The influence of the laser treatment on microstructure of the surface layer of an X5CrNi18-10 austenitic stainless steel

The influence of laser shock processing (LSP) on microstructure of the surface layer of an X5CrNi18-10 austenitic stainless steel was studied. The laser treatment was performed using a Q switched Nd:YAG ReNOVAL laser. It was found that the laser shock processing performed under the conditions of 230 MW/cm2 laser power density and pulse duration of 18 ns produced an ablation and melting of the thin surface layer of the treated material, what indicated that the process of LSP was not purely mechanical but rather thermo-mechanical one. However SEM images of the sample cross sections showed that clusters of slip bands were formed during the treatment in the near surface region. Transmission electron microscopy of the laser-shock treated steel have also revealed a very high density of dislocations and stacking faults. The changes in microstructure came down to 70 µm. It has been found that the laser shock processing induced plastic deformation of the surface layer of the investigated material.

Celem pracy była ocena wpływu laserowej obróbki odkształcającej na mikrostrukturę warstwy wierzchniej stali austenitycznej X5CrNi18-10. Proces laserowego odkształcania przeprowadzono za pomocą lasera impulsowego ReNOVALaser Nd:YAG z modulacją Q. W wyniku laserowego odkształcania stali impulsem lasera o gęstości mocy 230 MW/cm2 i czasie trwania impulsu 18 ns nastąpiło przetopienie cienkiej warstwy materiału, co wskazuje, że proces LSP nie był czysto mechaniczny, ale cieplno-plastyczny. Badania przeprowadzone za pomocą skaningowego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego wykazały, że pod cienką warstwą przetopioną znajduje się materiał odkształcony. Na wytrawionych zgładach poprzecznych stali austenitycznej pod cienką warstwą przetopioną ujawniono obecność licznych pasm poślizgu. W mikrostrukturze warstwy wierzchniej stali austenitycznej po laserowej obróbce występowała duża gęstość dyslokacji oraz liczne błędy ułożenia. Badania wykazały, że zastosowane parametry procesu LSP, powodują odkształcenie plastyczne warstwy wierzchniej badanej stali austenitycznej.