Laser thermal hardening of gear wheels manufactured from powder materials

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

It is difficult to imagine modern mechanical engineering without timely and targeted improvement of technological processes, in connection with which new and enhanced traditional methods of manufacturing and processing various types of structures and parts are being developed. One of the ways to reduce the economic costs of machining gears made by traditional methods is the transition to the field of powder metallurgy - powder sintering. This paper presents the possibility of a local increase in the mechanical properties of gears made by powder sintering using laser processing. Laser processing was carried out on a robotic welding and heat strengthening complex, which includes a 6-axis industrial robot, a 2-axis welding positioner, a laser head and a 5 kV ytterbium fiber laser. The high porosity of the sintered material compared to cast billets is a factor limiting the possibility of using laser thermal hardening, as it increases the likelihood of melting the edges of the machined surfaces. The present work is aimed at solving this problem. Before carrying out the experiments, the main quality criteria were identified: “no melting” and “hardening depth”. In the course of a series of experiments on laser thermal hardening, it was possible to significantly increase the hardness of the samples (in the delivered state about 30 HRC), which after processing is in the range from 55 to 65 HRC with a depth of up to 2800 μm on gear teeth made of powder materials. However, open questions remain, which are resolved in performance testing, such as durability and wear.

Авторлар туралы

Denis Razin

National University of Science and Technology “MISIS”

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: denisrazintv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9506-2540

Postgraduate student of the Department of Physical Materials Science, Institute of New Materials and Nanotechnologies

Moscow, Russian Federation

Iliya Pechnikov

Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs

Email: pechnikov@laser33.ru
ORCID iD: 0009-0003-6727-8525

Postgraduate student of the Department of Thermal Engines and Power Plants, Institute of Mechanical Engineering and Automobile Transport

Vladimir, Russian Federation

Kirill Frolov

Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs

Email: golegoga33rus@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8691-8151

Postgraduate student of the Department of Functional Analysis and Its Applications, Institute of Applied Mathematics, Physics and Informatics

Vladimir, Russian Federation

Alexander Lyukhter

Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs

Email: 3699137@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1523-0637

Candidate of Technical Sciences, Adviser to the Rector's Office, Director of the Scientific and Educational Center for the Implementation of Laser Technologies

Vladimir, Russian Federation

Әдебиет тізімі

  1. Aborkin AV, Babin DM, Bokarev DV, Elkin AI. Effect of annealing on the structure and properties of aluminum matrix composites hardened with WC1x/CNT structures. Vitality and Structural Materials Science (ZhivKoM — 2020): Proceedings of the V International Scientific and Technical Conference in a remote format. Moscow, October 27–29. 2020:3–6. (In Russ.)
  2. Aborkin A, Khorkov K, Prusov E, Ob’edkov A, Kremlev K, Perezhogin I, Alymov M. Effect of Increasing the Strength of Aluminum Matrix Nanocomposites Reinforced with Microadditions of Multiwalled Carbon Nanotubes Coated with TiC Nanoparticle. Nanomaterials. 2019;9(11):1596. https://doi.org/10.3390/nano9111596
  3. Animesh B, Eisen WB. Hot Consolidation of Powders & Particulates. Metal Powder Industries Federation, Princeton, USA, 2003.
  4. German RM. (Ed.) Powder Metallurgy Science. 2nd ed.; Metal Powder Industries Federation. Princeton, NJ, USA; 1994.
  5. Hidalgo AA, Frykholm R, Ebel T, Pyczak F. Powder Metallurgy Strategies to Improve Properties and Processing of Titanium Alloys: A Review. Advanced Engineering Materials. 2017;19(6):1600743. https://doi.org/10.1002/adem.201600743
  6. Bolzoni L. Sintering of Titanium Alloys. Processing and Properties. Encyclopedia of Materials: Metals and Alloys. 2022;3:353–361. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819726-4.00081-8
  7. Bolzoni L, Ruiz-Navas E.M., Gordo E. Understanding the properties of low-cost iron-containing powder metallurgy titanium alloys. Materials and Design. 2016;110:317–323. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.08.010
  8. Bocanegra-Bernal MH. Hot isostatic pressing (HIP) technology and its applications to metals and ceramics. Journal of materials science. 2004;39(21): 6399–6420. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000044878.11441.90
  9. Schatt W, Wieters K-P. Powder metallurgy: processing and materials. European powder metallurgy association. EPMA Publ.; 1997.
  10. Bzhitskikh AP. Increasing the wear resistance of the gear drive of the drilling winch based on the regular microrelief of the teeth surface. Proceedings of the conference “Geology and oil and gas potential of the West Siberian megabasin (experience, innovation)” Tyumen, December 10–11. Tyumen Industrial University Publ.; 2014. Р. 19–23. (In Russ.)
  11. Frerichs F, Lu Y, Lübben T, Radel T. Process Signature for Laser Hardening. Metals. 2021;11:465. https://doi.org/10.3390/met11030465
  12. Zhang H, Shi Y, Xu CY, Kutsuna M. Surface Hardening of Gears by Laser Beam Processing. Surface Engineering. 2003;19(2):134–136. https://doi.org/10.1179/026708403225002595
  13. Pechnikov IS, Zavitkov AV, Frolov KA. Application of laser technologies in heat treatment of gear ring gear. Proceedings of the conference “Science and technology in the road industry”. Moscow, March 18. 2021;4:70–72. (In Russ.)
  14. Nemecek S, Muzik T, Misek M. Laser hardening of gear wheels. International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics. AIP Publ.; 2012:411. https://doi.org/10.2351/1.5062480
  15. Grezev NV, Begunov IA, Shamov EM. Laser hardening of gear teeth using a powerful fibre laser. Welding International. 2016;30(11):875–879. https://doi.org/10.1080/09507116.2016.1154268
  16. Suslina SV. Sealing microporosity in parts manufactured by powder metallurgy. Modern problems of science and education. 2005;1:37–38. (In Russ.)
  17. Ye Y, Zhang Y, Huang T, Zou S, Dong Y, Ding H, Vasudevan VK, Ye C. A Critical Review of Laser Shock Peening of Aircraft Engine Components. Advanced Engineering Materials. 2023:2201451. https://doi.org/10.1002/adem.202201451

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».