ИСТОРИЯ МАТЕМАТИКИ И ПРИЛОЖЕНИЯ

Моделирование энергетического воздействия при лазерном микроструктурировании изделий из углеродистых сталей

И. В. Минаев^a, А. Н. Чуканов^b, Д. В. Журба^c, И. В. Голышев^a, С. Н. Кутепов^b, Д. С. Клементьев^b, Е. В. Цой<sup>b

a</sup> ООО «Научно-производственное предприятие “ТЕЛАР”» (г. Тула)
^b Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого (г. Тула)
^c Национальный исследовательский университет ИТМО (г. Санкт-Петербург)

Аннотация: В статье описана методика моделирования в программной среде COMSOL (ПК COMSOL Multiphysics) энергетических параметров лазерного воздействия, позволяющего без разрушения поверхностного слоя оптимизировать микроструктуру и повысить физико-механические свойства рабочих поверхностей деталей из углеродистых сталей.
На основании теоретических представлений о механизмах основных процессов, определяющих энергетические характеристики воздействие лазерного излучения, были получены уравнения средней плотности энергии (энергетической дозы) лазерного излучения, температуры локального нагрева в центре пятна сканирования обрабатываемой поверхности, а также площади покрытия излучением в единицу времени и скорости её покрытия излучением, достаточной для изменения микроструктуры углеродистой стали без разрушения поверхностного слоя. На основании их экспериментальной апробации были разработаны режимы лазерного воздействия (микроструктурирования), обеспечившие возможность управления диффузией углерода из внутренних слоев детали к её рабочим поверхностям. Реализация разработанных режимов позволила сформировать структуру поверхностного слоя с повышенным содержанием углерода и высокой твердостью без оплавления за счёт диффузии углерода из внутренних слоев к рабочим поверхностям изделий.
Результаты исследований послужили основой для оформления патента РФ на способ лазерной микрообработки сталей (RU 2 840 325 C1).

Ключевые слова: углеродистые стали, лазерное микроструктурирование, плотность энергии, площадь лазерного покрытия, твёрдость, остаточные напряжения.

УДК: 004.942:535.872:621.373.826

Поступила в редакцию: 03.05.2025
Принята в печать: 17.10.2025

DOI: 10.22405/2226-8383-2025-26-4-520-533