Вплив імпульсної лазерної обробки на структурно-фазовий стан приповерхневих шарів сплавів на основі заліза - Автореферат

Інтерес до ЛО зумовлений, з одного боку, можливістю формувати специфічні структурні стани, які недосяжні при традиційній термічній обробці, та, з іншого, нагальною потребою розробки нових інтенсивних методів термічної обробки поверхневих шарів конструкційних та інструментальних сталей. Розвиток технології ЛО та її широке застосування в промисловості вимагає поглибленого вивчення закономірностей фізичних процесів при лазерному опроміненні, розробки адекватних моделей, які враховують все розмаїття структурнофазового стану сплавів, що сформувався в умовах швидкісного нагріву. Лазерне гартування дозволяє одержати значну кількість залишкового аустеніту, наприклад в сталях У8, У10 - на 25?30% більше, ніж при звичайному гартуванні. Внаслідок високих градієнта температур та швидкості охолодження при імпульсній ЛО формується специфічний напружений стан з особливим розподілом залишкових напруг, що визначається як тепловими процесами, так і структурними змінами в поверхневих шарах. Курдюмова НАН України, в тому числі дослідження, виконані згідно з проектом Міннауки України 2.4/1030 “Дослідження впливу перерозподілу вуглецю при термічній та лазерній обробці на мартенситне перетворення в метастабільних сплавах” та темою 1.4.4.017/95, (№ держ. реєстрації 0196И021694) “Дослідження впливу лазерної та термоциклічної обробки на характеристики мартенситних перетворень у метастабільних сплавах” (затверджено пост.У вступі обґрунтовано актуальність теми, проаналізовано сучасний стан проблеми, сформульовані мета та задачі дослідження, новизна та практична цінність. В огляді аналізуються закономірності формування аустеніту та мартенситу під час ЛО, розглянута поведінка вуглецю в твердих розчинах при лазерному опроміненні, наведено результати експериментальних досліджень можливостей лазерного поверхневого легування та фізико-механічних властивостей, які досягаються після ЛО. В другому розділі описано стандартні та оригінальні методики, що застосовувались під час досліджень, режими лазерного опромінення. У роботі досліджували монокристали технічного: Або кременистого: ЛО проводили на технологічній установці КВАНТ-18М у повітряній атмосфері імпульсами тривалістю 8 мс. Енергію лазерного випромінювання послідовно збільшували від 5 до 30 Дж, забезпечуючи режими обробки від нагріву в область без оплавлення до перед плавлення та оплавлення поверхні зразка.ЛО в режимі без оплавлення не вносила суттєвих змін у дифракційну картину, але нагрів у режимі оплавлення поверхні призводив до значних змін на рентгенограмах. Параметр кристалічної решітки фази, яка була зафіксована в технічному залізі після ЛО, становив 0,3593 нм., що істотно вище значення, одержаного шляхом екстраполяції параметра аустенітної решітки на нульову концентрацію атомів впровадження. Підвищене значення параметра фази ми повязуємо із розчиненням в поверхневому шарі при лазерному оплавленні як атомів азоту при утворенні плазми із атмосферного повітря, так і вуглецю - з цементитних часток, що містилися у вихідних зразках. З метою вивчення ступеня стабільності фази, що була зафіксована в технічному залізі після ЛО, провели серію рентген таких зразків як після охолодження до кріогенних температур, так і після нагріву до високих температур. Рентген зразків з фазою після нагріву до більш високих температур показали, що нагрів до 400°С не викликав істотних змін дифракційної картини.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Імпульсний лазерний нагрів монокристалів технічного та кременистого заліза в режимі оплавлення викликав їх перекристалізацію з утворенням полікристалічної фази з параметром ОЦК решітки, який відповідав вихідному, і монокристалічної фази зі збільшеним параметром ГЦК решітки;

2. При високих швидкостях охолодження, що характерні для лазерного оплавлення, спостерігалася значна текстурна невідповідність інтенсивності дифракційних рефлексів фази, ступінь якої зростала із збільшенням густини енергії лазерного випромінювання;

3. У зернах фази, що сформувалася після лазерного нагріву, протікало перетворення як при охолодженні нижче кімнатної температури, так і після нагріву вище 550°С. Причиною перетворення при охолодженні була реалізація термодинамічного стимулу при незмінному хімічному складі - і фаз, а після нагріву - розпад твердого розчину;

4. Характеристики плинності та мікротвердості в поверхневих шарах сталей після ЛО змінювалися по скорельованих кривих з максимумом, причому збільшення вмісту вуглецю приводило до розмиття екстремуму, а підвищення енергії лазерного випромінювання - до його зміщення у бік більш глибоких шарів;вказані властивості міцності визначалися такими структурними чинниками, як густина дислокацій та диспергізація структури, з яких перший чинник був більш сильним;

5. Величина та знак залишкових напруг у площині обробки при імпульсному опроміненні визначалися як параметрами лазерного випромінювання, так і вмістом вуглецю в сталі: із збільшенням вмісту вуглецю величина залишкових напруг зменшувалась;після ЛО без оплавлення формувалися переважно розтягувальні залишкові напруги, а після ЛО з оплавленням - стискуючі залишкові напруги;

6. Характер розподілу залишкових напруг після ЛО в загальному випадку корелював із зміною мікротвердості та фізичного уширення дифракційних рефлексів фази;

7. При локалізації лазерного впливу, збільшенні швидкості нагріву-охолодження величина залишкових напруг на поверхні ЗЛВ зростала, причому характер розподілу залишкових напруг був симетричним відносно центра плями і залежав від розподілу енергії в лазерному пучку;

8. Виконання резонансних умов при ЛО імпульсами мілісекундної тривалості приводило до нестійкості поверхні розплаву та утворення хвилястого рельєфу при його подальшій кристалізації. Встановлені інтервал міжкритичних значень густин енергії, в якому спостерігалася зазначена нестійкість, і характер немонотонної залежності числа поверхневих хвиль при збільшенні енергії випромінювання.

1. Бондарь В.И., Данильченко В.Е., Польчук Б.Б. Структурное состояние монокристаллов альфа-железа после лазерной обработки // Физика металлов и металловедение. - 1997. - Т. 84. - №4. - С. 189-192.

2. Данильченко В.Ю., Польчук Б.Б. Перекристалізація заліза під впливом лазерної обробки // Доповіді Національної академії наук України. - 1998. - №1. - С. 137-140. лазерний перекристалізація енергетичний

3. Данильченко В.Е., Польчук Б.Б. Лазерное упрочнение технического железа // Физика металлов и металловедение. - 1998. - Т. 86. - №4. - С. 124-128.

4. Bondar V.I., Danilchenko V.E., Polchuk B.B. Effect of Laser Heating on Structural State of Alpha-Iron // 6th European Powder Diffraction Conference EPDIC-6. - Abstracts. - Budapest (Hungary). - 1998. - P. 85.

Размещено на .ru