Фізичні основи поверхневого зміцнення матеріалів за рахунок формування нерівноважних структурних станів - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукДисертаційну роботу присвячено вивченню впливу лазера з імпульсами наносекундної довжини та імпульсної плазмової обробки на поверхню сталей, а також особливостей формування структури аморфізованих покриттів, нанесених газотермічним напиленням. Вперше показано, що в приповерхневих шарах сталей аустенітного класу під впливом опромінення наносекундним лазером формується новий нерівноважний ГЦК-твердий розчин заліза, що має збільшений параметр кристаличної решітки, який існує водночас з основним ГЦК - твердим розчином із практично не зміненим параметром решітки. В роботі показано, що під дією імпульсної плазмової обробки у конструкційних та інструментальних сталях формується зміцнений приповерхневий шар з тонкою мартенсито-аустенітною структурою, яка формується в результаті расплавлення і загартування з рідкого стану, а також деформаційного зміцнення. Головний внесок в зміцнення приповерхневого шару вносить потужний термічний вплив імпульсів плазми, а також легування приповерхневої області елементами, що складають плазму. This solution has increased lattice parameter and exists simultaneously with base FCC-solid solution, having practically invariable lattice parameter.В рамках представленого дослідження розглянуто особливості модифікування приповерхневого шару сталей випроміненням лазера та плазмово-детонаційною обробкою (ПДО), а також особливості формування покриттів з повністю або частково аморфізованою структурою, отриманих методами газотермічного напилення (ГТН) на підкладку з вуглецевої сталі. Вивчити особливості впливу опромінення лазером з надкоротким імпульсом наносекундної тривалості на структурні складові в приповерхневому шарі нержавіючих та вуглецевих сталей в порівнянні з опроміненням мілісекундним лазером. Вперше виявлено, що в приповерхневому шарі аустенітних сталей під впливом надкороткоімпульсного наносекундного лазера формується область, в якій водночас спостерігаються два ГЦК - твердих розчину заліза, що відрізняються величиною параметру кристалічної решітки. Показано, що структура приповерхневого зміцненого шару сталей 40Х, Сталь 45 та У8, підданих ПДО, формується в результаті розплавлення з наступним надшвидким загартуванням з рідкого стану і деформаційним зміцненням. Цікаво відзначити, що в обох сталях параметр кристалічної решітки аустеніту після опромінення наносекундним лазером виявився приблизно на 0,7 - 0,8 % більше, ніж після мілісекундного лазеру, а рентгенівські дифракційні лінії a-Fe після опромінення наносекундним лазером не несуть ознак асиметрії, які б свідчили про мартенситне перетворення.Вперше виявлено, що в приповерхневих шарах стелей аустенітного класу під впливом опромінення лазером з довжиною імпульсу 20 - 30 нс формується новий нерівноважний ГЦК-твердий розчин заліза, що має збільшений параметр кристалічної решітки, який існує одночасно з основним стабільним ГЦК - твердим розчином з практично не зміненим параметром решітки. Висунуто припущення, що нова нерівноважна фаза зі збільшеним параметром кристалічної решітки розташована на границях дислокаційних комірок та про звязок появи нерівноважного ГЦК - твердого розчину заліза з утворенням у розглянутих концентрованих твердих розчинах, комплексів “домішка-міжвузловий атом”. Показано, що у приповерхневому шарі вуглецевих сталей під дією імпульсного наносекундного лазерного випромінення не реєструється поява декількох ОЦК - твердих розчинів заліза, що відрізняються параметром кристалічної решітки, однак, параметр решітки нерівноважного аустеніту, що утворюється в цьому випадку, на 0,5 - 0,9% вище, ніж після опромінення лазером мілісекундної тривалості. Утворення аустеніту в приповерхневому шарі вуглецевих сталей, підданих опроміненню наносекундного лазера, не супроводжується зміною форми рентгенівських дифракційних ліній a-Fe, що характерне для мартенситного перетворення. Головний вклад у зміцнення приповерхневого шару сталей 40Х, Сталь 45 та У8 після плазмово-детонаційної обробки вносять потужний термічний вплив імпульсів плазми, а також легування приповерхневої зони елементами, що складають плазму.