СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Современное состояние вопроса и оценка перспектив использования скоростного лазерного нагрева для целей термической обработки материалов. Постановка задачи исследования
2. Методические основы исследований
2.1 Методика металлографических исследований лазернооблученного металла
2.2 Методика рентгеноструктурньтх исследований металла после лазерного облучения
2.3 Методика электронномикроскопических исследований зон лазерной обработки.
2.4 Методика исследований зон лазерного воздействия с использованием сканирующего туннельного микроскопа
2.5 Методика мультифрактальной параметризации структур после лазерной обработки.
2.6 Методика статистического моделирования и прогнозирования свойств лазернооблученного металла
2.7 Теплостойкость лазерноупрочненного металла и методика ее определения.
2.8 Износостойкость и методы се определения.
3. Теплофизичеекис особенности процессов, протекающих в металлах при
их поверхностной обработке с гипервысокими скоростями.
3.1 Численное моделирование тепловых процессов
3.2 Экспериментальное определение температуры металла в зонах лазерной обработки.
4. Особенности организации структуры сталей и сплавов при импульсной
лазерной обработке
4.1 Морфология зон пягна лазерного облучения
4.2 Строение зоны лазерной закалки из жидкого состояния.
4.3 Роль массопереиоса в создании структурной картины при импульсной лазерной обработке с подплавлением поверхности
5. Металлофизические исследования эффектов локальной пластической деформации в зонах лазерного облучения материалов.
5.1 Экспериментальные исследования эффектов локальной пластической деформации в зонах лазерной обработки
5.2 Расчет напряжений сдвига
5.3 Количественные характеристики тонкой структуры металлических материалов в зонах лазерной обработки
5.4 Мультифрактальной параметризации структуры и прогнозирование свойств облученных сталей и сплавов
5.5 Релаксация напряжений посредством полигонизации и рекристаллизации при высокоскоростных процессах лазерной обработки.
6. Структурные особенности процесса упрочнения металлических материалов при лазерной обработке
6.1 Выявление физической природы влияния пластической деформации на процессы зарождения и роста в условиях гипернеравновесности
6.2 Влияние исходной структуры сталей на эффект лазерного упрочнения.
6.3 Особенности уа превращения в процессе скоростного лазерного термоупрочнения.
6.4 Анализ причин увеличения количества уфазы при лазерном облучении сталей и е влияние на основные эксплуатационные характеристики.
6.5 Концептуальные положения проблемы прочности сталей и сплавов после лазерной обработки.
6.6 Устойчивость структур лазерной закалки к разупрочнению при нагреве
7. Технологические принципы лазерного поверхностного упрочнения деталей машин и металлообрабатывающего инструмента.
7.1 Рекомендации по выполнению технологического процесса лазерного упрочнения.
7.2 Производственные испытания упрочненного металлообрабатывающего инструмента и технологической оснастки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Библиографический список.
Приложения.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсификация процессов металлообработки, осуществляемая в последнее время за счет широкого внедрения автоматических линий, гибких производственных систем, многооперационных станков с ЧПУ и других технических мероприятий, реализация которых требует регламентированную стойкость инструмента, вызвала необходимость разработки и промышленного освоения новых методов поверхностной упрочняющей технологии. Применение высоких технологий упрочнения существенно улучшает основные свойства инструментальных и конструкционных материалов, в частности, повышает твердость, износостойкость, теплостойкость, коррозионную стойкость, адгезионную стойкость и т.д., что приводит к повышению эксплуатационных характеристик упрочненных изделий нс менее чем в 25 раз и позволяет сократить затраты па производство и приобретение инструмента и деталей машин, увеличить производительность труда, улучшить качество механической обработки, уменьшить расход высоколегированных сталей и т.д.
Среди большого разнообразия упрочняющих методов заметное место принадлежит импульсной лазерной обработке закалке и легированию. Объясняется эго рядом особенностей, выгодно отличающих ее от альтернативных. Вопервых, лазерный способ упрочнения является локальным, что дает возможность обрабатывать только повреждаемые в процессе эксплуатации участки и поверхности. Это в свою очередь обеспечивает экономию энергии, уменьшение деформации инструмента и деталей машин. Вовторых, в отличие, например, от ионноплазменного напыления и электроннолучевой обработки, лазерная закалка осуществляется, как правило, на воздухе, то есть не требует трудоемкого вакуумирования. И, втретьих, процесс лазерной обработки строится на базе серийно выпускаемых высокопроизводительных установок типа Квант Квант, Квант, Квант, Кристалл, Корунд и др. и легко поддается автоматизации.
В основе импульсной лазерной обработки лежит использование для нагрева материалов тепловых источников высокой энергонасыщенности, плотность мощности которых составляет сотни МВтм2, а время действия не выходит за пределы миллисекундного диапазона. При этом достигаются гипервысокие 6 градс скорости нагревания до закритических температур при наличии значительных температурных градиентов по глубине, обеспечивающих за счет отвода тепла в холодную массу по механизму теплопроводности охлаждение со скоростями 46 градс.
В результате специфических тепловых процессов на поверхности обрабатываемых сталей фиксируется закаленная зона, обладающая высокодисперсиым кристаллическим строением, пониженной травимостыо. Глубина этой зоны зависит от плотности
мощности теплового источника, длительности его воздействия, теплофизических характеристик материалов и составляет 0.1 0. мм.
Исследования, проведенные в течение последних лет ведущими учеными России Рыкалииым .., Угловым .., Кришталом .., Кокорой А.Н., Миркиным Л.И., Григорьянцем А.Г., Сафоновым А.Н., Зуевым И.В., Коваленко .., Крапошиным .., Счастливцевым В.М., Бровер Г.И., Пустовойтом В.., Кудряковым О.В. и др., позволили установить, что природа упрочнения инструментальных и конструкционных сталей после воздействия лазерного излучения обусловлена уникальной морфологией сосуществующих фаз и особым способом структурной организации, в частности, повышенной плотностью дефектов кристаллического строения, дисперсностью блоков, концентрационной неоднородностью и т.д. Это обеспечивает аномально высокую твердость обработанных поверхностей ,5 ГПа, а также оказывает положительное влияние на основные эксплуатационные свойства теплостойкость, износостойкость, сопротивление процессам схватывания, коррозионную стойкость.
Лазерная обработка конструкционных и инструментальных материалов позволяет создавать определенное структурное состояние и задавать свойства поверхностных слоев изделий, а следовательно изменять основные характеристики процесса металлообработки и управлять важнейшими выходными параметрами процесса износом инструмента, а также качеством поверхностных слоев обрабатываемых деталей.
В настоящее время способы обработки материалов с использованием высококонцентрированных потоков энергии распространены недостаточно широко.
Актуальность
- Київ+380960830922