Выявление механизмов формирования механических свойств тонкой ленты металлического сплава при импульсной лазерной обработке

• Автор: Сафронов, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНО-НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. СПЕЦИФИКА ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ
1.1. Способы получения и свойства аморфных металлических сплавов. Представления о структуре аморфных металлов.

1.2. Структура и механические свойства аморфно-нанокристаллических материалов

1.3. Формирование аморфно-нанокристаллической структуры в аморфном металлическом сплаве при изотермической обработке
1.4. Методы механических испытаний тонких лент аморфных и нанокристаллических материалов

1.5. Механические свойства металлических сплавов, подвергнутых лазерной обработке

1.5.1. Возможности использования лазерного излучения для управления механическими свойствами меташов и сплавов

1.5.2. Лазерное формирование механических свойств металлов

и сплавов
1.6. Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАЛЕЧИВАНИЯ ТРЕЩИН В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СПЛАВЕ, ИНИЦИИРУЕМОЕ ИМПУЛЬСНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ
2.1. Методика эксперимента. Подготовки образцов для экспериментального исследования
2.1.1. Методика отжига образцов аморфного металлического сплава и приготовление композита образец-подложка-металлическое основание
2.1.2. Методика лазерной обработки
2.2. Особенности нагрева локальной области тонкой ленты металлического сплава 82КЗХСР импульсным

лазерным излучением
2.3. Плазмообразование и влияние плазменного факела на металлический сплав
2.4. Плавление и испарение поверхностного слоя металлического сплава
2.5. Распределение температуры и движение границы расплава в зоне воздействия лазерного импульса
2.6. Компьютерное моделирование залечивания трещин в аморфно-нанокристаллическом материале
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ ТОНКИХ ЛЕНТ АМОРФНО-НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА.
ВЫБОР И РАЗВИТИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛАЗЕРНООБРАБОТАННЫХ УЧАСТКОВ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ
3.1. Методика определения микротвердости
3.2. Влияние лазерного излучения на изменение микротвердости материала для образцов, отожженных в интервале
температур 803-923 К
3.3. Характер разрушения при локальном нагружении в зависимости от структуры материала и расстояния до оси симметрии области оплавления
3.4. Методика определения пластических свойств тонких лент аморфно-нанокристаллических металлических сплавов в милли-
и микроразмерных участках лазерной обработки
3.4.1. Экспериментальная апробация методов механических испытаний
3.4.2. Совершенствование метода определения пластических характеристик хрупкого тонкого образца аморфно-нанокристаплического металлического сплава
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЛАСТИ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ. ТОРМОЖЕНИЕ РАЗРУШЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ

ОБЛАСТИ ОПЛАВЛЕНИЯ
4.1. Характер изменения микротвердости лазернообработанной области в зависимости от структурных особенностей
исходного материала
4.2. Микрокартины деформирования и разрушения тонкой ленты металлического сплава 82КЗХСР, отожженного в температурном интервале 933-1023 К
4.3. Определение пластической характеристики материала
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ АМОРФНОГО И АМОРФНО-НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
5.1. Методика эксперимента
5.2. Изменение микротвердости в зависимости от расстояния до центра зоны лазерного облучения в вакууме
5.3. Разрушения области лазерной обработки аморфного металлического сплава в вакууме под действием локальной нагрузки пирамидкой Виккерса
5.4. Зависимость микротвердости от расстояния до центра области лазерной обработки, сформированной серией лазерных импульсов в атмосфере
5.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

расплавление материала, испарение и вытеснение продуктов расплава, остывание металла после окончания лазерного воздействия. Кроме того существует и побочное воздействие, например, шоковое давление в момент оптического пробоя в газовой среде, термический удар, взаимодействие компонентов атмосферы с поверхностными слоями металла/сплава. Так применяется лазерная ударная обработка при мощности импульса <7>Ю8-109 Вт/см2, что приводит к возникновению ударной волны, которая воздействует на поверхность и проникает в глубь материала. Подобное воздействие вызывает образование структурных дефектов в объеме образца. Импульс отдачи увеличивает плотность скопления дислокаций. Распространяющаяся ударная волна в объеме материала провоцирует пластическую деформацию [8-10, 137-143].
Другой особенностью лазерного воздействия является аморфизация материала. Осуществить данный процесс возможно благодаря быстрому отводу тепла из зоны воздействия импульса (>106 град/с). Кроме того аморфизация может протекать более полно в металлических сплавах, содержащих аморфизаторы (примеси бора, кремния, фосфора и пр.). Например, из черных металлов способен переходить в аморфное состояние при лазерной обработке чугун, содержащий в себе достаточное количество фосфора и кремния. К их числу можно отнести некоторые ледебуриты. При аморфизации более чистых металлов необходима на порядок большая скорость отвода тепла [7, 9, 134, 141].
Лазерное легирование металлов заключается в предварительном нанесении на поверхность легирующего компонента [9, 137] и последующем оплавлении участка лазерным импульсом. Таким образом, происходит сплавление и перемешивание компонентов с основным металлом. Этим способом можно наносить различное количество слоев легирующего компонента и создавать локальные области с необходимыми химическими и механическими свойствами [141-144].
Лазерная наплавка заключается в напылении материала на поверхность основы/подложки. Наплавляемый материал вносят в пучок лазерно-