Application of Direct Laser Deposition to the Repair of Highly Loaded Transport Engineering Parts

R. V. Kuznetsov  and O. P. Pinkhasov

doi:10.17804/2410-9908.2026.3.064-077

R. V. Kuznetsov and O. P. Pinkhasov

APPLICATION OF DIRECT LASER DEPOSITION TO THE REPAIR OF HIGHLY LOADED TRANSPORT ENGINEERING PARTS

DOI: 10.17804/2410-9908.2026.3.064-077

The paper examines the applicability of direct laser deposition as a repair technology for restoring worn highly loaded parts in transport engineering, using the bearing shield of a traction electric motor as a case study. The relevance of the study is determined by the need to extend the service life of critical components, reduce repair costs, and minimize the thermal impact on the base material in comparison with applying conventional surfacing methods. Metal powder compositions of 12Kh18N10T and 20Kh13 steels produced by plasma atomization were selected as repair materials. Incoming inspection of the powders included the analysis of chemical composition, particle size distribution, particle morphology, and flowability. In order to determine rational processing conditions, technological samples were manufactured, and metallographic examination was used to assess the influence of laser power on clad layer formation and defect occurrence. It was found that the deposition of the 12Kh18N10T steel on the 25L steel led to crack formation in the transition zone, whereas the use of the 20Kh13 steel ensured the formation of a defect-free layer with higher hardness than that of the base material. Based on the obtained results, a repair route for the bearing shield surface was developed, including surface preparation, inspection of the initial geometry, toolpath generation, and layer-by-layer material deposition. It is shown that the proposed approach ensures the formation of a high-quality restored layer with sufficient allowance for subsequent machining and that it can be applied in the industrial repair of railway engineering components.

Keywords: direct laser deposition, repair technology, bearing shield, surface restoration

References:

Dubrovina, N.A. Innovative development of domestic engineering in the context of international sanctions: regional aspect. Vestnik SamGU. Ekonomika i Upravlenie, 2022, 13 (4), 7–15. (In Russian). DOI: 10.18287/2542-0461-2022-13-4-7-15.
Kuznetsov, R.V. Some unification issues of ship reduction gears. Trudy KGNTs, 2023, 4 (406), 101–108. (In Russian).
Kuznetsov, R.V. and Kuznetsov, P.A. Investigation of the influence of gas-dynamic spraying of an intermediate layer on the strength of bimetallic materials joints. Sovremennoe Mashinosroenie. Nauka i Obrazovanie, 2024, 1, 737–748. (In Russian). DOI: 10.18720/SPBPU/2/id24-134.
Lobachevskiy, Ya.P., Mironov, D.A., and Mironova, A.V. Increasing the operating lifetime of wearable working bodies of agricultural machines. Selskokhozyaystvennye Mashiny i Tekhnologii, 2023, 17 (1), 41–50. (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2023-17-1-41-50.
Galimov, V.R. and Mansurov, D.I. Possibility of using modern additive technologies for growing products from heat-resistant nickel alloys. Materials. Technologies. Design, 2022, 4 (2), 14–21. (In Russian). DOI: 10.54708/26587572_2022_42814.
Bazaleeva, K.O., Safarova, D.E., Ponkratova, Yu.Yu., Lugovoi, M.E., Tsvetkova, E.V., Alekseev, A.V., Zhelezni, M.V., Logachev, I.A., and Baskov, F.A. The influence of technological parameters of the laser engineered net shaping process on the quality of the formed object from titanium alloy VT23. Obrabotka Metallov (Tekhnologiya, Oborudovanie, Instrumenty), 2024, 26 (2), 186–198. (In Russian). DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-186-198.
Mukin, D., Valdaytseva, E., Turichin, G., and Vildanov, A. An extended analytical solution of the non-stationary heat conduction problem in multi-track thick-walled products during the additive manufacturing process. Materials, 2021, 14 (23), 7291. DOI: 10.3390/ma14237291.
Vildanov, A., Babkin, K., Mendagaliyev, R., Arkhipov, A., and Turichin, G. Using a trial sample on stainless steel 316L in a direct laser deposition process. Metals, 2021, 11 (10), 1550. DOI: 10.3390/met11101550.
Dzyunin, G.R., Rusanovskiy, S.A., Khudyakov, M.P., and Desnev, D.L. The method of indirect control of the shape of underwater shipbuilding hulls with the use of modern measuring instruments. Morskie Intellektualnye Tekhnologii, 2022, 2, part 1, 42–50. (In Russian). DOI: 10.37220/MIT.2022.56.2.005.
Shkryabin, A.A., Shushkov, D.A., Anshukova S.A., and Khudyakov, M.P. Studying the technology of manufacturing propellers for light unmanned underwater vehicles. In: Aktualnye voprosy innovatsionnogo razvitiya Arkticheskogo regiona RF [Current Issues of the Innovative Development of the Russian Arctic Region: Proceedings of the 4th All-Russian Scientific and Practical Conference]. SAFU Publ., Arkhangelsk, 2023, pp. 57–60. (In Russian).
Promakhov, V., Shulz, N., Vorozhtsov, A., Savinykh, A., Garkushin, G., Razorenov, S., and Klimova-Korsmik, O. Strength of Inconel 625 alloy manufactured by direct laser deposition under submicrosecond load duration. Metals, 2021, 11 (11), 1796. DOI: 10.3390/met11111796.

Р. В. Кузнецов, О. П. Пинхасов

ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ПРИ РЕМОНТЕ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

В работе рассмотрена возможность применения прямого лазерного выращивания в качестве ремонтной технологии для восстановления изношенных высоконагруженных деталей транспортного машиностроения на примере подшипникового щита тягового электродвигателя. Актуальность исследования обусловлена необходимостью продления срока службы ответственных деталей, снижения затрат на восстановление и уменьшения термического воздействия на материал основы по сравнению с применением традиционных способов наплавки. В качестве ремонтных материалов исследованы металлопорошковые композиции сталей 12Х18Н10Т и 20Х13, полученные методом плазменной атомизации. Проведен входной контроль порошков, включавший анализ химического состава, гранулометрических характеристик, морфологии частиц и текучести. Для выбора рациональных режимов изготовлены технологические пробы, по результатам металлографических исследований которых оценено влияние мощности лазерного излучения на формирование наплавленного слоя и образование дефектов. Установлено, что при наплавке стали 12Х18Н10Т на сталь 25Л в переходной зоне формируются трещины, тогда как применение стали 20Х13 обеспечивает получение бездефектного слоя с более высокой твердостью по сравнению с материалом основы. На основании полученных результатов разработана технологическая последовательность восстановления поверхностей подшипникового щита, включающая подготовку ремонтной зоны, контроль исходной геометрии, построение траекторий наплавки и послойное нанесение материала. Показано, что предложенный подход обеспечивает формирование качественного восстановленного слоя с достаточным припуском под последующую механическую обработку и может быть использован при промышленном ремонте деталей железнодорожного машиностроения.

Ключевые слова: прямое лазерное выращивание, лазерная наплавка, подшипниковый щит, восстановление поверхности

Библиография:

Дубровина Н. А. Инновационное развитие отечественного машиностроения в условиях международных санкций: региональный аспект // Вестник Самарского университета. Экономика и управление. – 2022. – Т. 13 (4). – С. 7–15. – DOI: 10.18287/2542-0461-2022-13-4-7-15.
Кузнецов Р. В. Некоторые проблемы унификации судовых редукторных передач // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2023. – № 4 (406). – С. 101–108.
Кузнецов Р. В., Кузнецов П. А. Исследование влияния газодинамического напыления промежуточного слоя на прочность соединения биметаллических материалов // Современное машиностроение. Наука и образование. – 2024. – № 13. – С. 737–748. – DOI: 10.18720/SPBPU/2/id24-134.
Лобачевский Я. П., Миронов Д. А., Миронова А. В. Основные направления повышения ресурса быстроизнашиваемых рабочих органов сельскохозяйственных машин // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2023. – Т. 17 (1). – С. 41–50.
Галимов В. Р., Мансуров Д. И. Возможность применения современных аддитивных технологий для выращивания изделий из жаропрочных никелевых сплавов // Materials. Technologies. Design. – 2022. – Т. 4, № 2 (8). – С. 14–21.
Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23 / К. О. Базалеева, Д. Э. Сафарова, Ю. Ю. Понкратова, М. Е. Луговой, Е. В. Цветкова, А. В. Алексеев, М. В. Железный, И. А. Логачев, Ф. А. Басков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26 (2). – С. 186–198. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-186-198.
An extended analytical solution of the non-stationary heat conduction problem in multi-track thick-walled products during the additive manufacturing process / D. Mukin, E. Valdaytseva, G. Turichin, A. Vildanov // Materials. – 2021. – Vol. 14 (23). – P. 7291. – DOI: 10.3390/ma14237291.
Using a trial sample on stainless steel 316L in a direct laser deposition process / A. Vildanov, K. Babkin, R. Mendagaliyev, A. Arkhipov, G. Turichin // Metals. – 2021. – Vol. 11 (10). – Art. 1550. – DOI: 10.3390/met11101550.
Метод косвенного контроля формы оболочечных конструкций глубоководных аппаратов с применением современных средств измерений / Г. Р. Дзюнин, С. А. Русановский, М. П. Худяков, Д. Л. Деснев // Морские интеллектуальные технологии. – 2022. – С. 42–50. – DOI: 10.37220/MIT.2022.56.2.005.
Исследование вопросов технологии изготовления гребных винтов для необитаемых подводных аппаратов легкого класса / А. А. Шкрябин, Д. А. Шушков, С. А. Аншукова, М. П. Худяков // Актуальные вопросы инновационного развития Арктического региона РФ : сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции. – Архангельск : САФУ им. М. В. Ломоносова, 2023. – С. 57–60.
The strength of Inconel 625, manufactured by the method of direct laser deposition under sub-microsecond load duration / V. Promakhov, N. Schulz, A. Vorozhtsov, A. Savinykh, G. Garkushin, S. Razorenov, O. Klimova-Korsmik // Metals. – 2021. – Vol. 11 (11). – P. 1796. – DOI: 10.3390/met11111796.

Библиографическая ссылка на статью

Pinkhasov R. V. Kuznetsov and O. P. Application of Direct Laser Deposition to the Repair of Highly Loaded Transport Engineering Parts // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2026. - Iss. 3. - P. 64-77. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2026.3.064-077. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2026-3/2026-3_542.html
(accessed: 26.09.2026).