Physical and Technological Principles of Processing Steel with UV Laser Radiation

Abstract

Основною метою статті є дослідження зміцнення сталі з використанням нестандартних довжин хвиль лазерного випромінювання. Описано також фізичні принципи взаємодії лазерного випромінювання з речовиною. Були проведені експерименти із загартування стали УФ-лазером (довжина хвилі 355 нм). Проведено експерименти та порівняльний аналіз об'ємного загартування сталі з охолодженням у воді, загартування лазерним променем YVO4 лазера з λ = 1,06 мкм та загартування лазерним променем YVO4 лазера з λ = 0,355 мкм. Дослідження проводилися на конструкційній сталі 45 та інструментальних сталях У12 та Р6М5. У ході досліджень були отримані нові цікаві наукові результати: вивчення мікроструктури зразків сталі У12 за допомогою електронного мікроскопа показало, що мартенсит, що утворюється при загартуванні УФ-випромінюванням, більш дисперсний, в результаті чого, можна зробити висновок, що така обробка може призвести до отримання поверхневих наноструктур розміром до 100 нм. Однак у зв'язку з малою продуктивністю і малою потужністю УФ-випромінювання пропоноване загартування сталі можна рекомендувати для вимірювального та ріжучого інструменту.

The main purpose of the article is to study the hardening of steel using non-standard wavelengths of laser radiation. The physical principles of the interaction of laser radiation with matter are also described. Experiments were carried out on hardening steel with a UV laser (wavelength 355 nm). The following experiments and a comparative analysis of volumetric hardening of steel with cooling in water, hardening with a YVO4 laser beam with λ = 1.06 µm and hardening with a YVO4 laser beam with λ = 0.355 µm. The studies were carried out on structural steel 45 and tool steels У12 and Р6M5. In the course of the research, new interesting scientific results were obtained: the study of the microstructure of U12 steel samples using an electron microscope showed that the martensite formed during quenching by UV radiation is more dispersed, as a result of which it can be concluded that such processing can lead to the production of surface nanostructures up to 100 nm in size. However, due to the low productivity and low power of UV radiation, the proposed steel hardening can be recommended for measuring and cutting tools.