Повышение эффективности лазерной обработки деталей из железноуглеродистых сплавов, основанное на установленном механизме массопереноса легирующих элементов в зоне лазерного воздействия

• Автор: Семенцев, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 235 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблемы лазерной обработки. Современное состояние вопроса
1.1. Процесс взаимодействия лазерного излучения с веществом
1.2. Пути получения изделий из железоуглеродистых сплавов с
заданным качеством поверхностного слоя
1.3. Процессы массопереноса в зоне лазерной обработки
1.4. Поведение неметаллических включений в зоне лазерной обработки
1.5. Влияние лазерной обработки на эксплуатационные свойства
деталей машин
Выводы по главе
2. Методология проведения исследований
2.1. Общая методология
2.2. Методика теоретических исследований
2.3. Исследуемые материалы и оборудование. Методика экспериментальных исследований
Выводы по главе
3. Теоретические исследования процессов, происходящих в зоне лазерной обработки деталей
3.1. Оптическая модель массопереноса в зоне лазерной обработки деталей
3.2. Электромагнитная модель массопереноса
3.3. Механизм формирования неметаллических включений в зоне лазерной обработки
3.4. Процесс диффузии углерода в железоуглеродистых сплавах
при лазерной обработке

3.4. Математическое моделирование температурного и концентрационного полей при лазерной обработке
Выводы по главе
4. Экспериментальные исследования
4.1. Перераспределение легирующих элементов в стали 20ГМЛ
4.1.1. Перераспределение марганца
4.1.2. Перераспределение молибдена
4.1.3. Количественный анализ
4.1.4. Воздействие непрерывным излучением
4.1.5. Сравнение импульсной лазерной обработки с непрерывной
4.2. Перераспределение элементов в стали Р6М5
4.2.1. Обработка без оплавления поверхности
4.2.2. Обработка с оплавлением поверхности
4.2.3. Количественный анализ
4.2.4. Обработка непрерывным излучением
4.2.5. Сравнение импульсной лазерной обработки с непрерывной 143"
4.3. Трансформация неметаллических включений в зоне лазерной обработки деталей из железоуглеродистых сплавов
4.3.1. Неметаллические включения в исходном материале
4.3.2. Характер распределения неметаллических включений в зоне
лазерного воздействия
4.4. Состав неметаллических включений в зоне лазерного воздействия при лазерной обработке
4.4.1. Обработка инструмента из стали Р6М5
4.4.2. Обработка деталей из сталей 20ГМЛ, сталь 35Л, сталь У8
4.4.3. Обработка деталей из стали 12X18Н9Т8
Выводы по главе

5. Использование предложенной модели массопереноса в тех-
нологии лазерной обработки деталей для повышения их эксплуатационных свойств
5.1. Выбор материала и назначение параметров качества поверх-
ностного слоя деталей при лазерной обработке, исходя из их функционального назначения
5.2. Физико-механические свойства стальных деталей после.лазерной обработки
5.3. Испытания эксплуатационных свойств образцов после...лазерной обработки
5.4. Принципы назначения режимов лазерного упрочнения деталей
Выводы по главе
6. Внедрение результатов исследований
6.1. Алгоритм выбора технологических режимов лазерной обработки
6.2. Результаты промышленных испытаний
6.2.1. Обработка инструмента из стали Р6М5
6.2.2. Обработка деталей, изготовленных из стали 35JI
6.2.3. Обработка зубил пневмомолотка, изготовленных из стали

Выводы по главе
Общие выводы
Литература
Приложения

По аналогичной методике выполнено исследование распределения легирующих элементов в ЗЛВ жаропрочных сплавов и чугунов [25,68]. Здесь также обнаружено, что в ЗЛВ происходит изменение содержания легирующих элементов, таких как Мп, №, Т1, N6,31 и т.д. Обработка жаропрочных сплавов велась при двух длительностях импульса: г, =0,5 мс и г2=2,5 мс; энергия импульса в обоих случаях составляла 0,3 Дж. При этом получили, что кривые распределения одного и того же элемента при разных длительностях импульса подобны, т.е. максимуму концентрации элемента при воздействии излучения с длительностью импульса г, соответствует максимум концентрации этого же элемента при обработке материала с длительностью т2. Однако замечено, что с увеличением длительности импульса в поверхностном слое образца увеличивается содержание Мп, N1, П. На концентрацию 8ц Сг и N6 длительность импульса практически не влияет. Кроме того, выявлено, что на содержание элементов в ЗЛВ наряду с длительностью импульса оказывала влияние и величина средней исходной концентрации элемента.
Интересен результат анализа перераспределения элементов в образцах из стали 40X1" при воздействии излучения лазера непрерывного действия, когда продолжительность облучения намного превышает принятую в рассмотренных выше экспериментах. Для такого анализа использовали образцы, облученные 5 и 50 с [25]. Эксперименты показывают заметный переход легирующих элементов (Сг и Мп) из твердого сплава в зону расплава. При этом порядок толщин переходных слоев может быть достаточно хорошо оценен в соответствии с диффузионным механизмом. Авторы работы полагают, что специфическое воздействие излучения лазера может заключаться в создании и поддержании в период облучения высокой концентрации вакансий. Таким образом, длительное воздействие излучения лазера (-50 с) может приводить к обычным диффузионным эффектам в противоположность процессам, происходящим под влиянием импульсного