DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).1.104-110
Laser Strengthening of Tools and Parts of Automobile Transport Repair Workshops Equipment in the Agricultural Sector
About the Authors
Yuriy Kovalchuk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine
Ivan Lisoviy, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine, e-mail: lisov.iv.ol@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-1480-1805
Vasyl Kravchenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine
Andriy Kovalchuk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ivan Kozhedub Kharkiv National Air Force University, Kharkiv, Ukraine
Abstract
The purpose of this work is to study the effect of laser processing on the surface layers of alloys and to study their microstructure and features in order to improve their mechanical properties and increase the production resource of relevant tools and parts of equipment for repair shops of automobile transport in the agricultural sector.
The effect of laser processing on the near-surface microstructure of alloys was studied. It is shown which steel will have the maximum hardness as a result of laser hardening among steels 40H13, 30H13 and 20H13. As a result of the change in the chemical composition, the levels of martensitic transformation points in the liquid state zones decrease, and a significant amount of residual austenite (40-60%), characterized by a dispersed structure, remains in them. This has a positive effect on the operational characteristics of irradiated products, especially when exposed to external shock loads. The optimal level of dissolution in R6M5, 9HS and HVG steels of initial carbides to obtain the maximum possible hardness during their laser processing was determined. The value of microhardness and heat resistance of bronze as a result of its laser hardening was investigated.
Therefore, the influence of laser processing on the near-surface microstructure of alloys was investigated in order to improve their mechanical properties and increase the resource of production of appropriate tools and parts of automobile transport repair workshops equipment in the agricultural sector. It was determined that the maximum hardness is achieved in the case of hardening steel 40H13, since the carbon content in it is the highest compared to steels 30H13 and 20H13. Also, to obtain the maximum possible hardness during laser processing of R6M5 steel, it is enough to dissolve 30% of the original carbides and 60-70% for 9HS and HVG steels. Treatment of bronze by laser hardening made it possible to achieve values of microhardness up to 700 Hμ50, and heat resistance of the layer up to 350°С. The service life of products made of these laser-hardened alloys is increased by an average of 4-5 times compared to standard heat treatment.
Keywords
laser processing, laser hardening, tempering, wear resistance, microhardness
Full Text:
PDF
References
1. Afanas'ieva, O.V., Lalazarova, N.O. & Fedorenko, Ye..P. (2020). Lazerna poverkhneva obrobka materialiv [Laser surface treatment of materials]. Kharkiv: FOP Panov A.M. [in Ukrainian].
2. Tokarev, A., Bataeva, Z., Grachev, G., Smirnov, A., Khomyakov, M. & Gerber, A. (2015). Laser-plasma treatment of structural steel. Applied Mechanics and Materials, Vol. 788, 58–62 [in English].
3. Aulin, V.V., Lysenko, S.V., Zhylova, I.V. & Verbyts'kyj, O.V. (2020). Rafinuiucho-lehuval'ni dii na poverkhnevyj shar materialu detalej system i ahrehativ transportnykh zasobiv lazernoho potoku enerhii [Refining and alloying effects on the surface layer of the material of parts of systems and units of vehicles of laser energy flow]. Proceedings from Increasing the reliability of machines and equipment '20: mizhnar. nauk.-prakt. konf. (15-17 kvit. 2020 r.) – Int. Sci. And Pract. Conf. (p. 91). Kropyvnytskyy: TSNTU [in Ukrainian].
4. Koval'chuk, Yu.O., Pushka, O.S. & Vojtik, A.V. (2023). Zastosuvannia lehuiuchykh materialiv ta pohlynaiuchykh pokryttiv pry lazernomu zmitsnenni detalej avtomobil'noho transportu [Application of alloying materials and absorbing coatings during laser strengthening of automobile parts]. Sil's'kohospodars'ki mashyny – Agricultural machinery, 49, 99-104. https://doi.org/10.36910/acm.vi49.1026 [in Ukrainian].
5. Lesyk, D.A. et al. (2022). Selektyvne poverkhneve zmitsnennia valu mekhanizmu peredach robotyzovanoiu lazernoiu 3D systemoiu [Selective surface strengthening of the gear mechanism shaft by a robotic laser 3D system]. Visnyk Natsional'noho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriia: Novi rishennia u suchasnykh tekhnolohiiakh – Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: New solutions in modern technologies, 3 (13), 24–29. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.04 [in Ukrainian].
6. Rutkowski, D. & Ambroziak, A. (2014). Effect of laser strengthening on the mechanical properties of car body steels presently used in automotive industry. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 5, 49–57 [in English].
7. Koval'chuk, Yu.O., Kravchenko, V.V. & Oliadnichuk, R.V. (2017). Lazerna obrobka detalej sil's'kohos-podars'koi tekhniky z chavunu [Laser processing of parts of agricultural machinery from cast iron]. Visnyk Ukrains'koho viddilennia Mizhnarodnoi akademii ahrarnoi osvity – Bulletin of the Ukrainian branch of the International Academy of Agrarian Education, 5, 92–99 [in Ukrainian].
8. Zavojko, O.S. (2014). Doslidzhennia lazernoho zmitsnennia kolinchatykh valiv ta mekhaniko-termichnoi obrobky pry rujnuvanni na vtomu ta znos [Investigation of laser hardening of crankshafts and mechanical-thermal treatment in case of fatigue and wear destruction]. Fizyka i khimiia tverdoho tila – Physics and Chemistry of the Solid State, 15, 4, 846-855 [in Ukrainian].
9. Dobras, D. & Rutkowska-Gorczyca, M. (2019). The use of color etching to study the microstructure of laser welded steel used in the automotive industry. Materials Testing, 61 (11), 1087–1094. https://doi.org/10.3139/120.111424 [in English].
10. Koval'chuk, Yu.O., Pushka, O.S., Vojtik, A.V. & Koval'chuk, A.O. (2022). Pidvyschennia znosostijkosti detalej avtomobil'noho transportu v APK shliakhom zastosuvannia lazernoho naplavlennia [Increasing the wear resistance of motor vehicle parts in the agricultural sector by using laser surfacing]. Tekhnika, enerhetyka, transport APK – Technology, energy, transport of agricultural industry, 1 (116), 25–31 [in Ukrainian].
Citations
1. Афанасьєва О.В., Лалазарова Н.О., Федоренко Є.П. Лазерна поверхнева обробка матеріалів: монографія. Харків: ФОП Панов А.М., 2020. 100 с.
2. Laser-plasma treatment of structural steel / A. Tokarev et al. Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 788. P. 58–62.
3. Аулін В.В., Лисенко С.В., Жилова І.В., Вербицький О.В. Рафінуючо-легувальні дії на поверхневий шар матеріалу деталей систем і агрегатів транспортних засобів лазерного потоку енергії. Підвищення надійності машин і обладнання: матеріали міжнар. наук.-практ. конф., 15-17 квіт. 2020 р. Кропивницький: ЦНТУ, 2020. С. 91.
4. Ковальчук Ю.О., Пушка О.С., Войтік А.В. Застосування легуючих матеріалів та поглинаючих покриттів при лазерному зміцненні деталей автомобільного транспорту. Сільськогосподарські машини. 2023. Вип. 49. С. 99–104. https://doi.org/10.36910/acm.vi49.1026
5. Селективне поверхневе зміцнення валу механізму передач роботизованою лазерною 3D системою / Лесик Д.А. та ін. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях. 2022. № 3 (13). С. 24–29. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.04
6. Rutkowski, D., Ambroziak, A. Effect of laser strengthening on the mechanical properties of car body steels presently used in automotive industry. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa. 2014. № 5. Р. 49–57.
7. Ковальчук Ю.О., Кравченко В.В., Оляднічук Р.В. Лазерна обробка деталей сільськогос¬подарської техніки з чавуну. Вісник Українського відділення Міжнародної академії аграрної освіти. 2017. Вип. 5. С. 92–99.
8. Завойко О.С. Дослідження лазерного зміцнення колінчатих валів та механіко-термічної обробки при руйнуванні на втому та знос. Фізика і хімія твердого тіла. 2014. Т. 15. № 4. С. 846–855.
9. Dobras D., Rutkowska-Gorczyca M. The use of color etching to study the microstructure of laser welded steel used in the automotive industry. Materials Testing. 2019. Vol. 61(11). P. 1087–1094. https://doi.org/10.3139/120.111424
10. Підвищення зносостійкості деталей автомобільного транспорту в АПК шляхом застосування лазерного наплавлення / Ковальчук Ю.О. та ін. Техніка, енергетика, транспорт АПК. 2022. № 1 (116). С. 25–31.
Copyright (c) 2024 Yuriy Kovalchuk, Ivan Lisoviy, Vasyl Kravchenko, Andriy Kovalchuk
Laser Strengthening of Tools and Parts of Automobile Transport Repair Workshops Equipment in the Agricultural Sector
About the Authors
Yuriy Kovalchuk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine
Ivan Lisoviy, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine, e-mail: lisov.iv.ol@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-1480-1805
Vasyl Kravchenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine
Andriy Kovalchuk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ivan Kozhedub Kharkiv National Air Force University, Kharkiv, Ukraine
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Afanas'ieva, O.V., Lalazarova, N.O. & Fedorenko, Ye..P. (2020). Lazerna poverkhneva obrobka materialiv [Laser surface treatment of materials]. Kharkiv: FOP Panov A.M. [in Ukrainian].
2. Tokarev, A., Bataeva, Z., Grachev, G., Smirnov, A., Khomyakov, M. & Gerber, A. (2015). Laser-plasma treatment of structural steel. Applied Mechanics and Materials, Vol. 788, 58–62 [in English].
3. Aulin, V.V., Lysenko, S.V., Zhylova, I.V. & Verbyts'kyj, O.V. (2020). Rafinuiucho-lehuval'ni dii na poverkhnevyj shar materialu detalej system i ahrehativ transportnykh zasobiv lazernoho potoku enerhii [Refining and alloying effects on the surface layer of the material of parts of systems and units of vehicles of laser energy flow]. Proceedings from Increasing the reliability of machines and equipment '20: mizhnar. nauk.-prakt. konf. (15-17 kvit. 2020 r.) – Int. Sci. And Pract. Conf. (p. 91). Kropyvnytskyy: TSNTU [in Ukrainian].
4. Koval'chuk, Yu.O., Pushka, O.S. & Vojtik, A.V. (2023). Zastosuvannia lehuiuchykh materialiv ta pohlynaiuchykh pokryttiv pry lazernomu zmitsnenni detalej avtomobil'noho transportu [Application of alloying materials and absorbing coatings during laser strengthening of automobile parts]. Sil's'kohospodars'ki mashyny – Agricultural machinery, 49, 99-104. https://doi.org/10.36910/acm.vi49.1026 [in Ukrainian].
5. Lesyk, D.A. et al. (2022). Selektyvne poverkhneve zmitsnennia valu mekhanizmu peredach robotyzovanoiu lazernoiu 3D systemoiu [Selective surface strengthening of the gear mechanism shaft by a robotic laser 3D system]. Visnyk Natsional'noho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriia: Novi rishennia u suchasnykh tekhnolohiiakh – Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: New solutions in modern technologies, 3 (13), 24–29. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.04 [in Ukrainian].
6. Rutkowski, D. & Ambroziak, A. (2014). Effect of laser strengthening on the mechanical properties of car body steels presently used in automotive industry. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 5, 49–57 [in English].
7. Koval'chuk, Yu.O., Kravchenko, V.V. & Oliadnichuk, R.V. (2017). Lazerna obrobka detalej sil's'kohos-podars'koi tekhniky z chavunu [Laser processing of parts of agricultural machinery from cast iron]. Visnyk Ukrains'koho viddilennia Mizhnarodnoi akademii ahrarnoi osvity – Bulletin of the Ukrainian branch of the International Academy of Agrarian Education, 5, 92–99 [in Ukrainian].
8. Zavojko, O.S. (2014). Doslidzhennia lazernoho zmitsnennia kolinchatykh valiv ta mekhaniko-termichnoi obrobky pry rujnuvanni na vtomu ta znos [Investigation of laser hardening of crankshafts and mechanical-thermal treatment in case of fatigue and wear destruction]. Fizyka i khimiia tverdoho tila – Physics and Chemistry of the Solid State, 15, 4, 846-855 [in Ukrainian].
9. Dobras, D. & Rutkowska-Gorczyca, M. (2019). The use of color etching to study the microstructure of laser welded steel used in the automotive industry. Materials Testing, 61 (11), 1087–1094. https://doi.org/10.3139/120.111424 [in English].
10. Koval'chuk, Yu.O., Pushka, O.S., Vojtik, A.V. & Koval'chuk, A.O. (2022). Pidvyschennia znosostijkosti detalej avtomobil'noho transportu v APK shliakhom zastosuvannia lazernoho naplavlennia [Increasing the wear resistance of motor vehicle parts in the agricultural sector by using laser surfacing]. Tekhnika, enerhetyka, transport APK – Technology, energy, transport of agricultural industry, 1 (116), 25–31 [in Ukrainian].
Citations
1. Афанасьєва О.В., Лалазарова Н.О., Федоренко Є.П. Лазерна поверхнева обробка матеріалів: монографія. Харків: ФОП Панов А.М., 2020. 100 с.
2. Laser-plasma treatment of structural steel / A. Tokarev et al. Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 788. P. 58–62.
3. Аулін В.В., Лисенко С.В., Жилова І.В., Вербицький О.В. Рафінуючо-легувальні дії на поверхневий шар матеріалу деталей систем і агрегатів транспортних засобів лазерного потоку енергії. Підвищення надійності машин і обладнання: матеріали міжнар. наук.-практ. конф., 15-17 квіт. 2020 р. Кропивницький: ЦНТУ, 2020. С. 91.
4. Ковальчук Ю.О., Пушка О.С., Войтік А.В. Застосування легуючих матеріалів та поглинаючих покриттів при лазерному зміцненні деталей автомобільного транспорту. Сільськогосподарські машини. 2023. Вип. 49. С. 99–104. https://doi.org/10.36910/acm.vi49.1026
5. Селективне поверхневе зміцнення валу механізму передач роботизованою лазерною 3D системою / Лесик Д.А. та ін. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях. 2022. № 3 (13). С. 24–29. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.04
6. Rutkowski, D., Ambroziak, A. Effect of laser strengthening on the mechanical properties of car body steels presently used in automotive industry. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa. 2014. № 5. Р. 49–57.
7. Ковальчук Ю.О., Кравченко В.В., Оляднічук Р.В. Лазерна обробка деталей сільськогос¬подарської техніки з чавуну. Вісник Українського відділення Міжнародної академії аграрної освіти. 2017. Вип. 5. С. 92–99.
8. Завойко О.С. Дослідження лазерного зміцнення колінчатих валів та механіко-термічної обробки при руйнуванні на втому та знос. Фізика і хімія твердого тіла. 2014. Т. 15. № 4. С. 846–855.
9. Dobras D., Rutkowska-Gorczyca M. The use of color etching to study the microstructure of laser welded steel used in the automotive industry. Materials Testing. 2019. Vol. 61(11). P. 1087–1094. https://doi.org/10.3139/120.111424
10. Підвищення зносостійкості деталей автомобільного транспорту в АПК шляхом застосування лазерного наплавлення / Ковальчук Ю.О. та ін. Техніка, енергетика, транспорт АПК. 2022. № 1 (116). С. 25–31.