Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия

В. В. Измайлов, профессор кафедры прикладной физики, докт. техн. наук
К. А. Сахаров, ассистент кафедры технологии металлов и материаловедения
М. В. Новоселова, доцент кафедры прикладной физики, канд. техн. наук
Л. Е. Афанасьева, доцент кафедры технологии металлов и материаловедения, канд. физ.–мат. наук, эл. почта: ludmila.a@mail.ru

Методами металлографического и рентгенофазового анализов, а также в ходе трибологических испытаний исследованы образцы быстрорежущей стали Р6М5 после различных технологических процессов: упрочнения по стандартной технологии, состоящей из объемной закалки и трехкратного отпуска; после лазерной резки с продувкой азотом; после лазерной резки и криогенной обработки в жидком азоте. Показаны различия фазового состава и микроструктуры образцов. После лазерной резки в зоне закалки выявлено повышенное содержание остаточного аустенита — около 30 %. Микроструктура стали вблизи поверхности реза имеет ячеистое строение, средний размер дендритной ячейки составляет около 3 мкм, микротвердость — 8600 МПа. Криогенная обработка снижает количество остаточного аустенита до 9 %, сохраняется ячеистая микроструктура литого металла. Микротвердость стали повышается до 9800 МПа. В образцах, упрочненных по стандартной технологии, микроструктура представлена мартенситом и карбидами, остаточный аустенит не выявлен. Микротвердость стали составляет около 8300 МПа. Приведены результаты экспериментов по определению фрикционных характеристик: параметров двучленного закона трения Ш. Кулона F0 и fC, коэффициента трения fA в соответствии c известным одночленным законом трения Г. Амонтона, параметров удельной силы трения τ0 и β в соответствии с известной в трибологии линейной зависимостью удельной силы трения от фактического контактного давления. Показано, что в результате криогенной обработки наблюдается снижение до 20 % коэффициента трения в контакте образцов стали Р6М5 с металлическим контробразцом. Величина удельной силы трения после криогенной обработки незначительно возрастает.
DOI: 

1. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной сварки, резки и размерной обработки. — М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. — 376 с.
2. Steen W. M. Laser material processing. — London : Springer-Verlag, 2003. — 408 p.
3. Khatak P. Laser cutting technique: A literature review // Materials today: proceedings. 2022. Vol. 56. P. 2484–2489. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.08.250
4. Nabavi S. F., Farshidianfar A., Dalir H. An applicable review on recent laser beam cutting process characteristics modeling: Geometrical, metallurgical, mechanical, and defect // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. Vol. 130. № 5. P. 2159–2217. DOI: 10.1007/s00170–023–12812–0
5. Bonek M., Dobrzanski L. A., Hajduczek E., Klimpel A. Structure and properties of laser alloyed surface layers on the hot–work tool steel // J. Materials Processing Technology. 2006. Vol. 175. P. 45–54. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.04.029
6. Афанасьева Л. Е., Новоселова М. В., Измайлов В. В., Барчуков Д. А. Исследование триботехнических свойств поверхностей, полученных воздействием концентрированных потоков энергии: монография. — Тверь : Тверской государственный технический университет, 2022. — 164 с.
7. Измайлов В. В., Новоселова М. В., Сахаров К. А., Афанасьева Л. Е. Влияние параметров лазерной резки на шероховатость поверхности реза быстрорежущей стали // Черные металлы. 2025. № 8. С. 70–75.
8. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. — М. : Металлургия, 1983. — 527 с.
9. Kremnev L. S. Alloying theory and its use for creation of heat–resistant tool steels and alloys // Met Sci Heat Treat. 2008. Vol. 50. P. 526–534. DOI: 10.1007/s11041–009–9097–9
10. Kremnev L. S., Onegina A. K., Vinogradova L. A. Special features of transformations, structure and properties of molybdenum high–speed steels // Met Sci Heat Treat. 2009. Vol. 51, Iss. 11-12. P. 579–584. DOI: 10.1007/s11041–010–9214–9
11. Adaskin A. M., Kremnev L. S. Sapronov I. Y. Fracture of ledeburite and hypereutectoid high–speed steels // Met Sci Heat Treat. 2011. Vol. 53. P. 280–284. DOI: 10.1007/s11041–011–9383–1
12. Sobih M., Crouse P. L., Li L. Striation–free fibre laser cutting of mild steel sheets // Applied Physics A. 2008. Vol. 90. № 1. P. 171–174. DOI: 10.1007/s00339–007–4247–7
13. Alsaadawy M., Dewidar M., Said A., Maher I., Shehabeldeen T. A. A comprehensive review of studying the influence of laser cutting parameters on surface and kerf quality of metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. Vol. 130. № 3. P. 1039–1074. DOI: 10.1007/s00170–023–12768–1
14. Бинь Л. Т., Болобов В. И., Юсупов Г. А., Мосеев М. П. Обработка холодом как способ повышения износостойкости материала бурового инструмента // Горный информационно–аналитический бюллетень. 2016. № 11. С. 108–114.
15. Chiadikobi C. I., Thornton R., Statharas D., Weston D. P. Microstructural and mechanical characterisation of quenched, quenched and tempered AISI M2 high–speed steel subjected to deep cryogenic treatment // Metall Mater Trans A. 2025. Vol. 56. № 1. P. 111–124. DOI: 10.1007/s11661–024–07613–3
16. Weng Z., Gu K., Cui C., Zhang M., Chen L., Wang J. The effect of deep cryogenic treatment on the microstructure evolution and mechanical properties of M2 high speed steel // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2025. Vol. 1327. № 1. 012207. DOI: 10.1088/1757–899X/1327/1/012207
17. Pieśko P., Korpysa J., Zawada–Michałowska M. On the use of cyclic cryogenic treatment to improve the properties of high–speed steel // Materials. 2024. Vol. 17. № 23. 5998. DOI: 10.3390/ma17235998
18. Sathishkumar N., Arumaikkannu G., Thangapandian N., Hem Anand E. A. Exploring the impact of cryogenic treatment on detonation spray coated M2 high speed steel // Materials and Manufacturing Processes. 2024.Vol. 39. № 15. P. 2081–2098. DOI: 10.1080/10426914.2024.2394990
19. ГОСТ 19265–73. Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия. — Введ. 01.01.1975.
20. Пат. 2150688 РФ. Способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала / Измайлов В. В., Гусев А. Ф., Нестерова И. Н., Иванова А. А., заявл. 25.12.1998 ; опубл. 10.06.2000, Бюл. № 16.
21. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977
22. ГОСТ 27674–88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. — Введ. 01.01.1989