Формування структури поверхневих шарів нелегованих сталей - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукФормування структури поверхневих шарів нелегованих сталей. Дисертацію присвячено дослідженню процесів структуроутворення в поверхневих шарах нелегованих сталей при лазерному легуванні диборидом титану в залежності від режимів обробки та структурно-фазового стану матеріалу основи. Отримано нові результати, які в сукупності освітлюють проблему встановлення фізичних закономірностей формування нового сплаву в залежності від вмісту вуглецю при лазерному легуванні борвміщуючою сполукою ТІВ2. В роботі запропоновано механізм кристалізації ванни розплаву при лазерному легуванні диборидом титану за умов надшвидкого нагрівання та охолодження, встановлено звязок між характером новоутворених фаз та вмістом вуглецю в базовому матеріалі, висвітлено процеси формування концентраційного поля в залежності від технологічних параметрів лазерної обробки.При використанні висококонцентрованих потоків енергії, зокрема лазерного випромінювання, в поверхневих шарах оброблених матеріалів за рахунок надвисоких швидкостей нагріву та охолодження формується структура певного типу з унікальними фізико-механічними властивостями. Дослідження процесів поверхневого лазерного легування (ЛЛ) є особливо важливим з точки зору структурно-фазових змін, які відбуваються в матеріалі, що опромінюється, в умовах термодинамічної нерівноважності процесів, обумовлених короткочасністю дії лазерного імпульсу. Узагальнення та систематизація існуючих у науковій літературі даних дозволили визначити ряд положень, що розкривають механізми структуроутворення при лазерному легуванні, проте ще не привели до створення цілісної картини явища. Вихідним модельним матеріалом для дослідження процесів структуроутворення при лазерному легуванні сполуками, який дозволяє уникнути побічного впливу не лише атомів вуглецю, але й багатьох інших елементів, присутніх у легованих сталях, є армко-залізо. Зазначена сукупність питань, повязаних з особливостями процесів формування структури і властивостей поверхневих шарів сталей при легуванні борвміщуючою сполукою під дією лазерного імпульсу, призвела до розгляду проблеми фізичного трактування цих процесів.З проведеного аналізу літературних даних випливає, що імпульсне лазерне легування металевих сплавів сполуками, зокрема диборидом титану на сьогодні майже не вивчалося, а існуючі літературні дані не надають повного уявлення про характер явищ, які відбуваються при впровадженні часток легуючої речовини в розплав. Вибір дибориду титану TIB2 в якості легуючої сполуки обґрунтовується не тільки відсутністю досліджень з приводу використання тугоплавких сполук, але й спирається на перспективу утворення в процесі лазерного легування фаз, які сприяють підвищенню твердості та зностійкості поверхневих шарів сталей. У третьому розділі наведено експериментальні результати досліджень структурно-фазового стану поверхонь армко-заліза та низьковуглецевої сталі 30 після лазерного легування диборидом титану. Формування високотемпературного бориду титану ТІВ при рівноважних умовах є можливим лише при конгруентному плавленні дибориду TIB2 В умовах лазерного оплавлення повна гомогенізація розплаву за короткий термін дії лазерного випромінювання відбутися не встигала, і деякі ділянки містили концентрацію елементів, зокрема бору та титану, що відповідала можливості утворення бориду титану ТІВ при охолодженні з розплаву. Таким чином, було встановлено, що при лазерному легуванні армко-заліза в поверхневих шарах формуються фази FEB, Fe2В, TIFE2, TIB, що цілком відповідає рівноважній діаграмі стану потрійної системи Fe-Ті-B.В умовах значного переохолодження розплаву при кристалізації лазерно-легованих поверхонь сталей формується багатофазна дисперсна концентраційно-неоднорідна структура з нерівноважним розподілом фаз за глибиною оплавленого шару та підвищеними значеннями мікротвердості. Ріст концентрації вуглецю у вихідній структурі призводить до значного підвищення максимальної температури та максимальної швидкості охолодження, які досягаються на поверхні розплаву при фіксованих параметрах лазерного випромінювання.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ