Peculiarities of structure of steel matrix saturation near non-metallic inclusions after laser action

S. I. Gubenko, I. O. Nikulchenko

Abstract


Problem definition.  Laser treatment is one of the promising methods of surface strengthening of various machine and mechanisms parts [7]. Processes of transformation of non-metallic inclusions and their impact on the local strengthening of the steel matrix, largely determine the heterogeneous nature of laser hardening are remained insufficiently [1; 2]. Methods impact on the non-metallic inclusions are one of the most promising areas of steels processing. One of effective way of producing steels with favorable parameters of non-metallic inclusions is to provide the methods of  influence on the interphase  boundaries inclusion-matrix and their cohesive strength [3; 4; 12; 13]. In the process of laser action between inclusion and steel matrix the fast exchange of atoms through the interface boundary in terms of abnormally high mobility of atoms has place, which does not meet the conditions of the classical diffusion (an abnormal mass transport) [1; 2].  For any impulse action the abnormal acceleration of mass transfer is characterized [2], as well as the uneven distribution of temperature [5; 6; 8−11]. The aim of work is to identify the basic laws of the transformation of interfaces inclusion-matrix boundaries and also the  formation of zones of contact interaction with the laser treatment. Methods. Materials for the study were manufactured steel containing various non-metallic inclusions. Samples of various steels with a pre-polished surface was subjected to laser heating installations SES-30M and QUANTUM-16. We used research methods − optical microscopy, electron microscopy, measurement of nanohardness. Results. It was found that the laser action occur melting and crystallization speed switching, local micro-alloying steel matrix, which is accompanied by the formation of near inclusions the gradient and composite zones with different microstructures and distribution of nanohardness. Scientific novelty. The peculiarities of the structure of composite and gradient zones in the steel matrix near the non-metallic inclusions was founded. The influence of nonmetallic inclusions on the strengthening of steel by laser irradiation was shown. Practical significance. Using the results obtained enable to develop methods and laser processing modes allowing to influence the size, composition, structure and distribution of non-metallic inclusions in steels in order to improve the mechanical properties.


Keywords


steel; non-metallic inclusions; hardening; laser treatment

References


Губенко С. И. Трансформация неметаллических включений в стали : монография / С. И. Губенко. – Москва : Металлургия, 1991. – 225 с. – Режим доступа : http://www.metallurgy-publishers.net

Неметаллические включения в стали : монография / [С. И. Губенко, В. В. Парусов, И. В Деревянченко]. – Днепропетровск : АРТ-ПРЕСС, 2005. – 536 с. – Режим доступа : http://www.art-press.com.ua/home

Губенко С. И. Возможности трансформации неметаллических включений и межфазных границ включение − матрица при высокоэнергетических обработках / С. И. Губенко // Металлофизика, новейшие технологии. − 2014. − Т. 36. − № 3. − C. 287−315. – Режим доступа : http://mfint.imp.kiev.ua/ua/index.html

Губенко С. И. Градиентные и композитне зоны контактного взаимодействия включений и стальной матрицы после лазерного воздействия / С. И. Губенко, И. А. Никульченко // Строительство, материаловедение, машиностроение. – 2015. – Вып. 80. – С. 118−122. – Режим доступа : http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe? Z21ID= &I21DBN = UJRN&P21DBN=UJRN&S21STN=1&S21REF=10&S21FMT=juu_all&C21COM=S&S21CNR=20&S21P01=0&S21P02=0&S21P03=I=&S21COLORTERMS=0&S21STR=%D0%9670492:%D0%95%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3.,%D0%B5%D0%BA%D0%BE%D0%BB.,%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF.%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD

Денисенко О. І. Формування поля температур тонкої стрічки під впливом на її поверхню дисперсної фази двофазного струменя / О. І. Денисенко, В. І. Цоцко, І. М. Спиридонова, Б. Г. Пелешенко // Фізика і хімія твердого тіла. – Т. 9. – № 4 (2008). – С. 901–904. – Режим доступа : http://www.nbuv.gov.ua/old_jrn/natural/phkhtt/2008_1_4/0904-42.pdf

Денисенко О. І. Розподіл температури одновимірного зразка в умовах місцевої термообробки / О. І. Денисенко, В. І. Цоцко, І. М. Спиридонова, Б. Г. Пелешенко // Фізика і хімія твердого тіла. – Т. 9. – № 1 (2008). – С. 181–184. – Режим доступа : http://www.nbuv.gov.ua/old_jrn/Natural/phkhtt/2008_1_4/0901-29.pdf

Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов : монография / [П. А. Леонтьев, Н. Т. Чеканов, М. Г. Хан]. – Москва : Металлургия, 1986. – 142 с. – Режим доступа : http://www.metallurgy-publishers.net

Цоцко В. И. Температурные характеристики поверхностного слоя низкоуглеродистых сталей в условиях линейного нагрева поверхности / В. И. Цоцко, А. И. Денисенко // Вісник Дніпропетровського національного університету. – 2004. – № 2. – С. 72–77. – Режим доступа : http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?Z21ID=&I21DBN= UJRN& P21DBN=UJRN1&S21STN=1&S21REF=10&S21FMT=njuu_dstu&C21COM=S&S21CNR=20&S21P01=0&S21P02= 0&S21P03=I=&S21COLORTERMS=0&S21STR=%D0%9672605%2F2004%2F3

Цоцко В. И. Аналитическое моделирование поля температур одномерного образца в условиях местной термоциклирующей обработки / В. И. Цоцко, И. М. Спиридонова, Б. И. Пелешенко, А. И. Денисенко // Сучасні проблеми металургії. Наукові праці. – Т. 10. – Дніпропетровськ : «Системні технології», 2007. – С. 170–178. – Режим доступа : http://www.nbuv.gov.ua/old_jrn/natural/Spm/2007_10/15.pdf

Цоцко В. И. Аналитическое моделирование температурного поля одномерного образца в условиях местной термообработки / В. И. Цоцко, И. М. Спиридонова, Б. И. Пелешенко, А. И. Денисенко // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Вип. 3 (56). – Т. 2. – Дніпропетровськ, 2008. – С. 22–29. – Режим доступа : http://st.nmetau.edu.ua/journals/56/29_a_ru.pdf

Цоцко В. И. Нестационарное поле температур в металле в условиях импульсного энергетического воздействия / В. И. Цоцко, Б. И. Пелешенко, А. И. Денисенко // Высокоэнергетическая обработка материалов. – Днепропетровск : АРТ-ПРЕСС, 2009. – С. 202–208. – Режим доступа : http://info.donntu.org/el_izdan/geolog/news/35_2010-01-11_9-06-22/fistech09.pdf

Structure of local zones between non-metallic inclusions and steel matrix after laser treatment : сollective monograph / [S. Gubenko, U. Proidak, I. Nikulchenko] // New Technologies and Achievements in Metalurgy, Materials Engineering and Production Enginnering. − Chestochowa : Chestochowa University of Technology, 2015. − Рp. 303−309. − Режим доступа : http://nukat.edu.pl/lib/item?id=chamo:3489692&theme=nukat

Gubenko S. Influence of non-metallic inclusions on the strengthening of steels under laser action / S. Gubenko, I. Nikulchenko // Material Science. Non-Equilibrium Phase Transformations. − Bulgary, Varna, 2015. − № 3. − Pp. 18−24. – Режим доступа : http://www.material-science.eu/journal.html


GOST Style Citations