Все статьи автора в журнале: Хао Ц.

1. Прогнозирование глубины упрочненной зоны дорожки качения линейной направляющей рельсы после лазерной закалки

   Prediction of hardened zone depth of raceway of linear guide rail after laser hardening

   Номер: 2025 / 06

   Петроченко С.В. | Petrochenko S.V. | Хао Ц. | Hao TS. | Федоров А.А. | Fedorov A.A. | Макашин Д.С. | Makashin D.S. | dima.makashin@gmail.comdima.makashin@gmail.com

   Авторы статьи

   Authors

   Петроченко С.В.

   Petrochenko S.V.

   Хао Ц.

   Hao TS.

   Федоров А.А.

   Fedorov A.A.

   Макашин Д.С.

   Makashin D.S.

   dima.makashin@gmail.com

   dima.makashin@gmail.com

   ---

   Прогнозирование глубины упрочненной зоны дорожки качения линейной направляющей рельсы после лазерной закалки

    

   УДК 621.78.084

   DOI: 10.36652/1813-1336-2025-21-6-264-271

    

   Рассмотрена проблема повышения износостойкости дорожек качения линейных направляющих рельсов. Одним из перспективных на сегодняшний момент методов повышения износостойкости является лазерная закалка. На формирование упрочненной зоны влияют физические и оптические свойства упрочняемого материала, геометрия детали, технологические параметры режима лазерной закалки, учитываются предыдущие циклы термической и механической обработки. Процесс распределения тепла в детали в результате лазерного воздействия моделировали с применением метода конечных элементов. Верификацию полученной модели проводили путем закалки дорожек качения линейных направляющих рельсов на роботизированном комплексе для лазерной термообработки. Глубину упрочненной зоны определяли методом оптической макроскопии, микроструктурный анализ осуществляли на металлографическом микроскопе. Распределение микротвердости по глубине упрочненного слоя было определено путем вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды по методу Виккерса. Методом конечных элементов получена модель распределения тепла в линейном направляющем рельсе в зависимости от мощности излучения, скорости обработки, размеров лазерного пучка. Расхождение данных по глубине упрочненной зоны, вычисленных согласно полученной модели и полученных экспериментально, не превышает 4,5 %. Получены уравнения регрессии зависимости глубины упрочненной зоны от скорости обработки и мощности лазерного излучения. Зависимость глубины обработки от скорости обработки имеет нелинейный характер, от мощности обработки — линейный. В результате проведенного микроструктурного анализа установлено, что более длительное воздействие лазерным излучением приводит к образованию более грубого конечного зерна мартенсита. Результаты распределения микротвердости по глубине согласуются с результатами моделирования. Повышенные значения микротвердости в приповерхностном слое обеспечиваются за счет полного превращения избыточного феррита в аустенит и насыщения этих участков углеродом.

   ---

   Ключевые слова

   лазерная закалка, линейные направляющие рельсы, среднеуглеродистая сталь, глубина упрочненной зоны, конечно-элементный анализ, микроструктурный анализ, микротвердость

   Prediction of hardened zone depth of raceway of linear guide rail after laser hardening

   The necessity to enhance the wear resistance of linear guideway rails’ raceways is imperative. Among the array of methods available for increasing wear resistance, laser hardening stands as a particularly promising approach. The formation of the hardened zone is influenced by several factors, including the physical and optical properties of the hardened material, the geometry of the part, and the technological parameters of the laser hardening mode. Previous cycles of thermal and mechanical treatment also play a role in determining the hardened zone’s characteristics. The finite element method was employed to model the heat distribution process within the component due to laser impact. The model’s validity was verified by subjecting the raceways of linear guide rails to laser hardening using a robotic complex. The depth of the hardened zone was determined through optical microscopy, and microstructural analysis was conducted using a metallographic microscope. The distribution of microhardness along the depth of the hardened layer was determined by indentation of a tetrahedral diamond pyramid according to the Vickers method. A model of heat distribution in a linear guide rail as a function of radiation power, processing speed, and laser beam size was obtained using the finite element method. The discrepancy between the data on the depth of the hardened zone calculated according to the obtained model and those obtained experimentally does not exceed 4.5 %. The regression equations of the dependence of hardened zone depth on processing speed and laser power are obtained. The dependence of processing depth on processing speed is found to be nonlinear, while the dependence on processing power is linear. The results of the microstructural analysis indicate that longer exposure to laser radiation leads to the formation of coarser final martensite grains. The results of the microhardness distribution by depth are found to be in agreement with the modeling results. The increased values of microhardness in the near-surface layer are attributed to the complete transformation of excess ferrite into austenite and saturation of these areas with carbon.

   ---

   Keywords

   laser hardening, linear rail guides, medium carbon steel, hardened zone depth, finite element analysis, microstructural analysis, microhardness