|
DOI: 10.14489/td.2026.06.pp.049-061
Козочкин М. П., Федоров С. В., Остриков Е. А., Мустафаев Э. С., Шехтман С. Р., Лаврешин Н. С., Потапов Д. П.
ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКА СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ПОСРЕДСТВОМ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
(с. 49-61)
Аннотация. Представлены результаты экспериментов по оценке свойств инстру-ментальных материалов, проявляющихся при воздействии на них лазерных импульсов. Энергия акустических сигналов, сопровождающих быстрое удаление небольших объемов материала, представляется как отражение внутренней энергии материала образца. В качестве показателя сопротивляемости материала внешним разрушающим воздействиям рассматривается отношение амплитуды акустической эмиссии, сопровождающей лазерное воздействие, к объему извлеченного материала. Эксперименты по определению удельной амплитуды проводились на образцах из разных марок поликристаллического алмаза, эльбора и других материалов. Показаны сравнительные испытания при резании инструментами с разными марками эльбора, подтвердившие эффективность предложенного показателя сопротивляемости материала.
Ключевые слова: лазерное зондирование, акустическая эмиссия, спектральный анализ, инструментальные материалы, износостойкие покрытия, удельная амплитуда, стойкость инструмента.
Kozochkin M. P., Fedorov S. V., Ostrikov E. A., Mustafaev E. S., Shekhtman S. R., Lavreshin N. S., Potapov D. P.
EXPRESS DIAGNOSTICS OF THE PROPERTIES OF TOOL MATERIALS AND WEAR-RESISTANT COATINGS USING LASER PROBING
(pp. 49-61)
Abstract. Research into the development of new tool materials and wear-resistant coatings is being conducted worldwide. The quality of the obtained results depends on many factors, including the composition of the components, their proportions, the conditions for preparing the working mixture, and sintering modes. Selecting the most successful combination of factors is a labor-intensive undertaking, requiring lengthy and costly full-scale testing of cutting tools equipped with inserts made of new alloys. This paper examines a method for quickly assessing the resistance to destructive factors for samples of new material variants. The method is based on the premise that a material's ability to resist external destructive influences is determined by the amount of internal energy of the substance. The internal energy of the substance is estimated by the ratio of the amplitude of the acoustic emission signal generated during laser processing to the volume of material removed by laser pulses. It is assumed that acoustic emission signals arise from the restructuring of the material following a disturbance in the equilibrium of internal forces following the rapid removal of an element of the sample's volume. The article presents data on the results of evaluating specific amplitudes for superhard materials, a hard alloy, and an example of a high-entropy alloy. Specific amplitude values vary significantly among conventional metals, hard alloys, and superhard tool materials such as synthetic diamonds and CBN. Studies of similar tool compositions equipped with CBN inserts revealed different wear rates during finish turning, consistent with their specific amplitude values. The presented studies addressed the possibility of using the specific amplitude metric to test wear-resistant coatings. It was found that this metric can be applied for coating thicknesses of 2 µm or greater by reducing the power and number of laser pulses. The aim of the work is to assess the possibility of using the specific amplitude indicator of acoustic emission to obtain information on the resistance to destructive effects of the developed instrumental materials and the prospects for further development of this area of acoustic diagnostics.
Keywords: laser probing, acoustic emission, spectral analysis, tool materials, wear-resistant coatings, specific amplitude, tool life.
М. П. Козочкин, С. В. Федоров, Е. А. Остриков, Э. С. Мустафаев, С. Р. Шехтман, Н. С. Лаврешин, Д. П. Потапов (ФГАОУ ВО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
, shex@inbox.,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
M. P. Kozochkin, S. V. Fedorov, E. A. Ostrikov, E. S. Mustafaev, S. R. Shekhtman, N. S. Lavreshin, D. P. Potapov (Moscow State Technological University “Stankin”, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
, shex@inbox.,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Козочкин М. П., Федоров С. В., Мигранов М. Ш. и др. Связи параметров сигналов акустической эмиссии с особенностями обработки материалов // Контроль. Диагностика. 2025. Т. 28, № 10. С. 25 ‒ 40.
2. Козочкин М. П., Маслов А. Р., Порватов А. Н. Информационно-измерительные и управляющие системы силовых и виброакустических параметров // Измерительная техника. 2015. № 8. С. 5 ‒ 8.
3. Семашко Н. А., Шпорт В. И., Марьин Б. Н. Акустическая эмиссия в экспериментальном материаловедении. М.: Машиностроение, 2002. 239 с.
4. Горицкий В. М. Диагностика металлов. М.: Металлургиздат, 2004. 402 с.
5. Иванов В. И., Барат В. А. Акустико-эмиссионная диагностика. М.: Спектр, 2017. 362 с.
6. Пестриков В. М., Морозов Е. М. Механика разрушения твердых тел. СПб.: Профессия, 2002. 300 с.
7. Харебов В. Г., Жуков А. В., Кузьмин А. В. Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах // В мире неразрушающего контроля. 2008. № 3(41). С. 24 ‒ 26.
8. Grigoriev S. N., Kozochkin M. P., Volosova M. A., et al. Vibroacoustic Monitoring Features of Radiation-Beam Technologies by the Case Study of Laser, Electrical Discharge, and Electron-Beam Machining // Metals. 2021. Vol. 11, No. 7. P. 1117. DOI: 10.3390/met11071117
9. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1986. 504 с.
10. Чесноков В. В., Чесноков Д. В., Райхерт В. А. Термомеханические процессы, инициированные импульсным лазерным излучением в слоистых наноструктурах // Вестник СГГА. 2010. Вып. 1(12). С. 123 ‒ 133.
11. Либенсон М. Н., Яковлев Е. Б., Шандыбина Г. Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов: учеб. пособие / под ред. В. П. Вейко. СПб.: НИУ ИТМО, 2014. 181 с.
12. Вейко В. П., Либенсон М. Н., Червяков Г. Г., Яковлев Е. Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика / под ред. В. И. Конова. М.: Физматлит, 2008, 312 с.
13. Байдуллаева А., Велещук В. П., Власенко А. И. и др. Влияние процесса плавления на акустический отклик соединений CdTe и GaAs при импульсном лазерном облучении // Физика и техника полупроводников. 2008. Т. 42, Вып. 3. С. 286 ‒ 290.
14. Kozochkin M. P., Migranov M. Sh., Fedorov S. V., at al. Patterns of Changes in Acoustic Emission Parameters During Laser Impact on Superhard Materials // Letters on Materials. 2025. Vol. 15, No. 4. P. 394 ‒ 400. DOI: 10.48612/letters/2025-4-394-400
15. Пат. РФ 2849326 С1. Способ оперативной оценки сопротивляемости разрушающим факторам высокопрочных и сверхтвердых материалов / М. П. Козочкин, С. В. Федоров, М. А. Волосова и др. Опубл. 23.10.2025, Бюл. № 30.
16. Старков В. К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1984. 160 с.
17. Виноградова Н. В., Прокофьев М. А. Взаимосвязь скрытой энергии деформации с технологическими условиями механической обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2011. № 1. С. 3 ‒ 7.
18. Сулейманова Л. А. Энергия внутренних связей в материале – основа его прочности, деформативности и сопротивляемости различным факторам // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2015. № 6. С. 154 ‒ 159.
19. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989. 296 с.
20. Чабанов В. Е., Жуков В. А. Особенности ультразвукового контроля с применением электромагнитно-акусти-ческих преобразователей // В мире неразрушающего контроля. 2013. № 1(59). С. 36 – 43.
21. Действие лазерного излучения на поглощающие среды. Труды ИОФАН. Т. 60 / ред. С. В. Гарнов, А. А. Самохин. М.: Наука, 2004. 156 с. ISBN 5-02-002845-2.
22. Делоне Н. Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом: курс лекций. М.: Наука, 1989. 277 с.
23. Ермолов И. Н., Алешин Н. П., Потапов А. И. Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля. М.: Высшая школа, 1991. 283 с.
24. Grigoriev S. N., Kozochkin M. P., Porvatov A. N., et al. Acoustic Features of the Impact of Laser Pulses on Metal-Ceramic Carbide Alloy Surface // Sensors. 2024. Vol. 24, No. 16. Art. 5160. DOI: 10.3390/s24165160
1. Kozochkin, M. P., Fedorov, S. V., Migranov, M. Sh., et al. (2025). Relationships between acoustic emission signal parameters and features of material processing. Kontrol'. Diagnostika, 28(10), 25–40. [in Russian language].
2. Kozochkin, M. P., Maslov, A. R., & Porvatov, A. N. (2015). Information-measuring and control systems for force and vibroacoustic parameters. Izmeritel'naya tekhnika, (8), 5–8. [in Russian language].
3. Semashko, N. A., Shport, V. I., & Marin, B. N. (2002). Acoustic emission in experimental materials science. Mashinostroenie. [in Russian language].
4. Goritsky, V. M. (2004). Diagnostics of metals. Metallurgizdat. [in Russian language].
5. Ivanov, V. I., & Barat, V. A. (2017). Acoustic emission testing. Spektr. [in Russian language].
6. Pestrikov, V. M., & Morozov, E. M. (2002). Fracture mechanics of solids. Professiya. [in Russian language].
7. Kharebov, V. G., Zhukov, A. V., & Kuzmin, A. V. (2008). Practical evaluation of the acoustic emission method on process gas pipelines. V mire nerazrushayushchego kontrolya, (3), 24–26. [in Russian language].
8. Grigoriev, S. N., Kozochkin, M. P., Volosova, M. A., et al. (2021). Vibroacoustic monitoring features of radiation-beam technologies by the case study of laser, electrical discharge, and electron-beam machining. Metals, 11(7), Article 1117. https://doi.org/10.3390/met11071117
9. Duley, W. W. (1986). Laser technology and materials analysis. Mir. [in Russian language].
10. Chesnokov, V. V., Chesnokov, D. V., & Raikhert, V. A. (2010). Thermomechanical processes initiated by pulsed laser radiation in layered nanostructures. Vestnik SGGA, (1), 123–133. [in Russian language].
11. Libenson, M. N., Yakovlev, E. B., & Shandybina, G. D. (2014). Interaction of laser radiation with matter (power optics). Part II. Laser heating and destruction of materials (V. P. Veiko, Ed.). NIU ITMO. [in Russian language].
12. Veiko, V. P., Libenson, M. N., Chervyakov, G. G., & Yakovlev, E. B. (2008). Interaction of laser radiation with matter. Power optics (V. I. Konov, Ed.). Fizmatlit. [in Russian language].
13. Baidullaeva, A., Veleshchuk, V. P., Vlasenko, A. I., et al. (2008). Influence of the melting process on the acoustic response of CdTe and GaAs compounds under pulsed laser irradiation. Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 42(3), 286–290. [in Russian language].
14. Kozochkin, M. P., Migranov, M. Sh., Fedorov, S. V., et al. (2025). Patterns of changes in acoustic emission parameters during laser impact on superhard materials. Letters on Materials, 15(4), 394–400. https://doi.org/10.48612/letters/2025-4-394-400
15. Kozochkin, M. P., Fedorov, S. V., Volosova, M. A., et al. (2025). Method for rapid assessment of resistance to destructive factors of high-strength and superhard materials (Russian Federation Patent No. RU 2849326 C1). [in Russian language].
16. Starkov, V. K. (1984). Dislocation concepts of metal cutting. Mashinostroenie. [in Russian language].
17. Vinogradova, N. V., & Prokofiev, M. A. (2011). Relationship between latent deformation energy and technological conditions of machining. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya, (1), 3–7. [in Russian language].
18. Suleymanova, L. A. (2015). Energy of internal bonds in a material – the basis of its strength, deformability and resistance to various factors. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova, (6), 154–159. [in Russian language].
19. Starkov, V. K. (1989). Machining by cutting. Stability and quality control in automated production. Mashinostroenie. [in Russian language].
20. Chabanov, V. E., & Zhukov, V. A. (2013). Features of ultrasonic testing using electromagnetic-acoustic transducers. V mire nerazrushayushchego kontrolya, (1), 36–43. [in Russian language].
21. Garnov, S. V., & Samokhin, A. A. (Eds.). (2004). Effect of laser radiation on absorbing media. Proceedings of the General Physics Institute, Vol. 60. Nauka. [in Russian language].
22. Delone, N. B. (1989). Interaction of laser radiation with matter: Course of lectures. Nauka. [in Russian language].
23. Ermolov, I. N., Aleshin, N. P., & Potapov, A. I. (1991). Non-destructive testing. Acoustic testing methods. Vysshaya shkola. [in Russian language].
24. Grigoriev, S. N., Kozochkin, M. P., Porvatov, A. N., et al. (2024). Acoustic features of the impact of laser pulses on metal-ceramic carbide alloy surface. Sensors, 24(16), Article 5160. https://doi.org/10.3390/s24165160
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2026.06.pp.049-061
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2026.06.pp.049-061
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»