Закономірності формування структурно-фазового стану покриттів та приповерхневих шарів сплавів на основі заліза і титану при комбінованій імпульсній обробці - Автореферат

Поліпшення фізико-механічних властивостей металевих матеріалів можна забезпечити шляхом зміни їх у приповерхневих шарах в бажаному напрямку або ж нанесенням спеціальних покриттів без зміни характеристик обєму. Подальший розвиток цих методів обробки і суттєве підвищення їх ефективності повязано із цілеспрямованою зміною хімічного складу і структурно-фазового стану покриттів і приповерхневих шарів зміцнюваних матеріалів. Розробка фізичних і технологічних основ інтенсивної термічної обробки за допомогою концентрованих потоків енергії може бути здійснена тільки на основі використання фундаментальних закономірностей формування фазового і структурно-напруженого стану як власне покриття, так і приповерхневих шарів підкладки. При комбінованій поверхневій обробці сплавів у формуванні структурно-фазового стану і комплексу властивостей може брати участь одночасно кілька чинників з різною фізичною природою. Дослідження розподілу залишкових напруг у кожній із фазових складових дасть змогу побудувати комплексну картину напруженого стану покриття і підкладки, що в свою чергу буде сприяти обґрунтуванню та вибору оптимальних режимів наступної термічної або лазерної обробки для релаксації знеміцнюючих розтягуючих напруг і скористатись додатковим зміцнюючим чинником стискуючих напруг.У першому розділі проаналізовано літературні дані щодо впливу імпульсних (лазерної, електроіскрової та ультразвукової) обробок на формування структурно-фазового стану вуглецевих сталей та сплавів на основі кольорових металів. Третій розділ присвячено дослідженню закономірностей формування фазового складу і структурно-напруженого стану покриттів та приповерхневих шарів сталевої підкладки під дією ЕІО та ЛО. На дифракційній картині покриття фіксували рефлекси від гексагональної гратки карбіду W2C, ОЦК гратки вольфраму, сполуки на основі TIC із зменшеним параметром гратки і сліди рефлексів кобальту. Дифракційна картина містила також рефлекси а-фази і аустеніту сталевої підкладки і карбіду Fe3W3C. Причиною відмінності фазового складу легуючого електроду та отриманого внаслідок ЕІО покриття були різні ерозійна здатність і механізм перенесення окремих фазових складових.Структурно-фазовий склад ЕІП на сталевій підкладці У8 визначався практично повною дисоціацією карбіду WC на поверхні легуючого електрода Т15К6 на складові W2C і W та їх подальшою ерозією, взаємодією продуктів ерозії з елементами міжелектродного середовища (вуглецем, азотом, киснем), взаємною дифузією елементів покриття і сталевої підкладки, а також висхідною дифузією вуглецю із приповерхневих шарів підкладки. Виявлено складний структурно-напружений стан гетерофазних ЕІП і приповерхневих шарів підкладки та показано, що залишкові напруги у різних фазових складових формувалися за різними закономірностями - у сполуці на основі ТІС формувалися розтягуючі, а в складових W2C, W, Fea - стискуючі напруги. Висхідна дифузія вуглецю в процесі ЕІО сталевої підкладки індукувала обернене мартенситне a-g-перетворення, призводила до формування в перехідній області карбіда Fe3W3C та викликала вторинну карбідизацію вольфраму, що утворився при попередній дисоціації карбіду WC. В процесі ЕІО в приповерхневому шарі сталевої підкладки формувався високовуглецевий аустенітний прошарок, в якому залишкові напруги були практично зрелаксовані за рахунок протікання a-g-перетворення із зменшенням питомого обєму. Лазерний нагрів ЕІП здатний поліпшити його експлуатаційні властивості за рахунок додаткового засвоєння азоту із збільшенням частки нітриду TIN в карбонітриді TICN, вторинної карбідизації вольфраму із утворенням високоміцного карбіду W2C та вибіркової релаксації знеміцнюючих розтягуючих при збереженні зміцнюючих стискуючих залишкових напруг.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Структурно-фазовий склад ЕІП на сталевій підкладці У8 визначався практично повною дисоціацією карбіду WC на поверхні легуючого електрода Т15К6 на складові W2C і W та їх подальшою ерозією, взаємодією продуктів ерозії з елементами міжелектродного середовища (вуглецем, азотом, киснем), взаємною дифузією елементів покриття і сталевої підкладки, а також висхідною дифузією вуглецю із приповерхневих шарів підкладки.

2. Виявлено складний структурно-напружений стан гетерофазних ЕІП і приповерхневих шарів підкладки та показано, що залишкові напруги у різних фазових складових формувалися за різними закономірностями - у сполуці на основі ТІС формувалися розтягуючі, а в складових W2C, W, Fea - стискуючі напруги.

3. Висхідна дифузія вуглецю в процесі ЕІО сталевої підкладки індукувала обернене мартенситне a-g-перетворення, призводила до формування в перехідній області карбіда Fe3W3C та викликала вторинну карбідизацію вольфраму, що утворився при попередній дисоціації карбіду WC.

4. В процесі ЕІО в приповерхневому шарі сталевої підкладки формувався високовуглецевий аустенітний прошарок, в якому залишкові напруги були практично зрелаксовані за рахунок протікання a-g-перетворення із зменшенням питомого обєму. Релаксаційна здатність аустенітного прошарку зростала при інтенсивних режимах ЕІО, що сприяло зменшенню градієнта напруг на міжфазних границях та збільшенню товщини покриття.

5. У каналі електричного розряду синтезувався карбонітрид титану TICN із збільшенням частки TIN при інтенсивних режимах ЕІО до 70-80%.

6. Лазерний нагрів ЕІП здатний поліпшити його експлуатаційні властивості за рахунок додаткового засвоєння азоту із збільшенням частки нітриду TIN в карбонітриді TICN, вторинної карбідизації вольфраму із утворенням високоміцного карбіду W2C та вибіркової релаксації знеміцнюючих розтягуючих при збереженні зміцнюючих стискуючих залишкових напруг.

7. ЛО титанових сплавів ВТ-22 і ВТ-23 в режимі оплавлення призвела до синтезу нітриду TIN з параметром гратки, меншим за величину, характерну для сполуки стехіометричного складу. Процес азотування з атмосферного повітря інтенсифікувався при лазерному оплавленні в ультразвуковому полі, в результаті чого утворився нітрид TIN практично стехіометричного складу, підвищився вміст азоту в b- і a- твердих розчинах і додатково синтезувалися нітриди Mo2N і VN. Інтенсифікація засвоєння азоту була повязана з ефективним перемішуванням лазерного розплаву в ультразвуковому полі, коли на додаток до термокапілярного вихрового плину виникала кавітація розплаву, що забезпечувало масоперенесення по всій глибині ванни.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У НАСТУПНИХ РОБОТАХ: 1. Бондар В.Й., Данільченко В.Ю., Прокопенко Г.І., Семирга О.М. Лазерно-ультразвукова обробка титанового сплаву ВТ-22 // Доповіді Національної академії наук України.- 2003.- №9 .- С. 97-102.

2. Данільченко В.Ю., Семирга О.М. Закономірності формування електроіскрових покриттів на сталевій підкладці // Металознавство та обробка металів.- 2003.- № 2.- С. 25 -30.

3. Бондарь В.И., Данильченко В.Е., Прокопенко Г.И., Семирга А.М. Структурно-фазовое состояние титанового сплава после лазерной обработки в ультразвуковом поле // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003.- №4.- С. 485-500.

4. Bondar V.I, Gubin Yu.V., Danilchenko V.E., Paustovsky A.V., Semyrga A.M. Structure and phase state of spark coating // Materials and Coatings for extreme Performances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Technologies for Their Production and Utilization. Proceedings of conference. - Katsavely (Ukraine), 2002. - P. 492-493.

5. Данильченко В.Е., Семирга А.М. Структурные факторы лазерного упрочнения стали // IX Международный семинар “Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов”. Тезисы докладов. - Екатеринбург (Россия), 2002.- С.153.

6. Данильченко В.Е., Семирга А.М. Влияние лазерной обработки аустенита на структурное состояние метастабильных сплавов Fe-Ni и Fe-Ni-C // VI Всероссийская конференция “Структура и свойства аустенитных сталей и сплавов”. Тезисы докладов. - Екатеринбург (Россия), 2001. - С. 79.

7. Bondar V.I., Danilchenko V.E., Semyrga O.M. Structural-phase state of carbon steel after impulse treatment // 8th European Powder Difffaction Conference. Collected abstracts. - Uppsala (Sweden), 2002. - P. 134.