. Nagaoka, and M. Fukusumi, Mater. Sci. Eng. A, 505: 157 (2009). Crossref
  2. J. Radziejewska, Mater. Des., 32: 5073 (2011). Crossref
  3. D. A. Lesyk, S. Martinez, V. V. Dzhemelinskyy, A. Lamikiz, B. N. Mordyuk, and G. I. Prokopenko, Surf. Coat. Technol., 278: 108 (2015). Crossref
  4. R. Sundar, P. Ganesh, R. K. Gupta, G. Ragvendra, B. K. Pant, V. Kain, K. Ranganathan, R. Kaul, and K. S. Bindra, Lasers Manuf. Mater. Process., 6: 424 (2019). Crossref
  5. L. Petan, J. Grum, J. A. Porro, J. L. Ocana, and R. Sturm, Metals, 9: 1271 (2019). Crossref
  6. S. Martinez, A. Lamikiz, E. Ukar, I. Tabernero, and I. Arrizubieta, Appl. Therm. Eng., 98: 49 (2016). Crossref
  7. M. A. Montealegre, G. Castro, P. Rey, J. L. Arias, P. Vazquez, and M. Gonzalez, Contemp. Mater., 19: 19 (2010). Crossref
  8. D. A. Lesyk, S. Martinez, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, and G. I. Prokopenko, Opt. Laser Technol., 111: 424 (2019). Crossref
  9. D. A. Lesyk, S. Martinez, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, G. I. Prokopenko, Yu. V. Milman, and K. E. Grinkevych, Surf. Coat. Technol., 328: 344 (2017). Crossref
  10. Y. He, K. Li, I. S. Cho, C. S. Lee, I. G. Park, J.-i. Song, C.-W. Yang, J.-H. Lee, and K. Shin, Appl. Microsc., 45: 155 (2015). Crossref
  11. M. Chaib, M. Belhamiani, A. Megueni, A. Ziadi, and F. J. Belzunce, Int. J. Mater. Process. Techol., 53: 298 (2016). Crossref
  12. X. Wei, D. Zhu, X. Ling, L. Yu, and M. Dai, Int. J. Electrochem. Sci., 13: 4198 (2018). Crossref
  13. A. Azhari, C. Schindler, E. Kerscher, and P. Grad, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 63: 1035 (2012). Crossref
  14. H. Soyama, Int. J. Peen. Sci. Technol., 1: 3 (2017).
  15. B. N. Mordyuk, Yu. V. Milman, M. O. Iefimov, G. I. Prokopenko, V. V. Silberschmidt, M. I. Danylenko, and A. V. Kotko, Surf. Coat. Technol., 202: 4875 (2008). Crossref
  16. L. Li, M. Kim, S. Lee, M. Bae, and D. Lee, Surf. Coat. Technol., 307: 517 (2016). Crossref
  17. X. Yang, X. Wang, X. Ling, and D. Wang, Results. Phys., 7: 1412 (2017). Crossref
  18. M. Yasuoka, P. Wang, K. Zhang, Z. Qiu, K. Kusaka, Y. S. Pyoun, and R. Murakami, Surf. Coat. Technol., 218: 93 (2013). Crossref
  19. A. Gill, A. Telang, S. R. Mannava, D. Qian, Y. S. Pyoun, H. Soyama, and V. K. Vasudevan, Mater. Sci. Eng. A, 576: 346 (2013). Crossref
  20. M. Turski, S. Clitheroe, A. D. Evans, C. Rodopoulos, D. J. Hughes, and P. J. Withers, Appl. Phys. A, 99: 549 (2010). Crossref
  21. J. Epp and H. W. Zoch, J. Heat Treat. Mater., 71: 109 (2016). Crossref
  22. D. A. Lesyk, H. Soyama, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, S. Martinez, N. I. Khripta, and A. Lamikiz, J. Mater. Eng. Perform., 28: 5307 (2019). Crossref
  23. D. A. Lesyk, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, G. I. Prokopenko, and O. O. Danyleiko, Sci. Rev., 2: 3 (2018).
  24. P. Tadge, P. K. Gupta, and C. Sasikumar, Mater. Today: Proc., 2: 3245 (2015). Crossref
  25. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, S. I. Sydorenko, S. M. Voloshko, A. P. Burmak, and N. V. Franchik, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 7: 905 (2017) (in Ukrainian). Crossref
  26. M. A. Vasylyev, B. N. Mordyuk, S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, and A. P. Burmak, Surf. Coat. Technol., 343: 57 (2018). Crossref
  27. O. Takakuwa, K. Yamamiya, and H. Soyama, J. Solid Mechanics Mater. Eng., 7: 357 (2013). Crossref
  28. Q. Feng, J. She, X. Wu, C. Wang, and C. Jiang, J. Mater. Eng. Perform., 27: 1396 (2018). Crossref
  29. D. Kumar, S. Idapalapati, W. Wang, and S. Narasimalu, Mater., 12: 2503 (2019). Crossref
  30. O. Unal and R. Varol, Appl. Surf. Sci., 351: 289 (2015). Crossref
  31. Z. Wang, C. Jiang, X. Gan, Y. Chen, and V. Ji, Int. J. Fatigue, 33: 549 (2011). Crossref
  32. Y. Zhang, S. Qu, F. Lu, F. Lai, V. Ji, H. Liu, and X. Li, Int. J. Fatigue, 141: 105867 (2020). Crossref
  33. D. A. Lesyk, B. N. Mordyuk, S. Martinez, M. O. Iefimov, V. V. Dzhemelinskyi, and A. Lamikiz, Surf. Coat. Technol., 401: 126275 (2020). Crossref
  34. L. Shen, L. Wang, Y. Wang, and C. Wang, Surf. Coat. Technol., 214: 3222 (2010). Crossref
  35. M. Chemkhi, D. Retraint, A. Roos, C. Garnier, L. Waltz, C. Demangel, and G. Proust, Surf. Coat. Technol., 221: 191 (2013). Crossref
  36. A. Toppo, R. Kaul, M. G. Pujar, U. K. Mudali, and L. M. Kukreja, J. Mater. Eng. Perform., 22: 632 (2013). Crossref
  37. N. Tsuji, S. Tanaka, and T. Takasugi, Surf. Coat. Technol., 203: 1400 (2009). Crossref
  38. N. Tsuji, S. Tanaka, and T. Takasugi, Mater. Sci. Eng. A, 499: 482 (2008). Crossref
  39. B. Wu, P. Wang, Y.-S. Pyoun, J. Zhang, and R.-I. Murakami, Surf. Coat. Technol., 213: 271 (2012). Crossref
  40. S. Prabhakaran, A. Kulkarni, G. Vasanth, S. Kalainathan, P. Shukla, and V. K. Vasudevan, Appl. Surf. Sci., 428: 17 (2018). Crossref
  41. B. Starman, H. Hallberg, M. Wallin, M. Ristinmaa, and M. Halilovic, Int. J. Mech. Sci., 176: 105535 (2020). Crossref
  42. H. Soyama, J. Mater. Proc. Technol., 269: 65 (2019). Crossref
  43. H. Soyama, Metals, 10: 63 (2019). Crossref
  44. H. Soyama, C. R. Chighizola, and M. R. Hill, J. Mater. Process. Tech., 288: 116877 (2020). Crossref
  45. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, M. A. Vasylyev, and M. O. Iefimov, Mater. Sci. Eng. A, 458: 253 (2007). Crossref