автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Физические и технологические основы процессов поверхностной термической обработки и легирования с лазерным нагревом

РГ6 ол

На правах рукописи

БРОВЕР Галина Ивановна

ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ С ЛАЗЕРНЫМ НАГРЕВОМ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение в машин троении

(по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону, 1997

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете (ДГТУ).

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор ПУСТОВОЙТ В.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор САФОНОВ А.Н.,

академик Академии Наук Украины, доктор технических наук, профессор ЛЮБЧЕНКО А.П.,

доктор технических наук, профессор БЛЕДНОВА Ж.М.

Ведущее предприятие:

АО ВНИИЭТО, Научно-производственный центр "Лазертерм"

Защита состоится 7 октября 1997 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д.063.27.04 в Донском государственном техническом университете (ДГТУ) по адресу: 344010, г.Ростов-на-Дону, ГСП-8, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, ауд.252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим высылать в специализированный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан СД 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

Шипулин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Важной задачей производства является применение новых прогрессивных методов поверхностного термоупрочнения и микролегирования изделий с целью получения высокого уровня эксплуатационных свойств. Использование высококонцентрированных потоков энергии для поверхностного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента является перспективным в связи с возможностью целенаправленной организации структуры поверхностных слоев за счет направленной кристаллизации, дисперсионного упрочнения, армирования, химико-термической обработки и, как следствие, получения нетривиального комплекса физических, химических и механических свойств. Это создает реальные предпосылки получения изделий, отличающихся возможностью их эксплуатации в экстремальных условиях.

В настоящее время способы обработки материалов с использованием высококонцентрированных потоков энергии распространены недостаточно широко. Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью механизмов и эффектов, сопровождающих процессы упрочнения и легирования различных материалов из покрытий в условиях гипервысоких скоростей нагрева и охлаждения, что сдерживает разработку рекомендаций прикладного характера применительно к таким высоким технологиям, как лазерное упрочнение и легирование.

Решение проблемы оптимального использования высококонцентриров энных потоков энергии для поверхностной обработки различных материалов требует разработки теоретических положений о влиянии энергетических характеристик и условий обработки на эффективность упрочнения, а также изучения особенностей организации структуры сталей и сплавов в условиях гипернеравновесных фазовых переходов.

В згой связи актуальной задачей и важным научным направлением на пути создания и совершенствования технологий поверхностного упрочнения и легирования высококонцентрированными потоками энергии является получение достоверных теоретических и экспериментальных данных о механизме гиперскоростного а-*у перехода в зависимости от организации матричных структур, развитие частной теории процессов зарождения и роста в условиях гилернеравновесности; анализ особенностей явления структурной наследственности применительно к гапернеравновесным фазовым переходам; установление роли массопереноса в создании структурной картины при реализации <х->у-»а переходов; анализ термодинамических и кинетических условий получения в зоне лазерной обработки аморфного состояния: изучение природы влияния факторов внешнего воздействия на механизм и кинетику гипернеравновесных фазовых переходов; определение корреляционных связей механических свойств со структурным состоянием поверхностных слоев материалов, упрочненных или легированных с использованием лазерного излучения, а так»® направления трансформации структуры и свойств упрочненных слоев при внешнем энергетическом

воздействии в процессе эксплуатации. Опыт показывает, что лазерная обработка может способствовать повышению качества поверхностных слоев керметов, позволяет создавать на поверхности напряжения сжатия, химические и структурные композиции с набором дифференцированных свойств, задаваемых параметрами лазерного излучения и условиями эксплуатации. Лазерная обработка на определенных режимах приводит также к снижению пористости различных покрытий на сталях, 'залечиванию" поверхностных дефектов, микротрещин, повышению прочности сцепления покрытия с подложкой. Для оптимизации параметров лазерной обработки необходимо знание всех аспектов воздействия лазерного излучения на структуру и основные свойства различных материалов и покрытий, а также возможностей повышения эффективности упрочняющих технологий путем комбинированной обработки, сочетающей внешнее воздействие с лазерным нагревом.

На основании выполненных исследований в диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии материаловедения в машиностроении, позволяющее:

• прогнозировать развитие гипернеравновесных фазовых переходов в поверхностных слоях материалов как при лазерном облучении, так и при последующей эксплуатации упрочненных изделий;

• целенаправленно конструировать структуру поверхностных слоев различных материалов при обработке концентрированными потоками энергии, в частности, при лазерной обработке, легировании и комбинированной, поверхностной обработке, включающей лазерный нагрев;

• управлять механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами лазерно-упрочненных материалов путем определения корреляционных связей свойств и структурно-фазового состояния поверхностных облученных слоев.

Работа выполнялась в соответствии с Региональной научно-технической программой "Развитие Ростовской области вузовской наукой" (раздел "Конверсия*, 1354 г.), утвержденной постановлением Главы администрации Ростовской области №53 от 02.03.94 г., а также в рамках общероссийской межвузовской научно-технической программы "Университеты России" (Технические университеты) (1994-1997 г.г.), раздел 'Фундаментальные исследования в технических университетах" (подраздел 2.1-"Машиностроение", секция 2.1.2-"Фундаментальные основы создания высоких технологий специального машиностроения"), утвержденной приказом Госкомвуза РФ.

Цель работы. Создание научных основ методов термического упрочнения и легирования различных материалов с применением лазерного нагрева, набор оптимально полного банка экспериментальных данных о строении и свойствах материалов, полученных в условиях гипернеравновесных фазовых переходов, и разработка на этой основе технологических процессов упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента.

Научная новизна диссертационной работы заключается в получении следующих новых научных результатов, которые автор защищает:

1. Концептуальные положения теплофизической и структурно-энергетической моделей процесса лазерного упрочнения сталей и сплавов. Метод количественного определения режимов лазерной обработки для получения состояния с особой организацией дислокационной структуры в зоне лазерного бездействия. Теплофизические методы определения основных параметров лазерного упрочнения и глубины расположения заданных изотерм, которые могут быть использованы для инженерных расчетов режимов поверхностной лазерной термообработки и легирования, »а также прогнозирования основных свойств облученных зон материалов.

2. Аналитический подход к оптимизации структуры облученного сплава с использованием данных о диссипативных свойствах материалов применительно к заданным условиям эксплуатации изделий. Определение возможности создания условий, обеспечивающих самоорганизацию иерархической структуры системы путем организации наиболее эффективного обмена энергией и веществом как в пределах самой системы, так и с окружающей средой за счет активизации обратных связей.

3. Положения частной тесрии процессов зарождения и роста в условиях гиперне-равноеесностн, в которой обосновано влияние скорости нагреза и повышенной плотности дефектов кристаллического строения основных фаз металла на снижение энергии образования зародышевого центра критического размера, а также на увеличение темпа фазовых реакций.

4. Экспериментальные данные о структурных особенностях процесса упрочнения металлических материалов лри лазерной обработке, в том числе особенностях проявления эффекта "структурной наследственности" в закаченных из твердого состояния зонах металла, к которым относится увеличение размера выявляемого аустенит-ного зерна на 15-35%; особенности строения зоны лазерной закалки из ходкого состояния , состоящие в формировании при пластическом течении поверхностных слоев облучаемого металла большого количества линий сдвига и полос деформации. Результаты анализа дислокационной структуры зоны лазерной обработки, которые позволяют выделить основные механизмы торможения движущихся дислокаций, ответственных за степень упрочнения материала поверхностных слоев.

5. Основные положения кинетической теории гипернеравновесных фазовых переходов в металлических материалах, включающие: термодинамическое обоснование возникновения метастабильного аустенита в сталях при скоростной лазерной обработке; анализ причин увеличения количества у-фазы при лазерном облучении закаленных сталей и ее влияние на основные эксплуатационные характеристики: особенности у-ю. превращения в процессе скоростного лазерного термоупрочнения; влияние исходной структуры сталей на эффект лазерного упрочнения; особенности поведения включений а сталях и сплавах при лазерном облучении; влияние энергетических характеристик процесса и условий обработки на эффективность лазерной обработки; особенности организации структуры сталей и сплавов при термообработке концентрированными потоками энергии; условия получения в зоне лазерного воздействия аморфного состояния металлов и сплавов; особенности текстурной оргзниза-

ции,- как фактор улучшения технологических свойств материалов после лазерной обработки.

£. Природа влияния факторов внешнего воздействия на механизм и кинетику гипернвравноеесных фазовых переходов, выявленную с использованием результатов следующих исследований: оптимизация геометрических параметров макроструктуры и состава композиционных покрытий, полученных лазерным легированием; теоретическая оценка роли массопереноса в создании структурной картины при импульсной лазерной обработке и легировании сталей и сплавов; лазерное легирование сталей и сплавов из покрытий, полученных разными способами (шликерным, электроискровым легированием,,, ионно-плазменным напылением., химическим осаждением и др.); интенсификация процессов лазерного упрочнения и легирования путем проведения предварительного пластического деформирования и ультразвуковой обработки сталей и сплавов:

7. Вскрытые взаимосвязи структуры металлических материалов в зонах лазерно го упрочнения с их свойствами: теплостойкостью, износостойкостью, адгезионной сгой.'остью, трещиностойкосгею, конструкционной прочностью, коррозионной стойкостью. Найденные пути целенаправленного использования внутренних резервов структурной, приспосабливаемое™ поверхностных слоев материалов к условиям эксплуатации, '/сходя из анализа структурно-энергетического состояния материалов в парах трения.

6. Данные экспериментальных и теоретических исследований особенностей фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях керметов и пластмасс в условиях гяпернеразновэсности.

9. Экспериментально установленный факт повышения характеристик качества различных покрытий путем лазерной обработки, в том числе структурные эффекты упрочнения химических покрытий системы №-Р; особенности процесса лазерного легирования химических покрытий; износостойкость химических покрытий после лазерного облучения.

10. Технологические принципы лазерного поверхностного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего' инструмента различного функционального назначения, включающие выбор схем и оптимизацию режимов облучения; технологические инструкции и технологические карты процесса лазерного упрочнения и легирования различных изделий.

. Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

В диссертации изложены научно обоснованные технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса. В частности, изученные и описанные в диссертации общие закономерности влияния энергетических характеристик и условий обработки на эффективность лазерного упрочнения и легирования различных материалов, позволяют существенно расширить

пути целенаправленного воздействия на их структуру и получать свойства поверхностных слоев, необходимые для различных условий эксплуатации.

Прикладное значение для создания и совершенствования технологии лазерной обработки материалов имеют полученные в диссертации теоретические и экспериментальные данные о механизме и кинетике гиперскоростной аустенитизации в зависимости от организации матричных структур; уточненные для условий гипернеравно-веснссти положения теории структурной наследственности; особенности дислокационного механизма сдвиговых сг.->у-»а переходов; оценка роли массопереноса в создании конечных структур при гипернеравновесном нагревании; данные об условиях получения в зоне упрочнения высококонцентрированными потоками энергии текстурных эффектов и аморфного состояния металлов и сплавов. Эти сведения раскрывают физическую сущность механизмов упрочнения и определяют возможности управления составом и структурой поверхностных слоев материалов, а также использования эффектов упрочнения и релаксационных эффектов для целенаправленного влияния на структуру и свойства сталей и сплавов в процессе лазерной термообработки и легирования.

Новые сведения об интенсификации процесса лазерного упрочнения за счет комбинированной обработки, сочетающей легирование из внешних источников, предварительное пластическое деформирование, ультразвуковую обработку с лазерным нагревом расширяют возмсоедости применения обработки изделий концентрированными потоками энергии и должны учитываться при назначении их режимов. Дополнительные резервы заключены в использовании внутренних ресурсов структурной приспосабливаемое™ облученных изделий в условиях термомеханического воздействия при эксплуатации.

Данные, относящиеся к количественным закономерностям изменения напряженного состояния и химического состава поверхностных слоев керметов при лазерном упрочнении и легировании могут быть использованы для повышения их качества, обеспечения трещиностсйкости изделий из твердых сплавов и керамик.

Приведенные в работе сведения о структурных особенностях процесса лазерного облучения различных покрытий и формировании при этом нетривиального комплекса свойств позволяют в широких пределах регулировать состав и основные эксплуатационные характеристики поверхностных слоев изделий различного функционального назначения.

Разработанные в диссертации технологические принципы лазерного упрочнения и легирования технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента позволяют повысить их стойкость в 2-5 оаз.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в виде содержательной части текстов лекций, учебных пособий, раскрывающих теоретические и технологические особенности методов поверхностного упрочнения материалов концентрированными потоками энергии; при чтении курсов "Материаловедение",

"Теория термической обработки металлов'1, "Научные основы выбора материалов для деталей машин и методов достижения требуемых свойств".

Разработанные технологии лазерного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента различного функционального назначения апробированы и внедрены на предприятиях различных отраслей машиностроения России и Украины: ГГ13-23 (г.Вологда), ГПЗ-10 (г.Ростов-на-Дону), РВПО (г.Ростоа-на-Дону). ПО "Ростсельмаш" (г.Ростов-на-Дону), завод "Пирометр" (г.Санкт-Пвтербург), БКМЗ (г.Белая Калитва), АОМЗ (гАзов), АЗП (гАзов). НИИ Традиент" (г.Ростов-на-Дону), ГП "Завод им.Малышева" (г.Харьков).

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработанных технологических процессов лазерного упрочнения и легирования различных изделий, при создании которых были использованы теоретические, экспериментальные данные и рекомендации настоящей диссертации, составил 1078616,1 рублей в ценах до 1992 года и 711306400 рублей в ценах 1994-1996 г.г.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены за период с 1981 по 1996 год на 51 научно-технической конференции, в том числе: на международных научно-технических конференциях (г.г^рхангельск, Ростов-на-Дону, Шатура^ международном научном совещании (г.Благовещенск), международной научно-технической российско-германской конференции (г.Санкт-Петербург), всесоюзных научно-технических симпозиумах (г.г.Москва, Одесса), всесоюзном научно-техническом семинаре (г.Мссква), всесоюзных научно-технических конференциях (г.г.Днепропетровск, Киев, Риотоь-на-Дону "Красноярск, Тольятти, Ленинград, Телави, Таллин, Москва, Хмельницкий, Николаев, Севастополь), межреспубликанской научно-технической конференции (г.Волгоград), Республиканских научно-технических конференциях (г.г.Киев, Краматорск), зональных научно-технических конференциях (Г.Г.Рубцовск, Новокузнецк, Пенза), зональном семинаре (г.Пенза), научно-технических конференциях (г.г.Челябинск. Тюмень, Краснодар, Минск, Пенза), на 2 собрании металловедов России (г.Пенза).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 157 научных работ, в том числе 1 в международном журнале, 5 в материалах международных научно-технических конференций и совещаний, 20 в российской центральной печати, 52 в материалах всероссийских и республиканских научно-технических конференций, 17 рукописей депонировано в Черметинформации и ВИНИТИ, 25 в межвузовских сборниках научных трудов, 5 информационных сообщений, 2 рекламных проспекта, 17 учебных пособий, 1 авторское свидетельство на изобретение 1569344 СССР, МКИ С21Д91/22, 1/09. №4425469/31-02 "Способ обработки инструментальных сталей".

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 38В страницах машинописного текста и состоит из введения; 11 глав основной части; заключения, содержащего общие выводы; списка литературных источников из 290 наименований; приложения, содержащего описание основных методик, обеспечивающих проведение

исследований структуры и свойств лазерно-упрочненных материалов; рекомендации по выполнение технологических процессов лазерного упрочнения и легирования различных изделий; особенности организации производственных испытаний упрочненных инструмента, деталей машин и технологической оснастки; технологические карты процессов лазерного упрочнения а легирования типовых представителей изделий; акты внедрения технологических процессов лазерного упрочнения и легирования металлообрабатывающего инструмента и технологической оснастки в производство различных предприятий; В тексте диссертации содержится 172 рисунка, 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. В краткой форме обоснована актуальность поставленной научно-технической проблемы. Приведены основные результаты ее решения о указанием научной новизны и практической ценности диссертации.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИПЕРСКОРОСТНОГО ЛАЗЕРНОГО НАГРЕВА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ.

В первой главе диссертация выполнен критический обзор литературных данных, иллюстрирующих современный уровень разработок в области поверхностной термообработки и легирования с лазерным нагревом. Анализ результатов этих исследований приводит к убеждению; что проблема далеко не полностью решена в теоретическом отношении. В частности, э настоящее время отгуптвуют

• единая теория структурно-фазовых превращений а поверхностных слоях материалов в условиях скоростного лазерного нагрева к легирования;

. • сведения о влиянии формирующихся структур на основные свойства упрочненных/изделий и о возможности адаптации лазерно-закаленного металла к условиям эксплуатации га счет протекания гаммы химических и структурных превращений.

Некоторые результаты экспериментов, обсуждаемые в литературе, противоречивы, что также свидетельствует об отсутствии единых взглядов на механизм взаимодействия лазерного излучения с веществом.

Значительное количество нерешенных вопросов как теоретического, так и прикладного характера создает большие трудности в освоении и промышленном внедрении технологий лазерного термоупрочнения и легирования изделий различного функционального назначения.

На основании вышеизложенного определена цель работы, для решения которой сформулированы следующие задачи исследований;

1. Теоретическое и экспериментальное моделирование теплофизических и струк-турно-знергетических процессов при взаимодействии лазерного излучения со сталями и сплавами.

2. Определение путей конструирования оптимальной структуры сплавов при скоростном лазерном облучении.

3. Теоретическое и экспериментальное исследование структурных особенностей процесса упрочнения металлических материалов при лазерной обработке.

4. Разработка основных положений кинетической теории гипернеравновесных фазовых переходов в металлических материалах.

5. Выявление физической природы влияния факторов внешнего воздействия на механизм и кинетику гипернеравновесных фазовых переходов.

6. Изучение взаимосвязи структуры и свойств металлических материалов в зонах лазерного упрочнения.

7. Экспериментальные и теоретические исследования особенностей фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях твердого сплава, керамики и пластмасс в условиях гипернеравновесности.

8. Изучение возможностей повышения характеристик качества различных по^ы-тий путем лазерной обработки.

9. Разработка технологических принципов лазерного поверхностного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента.

Необходимость решения такой совокупности достаточно сложных задач, каждая из которых является самостоятельной проблемой материаловедения, определяется поставленной цепью" диссертации и полнотой ее достижения.

Все многообразие вопросов, затронутых в диссертации, объединено единой линией. Они поззоляют установить общие закономерности влияния энергетических характеристик и условий обработки на эффективное'.» лазерного упрочнения и легирования различных материал os, существенно расширить пути целенаправленного воздействия на их структуру и получать свойства поверхностных слоев, необходимые для различных условий эксплуатации.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Материалами для исследований послужили стали У8А, У10А, ХВГ, Х12М, Х12Ф1, Р6М5, Р18, 4Х5В2ФС, твердые сплавы BKS, BK1G, Т15К6, Т5К10 и другие, керамики ВОК-бО, 72, ЦО-13, ЦМ-332 и другие.

В ходе выполнения работы был осуществлен комплекс лабораторных экспериментов по изучению природы и механизма процессов скоростной лазерной закалки и легирования сталей и сплавов из покрытий, полученных шликерным методом, электроискровым легированием, ионно-пгтазменным напылением, химическим осаждением и др.

Облучение образцов производилось на лазерах TQC-30M", "Квант-16", "Квант-18". Изменение энергии излучения (10-30 Дж), степени дефокусировки луча (d=3-5 мм), длительности импульса излучения от 1-10"3 с до 6-Ю"3 с позволило варьировать плотность мощности излучения в широких пределах.

Для определения особенностей организации структуры сталей и сплавов при воздействии концентрированными потоками энергии для сравнения использовались

также следующие способы поверхностной обработки: скоростная закалка г.в.ч. с концентрацией магнитного потока за счет специальных магнитопроводов на установке ВЧГ-4-25/044; лазерное облучение на установке непрерывного действия "Кардамон"; электронно-лучевая обработка на установке УВН-2М.

Идентификацию фазового состава и изучение структуры материалов после лазерной обработки проводили несколькими методами, сочетание которых определялось задачами исследований и методическими возможностями: металлографическим, микрсрентгенсспектральным, электроннамикроскопическим, рентгеноструктурным. измерением твердости и др.

Основные свойства материалов определялись на стандартном оборудовании по стандартным методикам.

Метрологическое обеспечение экспериментов предусматривало обязательное планирование оптимальных объемов выборки, анализ возможных источников систематических сшибок, оценку значимости различия средних значений с целью получения результатов заданной надежности и с известным доверительным интервалом.

3. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛСФИЗИЧЕСКОЙ И СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ.

Поскольку структурно-фазовые превращения и формирование требуемых свойств г поверхностных слоях материалов при лазерном облучении достигаются созданием соответствующего термического цикла с заданными оптимальным» параметрами, Проведены исследования и моделирование тепловых процессов при скоростной лазерной обработке. Презде всего, отмечено, что под действием энергии лазерного излучения исходная структура материалов переходит в состояние с высокой энергией, что вызывает развитие диссипационных процессов, связанных со стремлением системы к состоянию с минимальной свободной энергией. В результате система переходит к состоянию устойчивого равновесия, которое и определяет свойства сформированной лазерно-закаленной структуры поверхностных слоев материалов.

Термодинамическую оценку процесса лазерного упрочнения можно представить в виде соотношения двух конкурирующих процессов: активации за счет потока энергии лазерного излучения, выводящего тело из равновесия, и пассивации за счет потоков высвобождаемой в теле упругой энергии, потоков тепла, массы, линейных дефектов, стремящихся ослабить результаты внешнего воздействия (1).

(1).

где - плотность энергетического потока упрочняющего воздействия;

- время взаимодействия упрочняющего энергетического воздействия лазерного излучения с материалом; Я - коэффициент поглощения; ЧЗТЕ;д- плотность отводимого энергетического потока; ли,..*.., - приращение внутренней энергии упрочненной структуры.

Из анализа выражения (1) сделан важный вывод о том, что степень упрочнения материала при лазерном воздействии определяется оптимальным соотношением скорости диссипационных процессов в облучаемой системе за счет перемещения и частичной аннигиляции дислокаций и скорости активациочных процессов, которые приводят к повышению плотности дислокаций, вакансий и их комплексов. Эти положения учитывались при рассмотрении структурно-фазовых превращений в материалах как при лазерном облучении, так и при последующем воздействии температурно-силовых факторов, возникающих в парах трения в процессе эксплуатации облученных изделий.

На основе анализа уравнения теплопроводности получен ряд интегральных характеристик процесса импульсного лазерного облучения для случая одномерной тепловой модели. Это дает возможность анализировать механизмы протекания теп-лофизических процессов в материалах в относительно простых соотношениях при сохранении их принципиальных свойств, что удобно для инженерных расчетов,

В частности, методом рзсчета на ЭВМ построены теоретические зависимости температуры и скооости охлаждения от времени после лазерного воздействия на разной глубине и при облучении с разной плотностью мощности излучения, из которых сделаны выводы об уровне достигаемых температур, степени однородности структуры в разных условиях обработки и возможности переохладить аустенит без распада до температур начала мартенситного превращения и провести лазерную закалку.

Исходя из термодинамического анализа процесса лазерного упрочнения материалов определена зависимость оптимальной плотности мощности излучения от времени его воздействия на материалы при условии достижения в поверхностных слоях оптимальной плотности дислокаций, необходимой для формирования устойчивого упрочненного состояния материала в зоне обработки (~5- 1014 см'2). Это возможно при условии равенства количества поглощенной и отведенной из зоны облучения энергии.

Как видно на рис.1, при увеличении времени облучения плотность мощности излучения, позволяющая получить упрочненное состояние металла, снижается. Показано также, что с повышением теплофизиче-ских свойств упрочняемого материала и эффективной энергии активации движения дислокаций оптимальная плотность мощности излучения увеличивается.

Анализ процесса формирования дислокаций в материалах после лазерной обработки с разной плотностью мощности излучения позволил сделать

Ю' 137 ¿ * Ms

íh*

В* 10;

1 - 5

2 « i rw

• i ; Í i Í ! ' í

h i 1 ! ! f

\ "'! " I" i' ■ .

\ ! í 5 i

\¡ 1 ! í 1 ¡

i ; 1

1 Sw 1 i

■"i ¡ ¡i

í i ■ ~

0,0! 0,03

0,05 Вэеюг, с

0,0? 0,09

Рис.1. Зависимость оптимальной плотности мощности лазерного излучения от времени ere воздействия на сталь

$0 120 160 20С 2Ю 235 Плотность мощности излучения, ьВт/сч*

вывод о достижении оптимальной плотности дислокаций упрочненного состояния при облучении с ч~16-10* Вт/смг, что удовлетворительно совпадает с результатами экспериментальных исследований, показавших, что упрочнение сталей достигается в

плотностей мощности

Рис.2. Зависимость глубины закалки от плот- ДО13™30"6 ^ ^ ности мощности лазерного излучения излучения -20-10 Вт'см\

Облучение с q~25•10'i Вт/см5 приводит к получению повышенных, критических значений плотности дислокаций (р>10!3 см'2), что может приводить к появлению в поверхностных слоях облученных материалов микротрещин.

Определенный практический интерес представляет полученная теоретическая зависимость глубины закалки от плотности мощности лазерного излучения (рис.2). Эксперименты показали удовлетворительное совпадение реально наблюдаемой глубины лазерно-упрочненных слоев с их аналитическими значениями, полученными расчетом,

4„ СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ ПРИ СКОРОСТНОМ ЛАЗЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ. Для успешного совершенствования способов поверхностного упрочнения изделий, в том числе с лазерным нагревом, в работе использован концептуально-синергетический подход к развитию основных положений структурной теории конструктивной прочности металлических материалов в условиях высокоскоростной термообработки концентрированными потоками энергии.

Показано, что регламентируя внешнее воздействие путем варьирования режимов облучения по их уровню, можно, следуя основным положениям синергетики, создавать оптимальные структуры сплавов по типу диссипативных субструктур лазерного упрочнения, что значительно увеличивает надежность и долговечность изделий в процессе эксплуатации. Исходили из того, что при лазерной обработке происходит изменение внутреннего энергетического состояния поверхностных слоев материалов, диссипация внешней энергии лазерного излучения происходит по следующим каналам: непосредственная диссипация части подводимой энергии в тепло при движении дефектов-носителей пластической деформации; частичная диссипация запасенной энергии при перестройках дефектных структур. При этом возможны два подхода к повышению срока службы облученных изделий под внешним воздействием: создание при лазерной обработка стабильных структур и создание структур, способных эффективно рассеивать подводимую энергию с помощью преобразований на различных структурных уровнях.

Для достижения при лазерной обработке упрочненного состояния поверхностных слоев материалов, устойчивого к внешним энергетическим воздействиям, должно выполняться условие равенства поглощенной, накопленной материалом и отведенной энергии. Аккумулятором внутренней энергии структуры являются дефекты кристаллического строения, плотность которых должна в этом случае иметь следующую величину, определяемую выражением:

Н • а • т

р,р (2г,

где Н - удельная энтальпия плавления; а - параметр кристаллической решетки; у - плотность материала; - энергия химической связи.

Для получено значение р„р~2,5-10и см"3.

Найденное значение соответствует предельной плотности дислокаций устойчивой упрочненной структуры, выше которого начинается самопроизвольная, релаксация, тс есть при незначительных внешних возмущениях происходит выделение упру-гой'внутренней энергии, связанной с аннигиляцией дислокаций или их движением с выходом на поверхность. Эти процессы приводят к изменению свойств лазерно-облучэнного материала.

Для описания термодинамических условий получения лазерно-упрсчненных структур, способных при внешнем «нергетчческом воздействии в процессе эксплуатации поглощать энергию, а при стремлении к устойчивости - к структурным изменениям, рассмотрено возможнее в открытых системах состояние неустойчивого равновесия ые»ду приращением внутренней анергии и приращением количества выделившегося тепла. Установлено, что плотность дислокаций, соответствующая этому типу структур, определяется из выражения:

1 | 8я ■ ¡1 - V] • Ч ;

где Ь - вектор Бюргерса;

у - коэффициент Пуассона; С - модуль упругости и составляет-3-Ю12 см'2.

Экспериментально установлено, что полученные расчетным путем значения плотности дислокаций реально достижимы за счет поверхностного лазерного облучений, следовательно, формирование диссипативных структур обоих типов практически осуществимо.

Рассмотрение и анализ структурных аспектов формирования упрочненного состояния при скоростном лазерном воздействии на материалы показал, что наиболее приемлемыми можно считать следующие дислокационные модели: • модель измельчения зерна или структурных составляющих сплава;

• модель создания дисперсных упрочняющих фаз или зон;

• модель увеличения числа дислокаций за счет организованных построений или

развития субзеренности.

Исходя из этого предлагается использовать модель микроструктуры лззерно-улрочненного металла, позволяющую реализовать иерархию механизмов диссипации внешней энергии. Модель предполагает наличие препятствий для движения дислокаций и равномерного их распределения. Это, прежде всего, дисперсные частицы; фазы, обеспечивающие диссипацию энергии путем движения частичных дислокаций и сверхдислокаций, распада фаз и образования потоков вакансий; сдвиго-неустойчивые фазы, включающие повреждающий лидер-дефект в виде дисклинации.

Таким образом, оптимизация структуры сплава и его химического состава при лазерной обработке на разных режимах проводилась с использованием диссипа-тивных свойств материалов применительно к заданным условиям эксплуатации изделий. При этом учитывались условия, обеспечивающие самооптимизацию иерархической структуры системы путем организации наиболее эффективного обмена энергией и веществом как в пределах самэй системы, так и с окружающей средой.

5. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ.

5.1. Устаноепен ояд важных для теории фазовых переходов а нееввновесных условиях лазэрнсге облучения закономерностей.

Показано, что з процессе импульсной лазерной обработки, характеризуемой высокими значениями температур, градиентов температур, химического потенциала основных фаз металла, напряжений, возникает система из зарождающихся и растущих областей новой фазы и наследуемых возникающих и перемещающихся дислокаций. Повышенная плотность дислокаций, формирующихся при скоростной лазерной обработке, приводит к снижению энергии образования зародышевого центра критического размера за счет передачи зародышу свободной энергии части существующей вокруг дислокации искаженной области. Это следует из выражения:

*~3.(АГ-и + ДГ)' (4>-

где МД - работа образования зародыша критического размера при воздействии

лазерного излучения;

о - поверхностное натяжение; .

Дf - удельная "химическая" движущая сила;

I) - удельная упругая энергия;

ЛГ - энергия искаженной области кристалла вблизи дислокации, переданная зародышу.

Под влиянием лазерного облучения уменьшается также критический размер зародыша; увеличивается вероятность повышения скорости зарождения центров новой фазы. Следствием этого является увеличение объемной доли новой фазы <е) и объемной скорости превращения (U);

e=1-exp(-m-c-V3-t4) (5),

где m - коэффициент, учитывающий форму растущих кристаллов; с - скорость образования центров новой фазы; V - скорость роста зародыша: t - время превращения.

U=(4/3) - J5-V3- с- Г' ■ ехр(-я- G3- с- f"3) ($5

В результате перечисленных особенностей частной теории процессов з?рожде-ния и роста в условиях гипернеравновесности изменяются структура и свойства материалов после лазерной обработки.

5.2. Для определения возможностей и областей применения лазерного термоупрочнения получена надежная качественная и количественная информация об изменении структуры и свойств материалов в облученных зонах.

Показано, что взаимодействие импульсного лазерного излучения з металлами сопровождается сложным комплексом структурных и фазовых превращений. Облученные участки имеют гетерогенное строение. В общем случае они состоят из трех структурных зон, различающихся температурным интервалом образования, фазовым составом, степенью травимости и твердостью. В центральной части пятна поглощается максимальное количество энергии, достигается максимальная температура нагрева, формируется зона лазерной закалк-i из жидкого состояния. На периферии пятна располагается зона лагерной закалки из твердого (аустенитного) состояния. При лазерном облучении сталей после объемной закалки на границе упрочненного елся с исходным металлом фиксируется зона отпуска.

Рентгеноструюурный анализ перечисленных зон облученных сталей показал (рис.3), что при обработке без оплавления поверхности рефлексы основных фаз закаленных из твердого состояния сталей имеют на дифрактограммах размытый профиль, что связано с искаженностью структуры, ее неоднородностью, повышенной плотностью дефектов кристаллического строения. Дифракционные максимумы смещены при этом по сравнению со структурами объемной закалки в сторону меньших углов отражения вследствие достаточно высокой средней насыщенности твердых растворов углеродом и легирующими элементами. Особенностью является также то, что профиль рефлексов а-фазы не имеет ярко выраженного дублета тетрагональ-нос™. Это может быть связано с ее высокой концентрационной неоднородностью, возникающей при частичном растворении карбидов исходного металла, а также за счет возможного двухфазного распада пересыщенных твердых растворов непосредственно сразу после образования - "in statu nascendi". Следствием является усиление степени расслоения а-фазы по углероду с образованием высокоуглеродистого «.и низкоуглеродистого х-мартенеита; образование сегрегатов углерода на дислокациях

уже в период закалочного охлаждения. Причем дисперсионное твердение может доходить до стадии максимального упрочнения.

Зафиксировано формирование у-фазы з виде сплошной оторочки вокруг карбидов, что связано с состоянием матрицы вблизи карбидов, с возникновением в этих участках . значительных напряжений и деформаций в условиях высоких скоростей лазернсгс нагрева, что инициирует а—превращение.

В случае оплавления поверхности и лазерной закалю; ИЗ ЖИДКОГО состояния профиль рентгеновских линий <х- и "/-фаз становится острее - иэ-за уменьшения кинцентрзционной несднороднсоти образующихся твердых растворов и снижения плотности дефектов кристаллического строения облученного металла.

Установлено, что в зависимости от режима облучения в лаэерно-закапенном металле моедо получить различное количество остаточного аустенита (30-90%) о нетрадиционными свойствами., в частности, с повышенной твердостью. Как показал рентгеноструктурчый анализ облученных сталей, при лазерной закалке без сплавле ния поверхности наблюдается уширение дифракционных линий аустенита (200)., (311,«. интегрально характеризующих плотность и распределение дислокаций.. Зте вызвано усилением фазового наклепа в аустените при увеличении количества мартенсита лазерной закалки, ростом уровня микронапряжений и вероятности образований деформационных дефектов упаковки вследствие давления жесткого мартенсит-нога "каркаса". Отмечено, что эти процессы, возможно, облегчают зарождение е-карбида в остаточном аустените при отпуске в связи с наличием общих кристаллографических плоскостей с идеальным сопряжением, а также дефектов упаковки с г.п.у. структурой. „ - , .„

Одной из особенностей тонкой структуры лаэерно-закаленного из жидкого состояния металла являются текстурные эффекты, которые проявляются на рентгенограммах в аномальном соотношении интенсивностей рефлексов (200)?-(311), для сталей У10А, ХВГ, Х12М и рефлексов (200)1-(211)* для сталей Р5М5, Р18 (см. рис.3) и связаны с направленной кристаллизацией тонкого слом жидкого металла на твердой

Угсл осражевкя 2 в, грар

Рис.3. Фрагмент.' рентгенограмм стали Р6М5 после объемной ТО (1), лазерной закалки с ч=80 кВт/см" (2), ^=200 кВт/см2

Г2

н

)

¡2г

13г-

ЭА

т

■7Т

¿Н-4

I

о

подложке. При атом образуется смешанная актуальная кристаллографическая текстура кристаллизации, оказывающая влияние на основные технологические свойств« облученных материалов в определенных условиях эксплуатации.

5.1 Теоретические и экспериментальные исследожвнич особенностей проявления с тр/ктурной наследственности в процессе гипериергзновесных фазовь.х переходов позволили установить, что:

» в зо^-е лазерной гакалку гечрдого состояние наЯегисовэнпЫУ сталр--- размер гьмагяемых зусгс-

мвталле, ооъшно-закаленн,»* о', оадммвиьньи лератур нагрева;

» размер аустенит.кого зернг зависит от условий облучения - степени дефокусировки лазерного луча, плотности мощности излучения, поглощательной способности поверхности, то ест= о? уровня достигаемых значений температур нагрева поверхностных слоев материалов (рис.4}

Эти эффекты можно объяснить с привлечением дву* воз»яэ»яь« мвха«лзмов перифистаагягаацйи в условиях скоростной лазерной обработан.. 3 первое. . случае исходим из предположения, что при импульсном лазерном нагреве наблюдается следующая пос лздова тельное гь структурных превращений 6 процессе перекристаллизации' упорядоченная перестройка решетки а ^у. приводящая к восстановлению исходного размера зерна аустенита; рекристаллизация у-фззы, обусловленная возникающими при превращении и унаследованными от исходной структуры искажениями: укрупнение зерна на начальной стадии собирательной рекристаллизации

Стиыулиру-Осциади факторами протекания »шисаннсго ивеханизма перекристаллизации при быстром нагреве выступают:

* возможный незначительный распад исходного мартенсита при достижение температур •.>.-<•<• превращения, что частично нарушает упорядоченность перестрой» »13-30 присутствия дисперсных карбидных, частиц. Около них могут возникать дополнительные искажения, способствующие образованию насыщенного дефектами аусени-та а, следователы-о.' повышению избыточной знаргии у-фазь;;

« ослабление тормозящего действия избыточных высоколегированных карбидов, обусловленное их частичным растворением при лазерном облучении.

Проведено энергетическое обоснование возможности реализации рассмотренного механизма перекристаллизации исходя из условия:

53 75' !СЭ Дмгя раетасревкы;:

харбядое, 94

С-аен-кч г&т*хвя

Р1:с.4. Влияние энергия лазерного излучения на размер зустенйтного зерна

где дир- изменение свободной энергии металла в процессе собирательной рекристаллизации;

Л(_/д- избыточная энергия дислокаций, которые не успевают аннигилировать при охлаждении после лазерной закалки.

Установлено, что "критическая" плотность дислокаций, выше которой энергетически выгодно образование относительно крупных аустенитных зерен, составляет 10'°-10" см'2 и реально достигается при лазерной закалке и легировании сталей.

Рассмотренный выше механизм перекристаллизации возможен, но маловероятен в связи с чрезвычайно малой продолжительностью процесса лазерной обработки. Болев перспективен в этих условиях механизм рекристаллизации 'in situ", играющий роль аккомодационного явления, препятствующего чрезмерному росту микронапряжений и образованию очагов разрушения, и учитывающий диссипацию энергии лазерного воздействия одновременно на нескольких структурных уровнях. Возникающая в процессе лазерной обработки пространственно-временная дислокационная субструктура представлена нами в виде трехступенчатой иерархии масштабов структур: микроскопический уровень, связанный с вкладом эволюции ансамбля структурных несовершенств на уровне субзерен и области границ зерен; мезоскопический, промежуточный, уровень, учитывающий влияние ансамбля дислокационных и дисклмнацион-ных зарядов внутри зерна; макроскопический уровень, учитывающий вклад от взаимодействия между зернами.

При лазерном облучении в материале возникают вихревые механические поля, характеризуемые изменением плотности дислокаций (трансляционная мода) и плотности дисклинаций (ротационная мода). При этом трансляционное движение - миграция субграниц за счет переползания дислокаций - первично, оно сопровождается ротационным поворотом решетки субзерен с образованием единой ориентации решетки в пределах зерна, то есть на другом структурном уровне. Таким образом, происходит укрупнение зерен путем коалесценции.

5.4. Рассмотрены особенности строения зоны лазерной закалки из жидкого состояния, связанные с неоднородностью распределения плотности мощности лазерного луча по пятну; с температурными и концентрационными градиентами, приводящими к изменению сил поверхностного натяжения и вызывающими образование в поверхностных слоях коаксиальных вихревых структур.

С позиций синергетики при лазерном оплавлении возникает высокая степень неравновесности жидкой фазы, бифуркационная неустойчивость расплава и переход ламинарного течения жидкости к турбулентному. Возникающие вихри обеспечивают диссипацию энергии лазерного излучения на разных масштабных уровнях путем самоорганизации структур. Управляющим параметром процесса является градиент колебательного давления на границе раздела твердая - жидкая фаза, который контролирует конвективные и аномальные диффузионные потоки, обеспечивая диспергирование растущих кристаллов.

Значительные термические напряжения, возникающие в тонких поверхностных слоях материалов, в результате локальных тепловых вспышек лазерного излучения, в совокупности с действием реактивных сил отдачи при выбросе из зоны обработки жидкости, пара приводят к высокотемпературной пластической деформации микрообъемов металла. Пластическое течение осуществляется по механизму формирования складчатых полос деформации за счет образования и развития диполей частичных дисклинаций, связанных с проявлением поворотной моды пластического течения.

Для легированных сталей эти процессы приводят к образованию полос скольжения, представляющих собой цепочки глобулярных образований, располагающихся строго ориентированно по плоскостям скольжения и образующих квазимодулирован-ную структуру.

Анализ дислокационной структуры зоны лазерной обработки (полужидкое состояние) позволил выделить следующие механизмы торможения и взаимодействия движущихся дислокаций, ответственных за упрочнение материала:

• взаимодействие с неподвижными препятствиями - включениями упрочняющих фаз, примесными атомами, границами зерен и др. В частности, зафиксирована 'эстафетная* передача скольжения при столкновении дислокаций с высокоугловыми границами;

• упругое взаимодействие дислокаций в параллельных плоскостях скольжения внутри полос скольжения и в пересекающихся плоскостях скольжения и др. Зафиксировано формирование дислокации Ломера-Коттрелла при движении дислокаций по пересекающимся плоскостям скольжения навстречу друг другу; взаимодействие перемещающихся дислокаций с дислокациями "леса*, дислокационными петлями, скоплениями точечных дефектов. При поперечном скольжении линии сдвига становятся "волнистыми*.

Таким образом, экспериментально подтверждено, что воздействие лазерного излучения на материалы представляет собой уникальный способ изменения тонкой субмикроструктуры в поверхностных оплавленных слоях, создания сплавов с заданными служебными характеристиками на принципиально новой технологической основе.

6. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГИПЕРНЕРАВНОВЕСНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ.

6.1. Проведено термодинамическое обоснование возникновения метастабильного аустенита в сталях при обработке лазерным излучением, исходя из изменения условий формирования зародышей новой фазы и облегчения фазового перехода за счет увеличенного количества дефектов кристаллического строения и повышенной свободной энергии при скоростном лазерном нагреве. Исходили из того, что количественная мера движущей силы а-*у превращения определяется выражением АГ=Р'а-Р,, где Р'^Ра+и^, Р',=Р,+и„ и„, и, - избыточная энергия дислокаций в фазах. Отсюда следует,

следует, что в случае значительной величины слагаемого L4, превышающего U, повышается движущая сила превращения, что и наблюдается при лазерной закалке.

Определена величина смещения температуры фазового перехода в неравновесных условиях скоростной лазерной обработки из соотношения А.Н.Колмогорова:

/ , ,v(i 13

X. ~• ! .и-* (8)

' Л-D ; '

где Т, - температура, при нагреве до которой диффузионный фронт зустенита продвинется на расстояние х (х'ьМ/рг, где р^ - плотность дислокаций); к=110° - параметр, определяемый из диаграммы Fe-Fe3C; U - скорость нагрева в критическом интервале температур; D - коэффициент диффузии углерода в аустените.

Численные расчеты позволили получи 1ь значение Тх~200°С.

Подсчитано также значение плотности дислокаций (?) в облученной стали, приводящей к емыцан'лю критических течек к изменению условий протекания а-»у превращения, из следующей зависимости, характеризующей изменение внутренней энергии (SE) системы:

§E~0,5-G-b2-p (3),

где G - модуль упругости материала; h - aekToii Бюргереа

Получено е~1,6- 1С1'3 см"', что реальна достижимо при скоростной лазерной закалке.

Показано, что особенности двухстадийного механизма образования аустенита в условиях скоростного лазерного нагрева связаны

• со степенью релаксации дефектов кристаллического строения, сказывающих определяющее влияние на процегс аустенитообразования. При этом аустенит образуется в локальных, наиболее искаженных участках, где свободная энергия матрицы повышена;

• с ограниченными возможностями для растворения карбидов и насыщения у-фазы углеродом. Это приводит к образованию системы насыщенных углеродом и легирующими элементами участков аустенита около карбидов и участков малоуглеродистого аустенита между ними.

Сделан вывод о возможности аффективно управлять концентрационным состоянием у-твердого раствора за счет изменения параметров лазерного излучения и формировать особые структурные состояния в лазерно-закаленных сталях и сплавах, обладающие нетрадиционными свойствами.

S.2. Экспериментально зафиксировано повышенное количество у-фззы в лазер-но-облученных сталях, которое составляет-30-90% в зависимости от их химического состава, и режима облучения. Проанализированы причины увеличения количества

остаточного аустенита при лазерном облучении объемно-закаленных сталей и определено ее влияние на основные эксплуатационные свойства упрочненных слоев.

Установлено, что при малых плотностях мощности лазерного излучения (<?<10С кВт/см2) к увеличению количества у-фазы приводит повышенная плотность дислокаций, возникающая в аустените при а-*? превращении и наследуемая от исходной до нагрева а-фазы; при больших плотностях мощности излучения и нагреве в верхнюю часть твердофазной области к увеличению объема остаточного аустенита приводит значительное растворение карбидов, что способствует насыщению аустенита углеродом и легирующими элементами и понижению мартенситной точки.

Показано, что в зависимости от конкретных условий нагружения при эксплуатации необходимо регулировать количество остаточного аустенита и степень его стабильности в структурах лазерной закалки.

Определено, что оптимальным следует считать содержание в облученном металле 15-20% остаточного аустенита наряду с мартенситом и карбидами. Это приводит к сочетанию высокого уровня прочностных свойств с достаточной пластичностью стали и связано с тем, что при температурно-силовом нагружении происходит самоорганизация структуры поверхностных слоев сталей путем преобразований, активируемых внешним воздействием, то есть возникает явление диссипации накачиваемой в материал энергии с помощью, в частности, превращения метастабильного аустенита в мартенсит деформации.

6.3. Рассмотрены особенности у~хх превращения в процессе скоростного лазерного термоупрочнения с объединением концепций гетерогенного (дислокационного) зарождения и волнового роста мартенсита.

Показано, что

• процесс образования зародышей мартенсита в условиях скоростной лазерной обработки облегчен в связи с формированием в металле развитой дислокационной структуры, способной привести к появлению добавочной энергии для образования повышенного количества зародышевых центров критического размера, способных путем сдвига испытывать мартенситнов превращение;

• особенности мартенситного превращения в условиях лазерного воздействия в значительной степени определяются прочностными свойствами аустенита, поскольку -(-хх превращение связано с зарождением и движением в ГЦК-матрице определенных дислокационных конфигураций;

• с позиций синергетики мартенситное превращение при лазерном облучении реализуется в виде релаксационных волн в вихревом поле, характеризуемом трансляционными и ротационными модами;

• в условиях высокой температурной и концентрационной неоднородности облученных зон металла в участках с низким содержанием углерода стимулируется дополнительное расщепление частичных и полных дислокаций и снижение энергии д.у. в

в эустените. то есть облегчается образование зародышей; превращение при этом развивается по схеме А-^д.у.(е-фаза)-»М;

• в облученных участках с повышенной концентрацией углерода, соответствующей насыщению образовавшихся на д.у. сегрегация, углерод поступает в твердый раствор, вызывая уменьшение равновесного расщепления дислокаций; при этом э.д.у. аустенита возрастает и наблюдается переход А->М, что может затормозить превращение.

Про ведена количественная оценка факторов, сопутствующих у-к-. превращению в лазерно-облученных зонах при охлаждении, в том числе:

• определено критическое напряжение сдвига для аустенита, приводящее к неустойчивости трансляционного типа, исходя из выражения для разности свободных энергий аустенита и мартенсита в точке Мн

л.

гдй г.. - напряжение сдвига;

- модуль сдвига аустенита в точке

При д1а.»л-210 ДжЪм2; 1,=6.9-10* МПа, получено ^=5,5-10® МПа.

• проведена оценка длины дислокационной петли (I), служащей источникам дислокаций и обеспечивающей рост зародыша мартенсита, исходя из выражения

21у Ь (11).

I

где Ь - вектор Бюргерса.

При (у=6,9- 1С" МПа, Ь=2,5-10"е см, получено НО"' см.

Сделан вывод о зависимое™ характера у-*« превращения от конкурирующего соотношения интенсивное™ протекания стимулирующего процесса формоизменения в интервале температур Мя-М, за счет напряжений сдвига термического и термомеха-' нического происхождения, а также тормозящего процесса, связанного с уменьшением областей с правильным или однородно-искаженным кристаллическим строением вследствие формирования при лазерной обработке высокой плотности дефектов кристаллического строения аустенита.

6.4. Исследована степень влияния исходной структуры сталей на эффект лазерного упрочнения.

Исходя из результатов количественного металлографического, рентгеноструктур-ного, электронномикроскопического и дюрометрического анализов установлено, что оптимальное сочетание глубины закаленного слоя и его твердости достигается при лазерном облучении металла, подвергнутого полному циклу объемной термообработки - закалке и отпуску (рис.5). При лазерной закалке в поверхностных слоях формируется структура, характеризующаяся сочетанием достаточно высокой средней насыщенности твердых растворов углеродом и легирующими элементами с концентраци-

окной неоднородностью, вызванной частичным растворением исходных карбидов Эти процессы в сочетании с суммарный влиянием факторов, сопутствующих процессу скоростной лазерной обработки (фззьвогс наклепа при а**, перекристаллизации; пластического деформирования, обусловленного термическими напряжениями под влиянием значительных температурных градиентое (-105 °С/см) и значительным импульсом отдачи при мгновенном испарении тонкого поверхностного слоя материала (~1Сг МПа), повышенной плотности дефектов кристаллического строения основных фаз облученного металла, возникающих вследствие высоки* скоростей нагрева я охлаждения I~ТО" ~С.с) пр^ьодят г значительному упрочнению облученных металлов.

Сделан вывод о перспективности совмещения лазерной термообработки с легированием поверхностных слоев сталей и сплавое из внешних источников, что позволяет формировать структуры лазерной обработки с заданными свойствами путем искусственного регулирования степени растворения исходных карбидов и уровня насыщенности твердых растворов углеродом и атомами легирующих элементов.

6.5. Определено влияние энергетических характеристик процесса и условии обработки на эффективность лазерного упрочнения.

Экспериментально зафиксированы следующие зависимости:

• глубина упрочненного слоя на сталях растет с увеличением энергии излучения причем наиболее значимо для больших длительностей импульса (рис.6);

• при облучении на коротких импульсах (-1 мс) в облученном слое присутстауе* значительная доля оплавленного металла, что имеет большое значение при проае-дечи<1 процесса лазерного легирования;

• зависимость твердости облученных сталей от энергия излучения для всех используемых длительностей импульса имеет вид кривой с максимумом, то есть существует определенный интервал значений энергии, в котором наблюдается упрочнение поверхностных слоев сталей (рис.7);

• стабильность процесса лазерного упрочнения возрастает с увеличением длительности импульса излучения;

• оптимальное сочетание энергетических уровней нагрева и варьируемой исходной структуры позволяет эффективно конструировать структуру сталей и сплавов и

Рис.5. Зависимость твердеет упрочненного слоя от режима объемной термообработки (ОТ) стали РвМ5: 1-отжиг; 2-закалка без отпуска; 3-закалка и отпуск 200сС; 4-550°С; 5-625°С: 6-в50сС; 7-550°С.?00°С

! ! I I N ^гМ !

! >/

I I ьшт, гГТ/Ъ I ^Х'ЛА !

I «У'уК-г/Ои I 3 • ! 1

I ! у( I I ! ! ; |

10 •' 20 30" ' ' ■ Энергия азлртгнаг, Дг ■ ■

Рис.6. Влияние энергии излучения на глубину упрочненного слоя на стали Р6М5 при ИмйИ мс (1) и т„у„=4-6 мс (2)

*

л Г-Лг 1 V 2-

1 !

1 ! Т^

Звергвя яз.пзчвти. Це

Рис.7. Влияние энергии излучения на твердость упрочненного слоя на стали Р6М5 при т„„„=1 (1) и %«„=4-6 мс (2)

достигать требуемых значений основные- свойств для различных условий эксплуатации.

5.6. Высказано предположение о формировании аморфного состояния в условиях импульсного лазерного облучения легированных сталей, в частности, по граница»'! зерен с образованием тоькей сета;, армирующей структуру стал»!, и на граница:-; оплавленных включений карбидов. Возможность присутствия аморфного состояния подтверждается приведенным теоретическим анализом и результатами рентгено-структурных исследований облученных участков на материалах различного химического состава.

Отмечено, что поскольку аморфное состояние металлов «растеризуется наличием в структуре оли>кнего порядка, это исключает механизмы диссипации энергии внешнего воздействия с участием следующих лидеров-дефектов: частичных дислокаций, сверхдислокаций и вакансий. Аморфному-состоянию присущ особый механизм диссипации энергии - негомогенное скольжение с участием лидирующих дефектов -дисклинаций.

5.7, Показано, что текстурные эффекты, фиксируемые в лазэрно-эакаленном иг жидкого или полужидкого состояния металле и проявляющиеся при рентгеноструктур-ных исследованиях в аномальном соотношении интенсизностей дифракционных линий зустепита и мартенсита, приводят к анизотропии основных эксплуатационных свойств поверхностных слоев материалов Б частности, текстура обеспечивает однородность деформирования лазерно-эакаяенмых сталей, приводит к уменьшению трещинообразования при деформации, повышает коррозионную стойкость металла упрочненных зон; способствует повышению прочности и снижению коэффициента трения трибосистем на 20-30%, если тип текстуры согласуется с видом напряженного состояния упрочненных изделий в условиях эксплуатации; повышает стационарность процессов в зоне трения: предоставляет возможность интенсификации режимов эксплуатации пэр трения после лазерной обработки.

7. ВЫЯВЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ ВЛИЯНИЯ ФАКТОР ОВ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МЕХАНИЗМ И

КИНЕТИКУ ГИПЕРНЕРАВНОВЕСНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

7.1. Определено, что механизм упрочнения поверхностных слоев металлических материалов при лазерном легировании из различных покрытий является многофакторным и включает следующие составляющие:

а=0;г.р+СТзрм+СТ8Морф+Ол»г'+Од1,оп+"0'д,ф+ад+Офа8 (12),

где с,.р - твердорастворное упрочнение;

<"зри - упрочнение армированием вплавленными твердыми дисперсными частицами карбидов, боридов, оксидов из покрытий; - упрочнение локальной аморфизацией; - упрочнение микролегированием при диссоциации включений исходной структуры или из покрытий;

- дисперсионное упрочнение за счет блокирования перемещения дислокаций карбидными частицами;

- упрочнение за счет импульса отдачи при испарении жидкости с поверхности:

«д - упрочнение дальнодействующими полями напряжений фазовых выделений, комплексов дефектов кристаллического строения; с Фа - упрочнение за счет фазовых превращений.

При проведении лазерного легирования сталей и сплавов создавались композиционные антифрикционные материалы, состоящие из пластичной матрицы (Ре, №) и твердых частиц наполнителя А120; и т.д.); состоящие из твердой матрицы (закаленная сталь) и пластичных включений (Мо2-, «-ВЫ, графит и т.д.).

7.2. Экспериментальная оценка массопереноса в материалах в условиях высоких скоростей лазерной обработки, проведенная с использованием металлографического, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов лазерно-облученных зон металла, показала, что объяснить аномально высохло подвижность атомов в условиях лазерного облучения невозможно, основываясь лишь на представлениях классической диффузии. В результате теоретических и экспериментальных исследований показано, что в -неравновесных условиях скоростного лазерного нагрева направленный массоперенос вещества является комплексной величиной, зависящей от уровня и неоднородности достигаемых температур, напряжений, химических потенциалов и других факторов:

ам п ас _ еТ п &т <ЭЕ (13),

— = -и. —±0-|----1-и_ —±и=---к..

а - ах 1 йх с ас е а*

где ЗМ

— - скорость переноса массы диффундирующего вещества; а

— - градиент концентрации; сх

0о, От, Э,, Ос - коэффициенты диффузии, обусловленные соответственно градиентами концентрации, температуры, напряжения, электрического поля и т.д.

Предполагается, что в соответствии с принципами неравновесной термодинамики и синергетики при лазерном воздействии система последовательно проходит ряд состояний, характеризующихся различной степенью самоорганизации процесса переноса: на первой стадии самоорганизуется движение квазичастиц - фононов, на второй происходит самоорганизация движения частиц вещества. Ускоренный массоперенос в этих условиях в значительной степени определяется вязкими свойствами среды и силами внутреннего трения.

При лазерном оплавлении поверхности материалов лазерным излучением процесс массопервноса ускоряется, видимо, за счет обогащения или обеднения узкого слоя расплавленного металла легирующими элементами, вызванного разной упру-' гостью паров атомов легирующих элементов и атомов основного металла, а также повышенной растворимостью их в жидкой фазе. Ускорению массопереноса способствуют гидродинамические течения в лазернсюплавленном металле, обусловленные градиентами температур и напряжений в облученных зонах. При этом возникает высокая степень неравновесности жидкой фазы, бифуркационная неустойчивость расплава и переход ламинарного течения жидкости к турбулентному. Возникающие при этом вихри обеспечивают на разных масштабных уровнях диссипацию энергии. Управляющим параметром является градиент колебательного давления на границе раздела твердой и жидкой фаз, который контролирует конвективные и аномальные диффузионные потоки.

7.3. При проведении лазерного легирования сталей и сплавов в работе испсльзо- ' вались следующие элементы: углерод, молибден, вольфрам, хром, кобальт, никель, кремний, их комбинации и соединения: карбиды вольфрама, хрома, нитриды титана, циркония и др.

Установлено, что рациональный выбор состава легирующих покрытий, полученных шликерным способом, электроискровым легированием, ионно-ллазменным напылением, химическим осаждением, обеспечивает повышение твердости на 30-50% и теплостойкости на 50-70°С рабочих поверхностей лазерно-легирс ванных изделий. Наиболее значимо это проявляется при использовании легирующих покрытий, содержащих твердые сплавы. Кроме того, после лазерной обработки наблюдается повышение прочности адгезии покрытий с основой; снижение схватываемости лазерно-легированных поверхностей с контртелом в парах трения; уменьшение диффузионного растворения основы за счет барьерного действия лазерно-легированных поверхностных слоев; понижение температуры процесса эксплуатации пар трения благодаря теплоизоляционному эффекту облученных слоев материалов; уменьшение коэффициента трения в трибосистемах, особенно при использовании покрытий, содержащих твердые тугоплавкие карбиды, нитриды, оксиды легирующих элементов.

7.4. Обоснованы возможности интенсификации процессов лазерного упрочнения и легирования путем проведения предварительного пластического деформирования (ППД) и ультразвуковой обработки (УЗО) сталей и сплавов.

Показано, что проведение ППД перед лазерной обработкой увеличивает глубину упрочненного слоя на 30-50%, повышает твердость на 30-40%. Наблюдаемые эффекты объясняются: влиянием созданной в мартенсите при ППД и унаследованной вус-тенитом субструктуры; изменением состояния и степени распада твердых растворов а- и у- в процессе закалочного охлаждения; присутствием в структуре дисперсных карбидов, выделяющихся при ППД.

Установлено, что ППД создает предпосылки для достижения оптимальной подготовленности структуры к лазерной закалке и получения оптимального сочетания насыщенности и концентрационной неоднородности основных фаз после последующей лазерной обработки.

Показано, что применение УЗО изделий в режиме кавитации перед лазерной закалкой и легированием позволяет: сократить время обработки за счет совмещения операций очистки от технологических загрязнений и ППД; увеличить глубину лазерно-упрочненного слоя на 15-25%; повысить твердость поверхностных слоев сталей на 30-40%; увеличить износостойкость упрочненных поверхностей изделий.

В

о м о. о

¿5

13

8. взаимосвязь СТРУКТУРЫ и свойств металлических материалов В зонах лазерного упрочнения

8.1. Экспериментально установлено, что лазерная обработка повышает устойчивость структур лазерной закалки к разупрочнению при нагреве на 50-120°С (рис.8).

Показано, что процессы, протекающие в лазерно-закаленных материалах при отпуске, имеют следующие особенности:

• замедляется распад мартенсита, более длительное время и до более высоких температур сохраняется двухфазное состояние, появляется тенденция к повышению устойчивости а-мартенсита против однофазного распада;

• высокая плотность дефектов кристаллического строения основных фао лазерно-облученного металла изменяет ход карбидообразования при нагреве; приводит к выхода углерода из твердого раствора, препятствуя образованию промежуточных фаз при распаде пересыщенного твердого раствора;

• происходит усиление сегрегации

- Т !

! h

- \ 3 t A

/ [ J; Л \

■

• Hit Т \ V

I i ! \ \\

I i j 1 \ 1

1 ; i ': 1

Рис.а. -После

100 . 30С 500 700 Теиогракура отпуска, "С Теплостойкость стали Р6М5 объемной ТО (1), лазерной

•закалки (2), лазерного легирования (3)

рода на дислокациях, повышение температур устойчивого существования атмосфер;

• схема карбидообразования в лазерно-облученном металле имеет следующий

вид:

углерод в твердом растворе->углерод, связанный с дефектами + цементит ©-Ре3С->цементу1т O-Fe^C;

»проявляется закономерная ориентировка кристаллов цементита по отношению к мартенситу лазерной закалки:

[1001ц IJ [W11m;

[010]ц 11 [111]«;

[001]ц i I 11215«.

• при повышении температуры отпуска увеличивается количество карбидов це-ментитного типа, что приводит к упрочнению лазерно-закаленного металла;

• текстурные эффекты аустенита и мартенсита в лазерно-за каленных сталях сохраняются при нагреве до высоких температур отпуска и приводят к анизотропии свойств, 8 частности, к снижению коэффициента трения.

8.2. Эксперименты по определению причин получения высоких значений износостойкости лазерно-облученных сталей и сплавов показали возможность повышения эффективности упрочняющих технологий путем целенаправленного использования внутренних резервов структурной приспосабливаемости поверхностных слоев материалов к условиям эксплуатации.

Исходили из условия, что долговечность триботехнических материалов обеспечивается, если избыточная внутренняя энергия, накопленная при внешнем температур-но-силовом воздействии, успевает рассеяться прежде, чем достигнет критического уровня, вызывающего разрушение поверхности.

Показано, что каналами диссипации упругой энергии при нзгружении лазерно-облученных слоев материалов являются: зарождение и трансляционное движение дислокаций; образование мартенсита деформации; ротация и поворот структурных элементов.

При выборе режимов лазерной обработки учитывалась возможность создания двух вариантов структур, приводящих при эксплуатации к явлению структурно-энергетической приспосабливаемости, что минимизирует износ пар трения, учитывая следующую зависимость для коэффициента трения:

где стт - предел текучести;

р, pi - плотность дислокаций до и после трения соответственно; Sinei - ориентационный фактор; v - коэффициент Пуассона; G - модуль сдвига.

Отсюда для получения минимального коэффициента трения в три (»сопряжении необходимо, чтобы: либо облученный материал испытывал структурные превращения при эксплуатации, что приводит к повышению плотности дислокаций на рабочих поверхностях; либо материал сохранял исходную плотность дислокаций при внешнем нагружении (p/p,ä1), то есть имел стабильную структуру.

Установлено, что эффекты структурной приспосабливаемости лазерно-облученного металла в парах трения связаны со следующими факторами: деформационным упрочнением метастабильного аустенита; образованием разных количеств е-и а-мартенситных фаз; наклепом мартенсита деформации; релаксацией микронапряжений за счет у-ю. превращения при нагружении; способностью включений поглощать энергию при внешнем нагружении и выступать в роли релаксаторов напряжений.

8.3. Экспериментально установлено, что лазерная обработка положительно влияет на адгезионную стойкость и трещиностойкость поверхностных рабочих слоев сталей и сплавов. Показано, что перечисленные свойства облученных сталей повышаются при: оптимальном выборе режимов лазерной обработки; проведении лазерной цементации или лазерного легирования молибденом, ванадием; комбинировании лазерной закалки и легирования с ППД; отпуске лазерно-упрочненных сталей и сплавов при оптимальных для каждой марки стали температурах.

8.4. Анализируя вопросы повышения свойств сталей и сплавов после лазерного воздействия рассмотрено влияние закаленного слоя на сопротивление хрупкому разрушению.

Показано, что отрицательное влияние лазерной обработки на прочность материалов можно уменьшить или исключить полностью следующим образом: оптимизацией режимов облучения, вариацией коэффициентов перекрытия пятен; применением отпуска лазерио-закаленного слоя при температурах 100-500°С или совмещением лазерной закалки с цементацией из покрытий; выбором для упрочнения тех участков рабочей части изделий, которые в процессе эксплуатации подвергаются действию сжимающих нагрузок.

6.5. Экспериментально установлено, что основными возможными путями повышения коррозионной стойкости лазерно-облученных сталей и сплавов являются следующие:

• рафинирование поверхностных слоев за счет удаления 30-75% неметаллических включений (оксидных, карбидных, нитридных, сульфидных) в случае лодллавле-ния металлов лазерным излучением;

• формирование при лазерном оплавлении в поверхностных слоях относительно совершенной текстуры;

• проведение лазерного легирования поверхностных слоев металлов из покрытий, содержащих хром, молибден;

• создание в поверхностных слоях материалов сжимающих напряжений путем выбора оптимального режима облучения или проведения перед лазерной закалкой ППД.

« создание в поверхностных слоях материалов сжимающих напряжений путем выбора оптимального режима облучения или проведения перед лазерной закалкой ППД

9. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ, КЕРАМИКИ И ПЛАСТМАСС ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ.

9.1 Определены осноаные положения структурного механизма процессов лазерной обработки и легирования тверды* сплавов и керамики, в том числе установлена ввшзжнсгсге регулирования г^оцегсса рас георения пограничных зон геоидов твердого сплава путем изменения режимов лазерной обработки; -зафиксировано формирование вторичных структур, содержащих новые фазы; установлено присутствие в поверхностных слоях напряжт^й сжатия, повышающих прочность и долговечность керметов; замечено измельчение зсех глементов структуры облученных поверхностных слоев керметоа; определена аозмо-жость изменения функционального назначения керметов за счет лазерного легирования \№С, ТЮ и т.д.; зафиксировано заполнение поверхностных трещин керметов расплавленными с помощью лазерного и;л.'4б>'ия никелем, кобальтом или железом.

Показано, что в зависимости от системы искусственного легирования керметов из покрытий разного состава существует возможность получать различные свойства иг. поверхностных слоев (рис.9).

3.2. Установлено, что лазерная обработка пластмасс позволяет; формировать на поверхности изделий систем определенным образом расположенных дорожек, служащих "карманами* для обеспечения сэмссмазывания узла трения; изменять степень эморфизации поаерхюстных облученных слоев пластмассы, повышать плотность упаковки атомов в поверхностных слоях, заплавлять поверхностные микротрещины; понижать коэффициент трения пластмассы по металлу на 13-20%; увеличить износостойкость на 25-85%; формировать в поверхностных слоях композиционные материалы с заданным уровнем свойств путем лазерного легирования медью, алюминием или влпавления в поверунсстные слои частиц УУ С, ПС, А1;0-, и т.д

Рис.9. Результаты лагерной обработки твердых сплавов

10. ПОВЫШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА РАЗЛИЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ

ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ,

10.1. Показано, что лазерная обработка химических покрытий позволяет: повысить качество поверхностных слоев сталей за счет уплотнения и дегазации, увеличения адгезии покрытий к основе, улучшения морфологии поверхности; уменьшить выгорание легирующих элементов из поверхностных слоев материалов при скоростной термообработке; формировать в поверхностных слоях сталей относительно совершенную текстуру; регулировать уровень твердости покрытий лазерной обработкой на выбранных режимах.

10.2. Показано, что во время нагрева мелкокристаллических покрытий системы №-Р в эволюции превращений в поверхностных слоях можно выделиъ следующие

о

характерные стадии: образование скоплений радиусом 100-500 А , имеющих ближний порядок расположения атомов никеля в матрице; выделение первичной метаста-бильной фазы, близкой к никелю; образование вторичной метастабильной фазы, имеющей слож-ую кристаллическую решетку; последовательный переход в стабильное состояние смеси фаз р-№ с

Скоростной лазерный нагрев позволяет зафиксировать промежуточные стадом превращений и получить нетрадиционные свойства покрытий.

Экспериментально установлено, что лазерная обработка химических №-Р покрытий приводит к следующим эффектам:

• увеличивает твердость поверхностных слоев стали Ув при облучении с ч=10 £С кВт/см2, стали Х12М с ч=20-80 кВт/см\ стали Р18 с я=10-50 кВт/см2 за счет достижения оптимального сочетания концентрационной неоднородности и насыщенности твердых растворов Р в № и за счет выделения большого количества дисперсных соединений типа №3Р, №5Р4;

• повышает прочность сцепления покрытий со стальной подложкой во всем диапазоне плотностей мощности излучения за счет формирования в переходной зоне непрерывного ряда твердых растворов системы Ы^е;

• понижает коэффициент трения в 1,5-4 раза и повышает износостойкость сталей с покрытиями;

• позволяет получать комбинированные покрытия на стилях типа керметов (при введении в никелевую матрицу химических покрытий частиц У/С, "ПС, а-ВЫ) или самосмазывающиеся покрытия (при введении в никелевую матрицу графита, МоЙ! и т-Д.).

11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.

Экспериментально подтверждены основные преимущества лазерного способа упрочнения изделий га сталей и сплавов: локальность, что позволяет обрабатывать

только повреждаемые в процессе эксплуатации участки и поверхности; в том числе бездеформационность; экономичность; экологичность; возможность автоматизации.

Показано, что применение высоких технологий упрочнения существенно улучшает основные свойства сталей и сплавов, что позволяет: повысить ресурс работы упрочненных изделий в 2-5 раз; сократить затраты на производство и приобретение деталей машин, инструмента и технологической оснастки; увеличить производительность труда; улучшить качество механической обработки; уменьшить расход высоколегированных сталей.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны базовые технологические процессы лазерного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента различного функционального назначения, включающие:

• технологические инструкции для проведения процесса, содержащие рекомендации по выбору оптимальных режимов и схем лазерной обработки и легирования различных изделий, по контролю качества лазерного упрочнения;

• операционные технологические карты лазерного упрочнения и легирования типовых представителей инструмента и деталей машин на установках типа "Квант", в которых указана последовательность выполнения технологического процесса, приведены рекомендуемые режимы и схемы облучения, составы легирующих покрытий для разных условий эксплуатации, требования к качеству облученной поверхности.

Разработанные технологические процессы лазерного упрочнения и легирования деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента освоены и внедрены на предприятиях различных отраслей машиностроения России и Украины, в том числе на: ГПЗ - 23 (г. Вологда, 1978-1981 гг.); ГПЗ -10 (г.Ростов-на-Дону, 1981 г.); ПО Ростсельмаш (г. Ростов-на-Дону, 1981 г.); завод Т1ирометрк (г. Ленинград, 1933-1986 г.г.); РВЛО (г. Ростов-на-Дону, 1983 г.); БКМЗ (г.Белая Калитва, 1986-1988 г г.); АОМЗ,(г. Азов, 1995 г.); АЗП у. Азов, 1995 г.); НИИ "Градиент" (г. Ростов-на-Дону, 1996 г.); ГП "Завод им. Малышева" (г. Харьков, 1994-1998 г.г.),

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итог научных разработок, изложенных в диссертации и соответствующих цели и задачам исследований, можно сформулировать в виде следующих общих выводов.

1. Созданы научные основы методов термического упрочнения и легирования различных материалов с применением лазерного нагрева, основанные на разработке теоретических положений о влиянии энергетических характеристик и условий обработки на эффективность упрочнения, а также на экспериментальном изучении особенностей организации структуры сталей и сплавов в условиях гипернеравновесных фазовых переходов.

2. Для решения проблемных вопросов оптимизации режимов поверхностного упрочнения сталей и сплавов использованы концептуальные положения теплофизи-

ческой и структурно-энергетической моделей процесса импульсной лазерной обработки, что позволило:

• аналитически определить параметры процесса лазерного упрочнения, глубину расположения заданных изотерм, которые могут быть использованы для инженерных расчетов режимов поверхностной лазерной термообработки и легирования, приводящих к максимально возможной степени упрочнения материалов с заданным уровнем плотности дислокаций, формирующихся при гиперскоростном нагревании;

• прогнозировать характер и степень завершенности фазовых превращений, напряженное состояние, свойства упрочненной поверхности материалов,

3. На основе фундаментальных положений синергетики и принципов системного подхода определены гт/ти конструирования при скоростном лазерном облучении оптимальной структуры сталей и сплавов, позволяющей реализовать иерархию механизмов диссипации анергии.

Рассмотрены и количественно оценены термодинамические условия получения двух вариантов лазерно-упрочненного состояния материалов:

• обладающего устойчивостью к внешним энергетическим воздействиям в процессе эксплуатации;

• способного эффективно рассеивать подводимую извне энергию в момент пика напряжений с помощью преобразований на разных структурных уровнях.

Показано, что конструирование микроструктуры сплавов, предназначенных для работы с высоким уровнем внешних напряжений, требует комплексного легирования, способствующего при динамическом старении созданию фаз, эффективных для диссипации энергии.

4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования структурных особенностей процесса упрочнения металлических материалов при лазерной обработке, в частности, показано, что

• повышенная плотность дислокаций, наследуемых, образующихся и перемещающихся при скоростной лазерной обработке материалов, изменяет поля упругих сил в процессе фазовых превращений, что приводит к снижению энергии образования зародышевого центра критического размера, к увеличению скорости зарождения центров. Прирост свободной энергии фаз за счет избыточной энергии дислокаций, передаваемой фазам, дает выигрыш в движущей силе фазового перехода и реализуется в увеличении темпа превращения;

• в результате структурных изменений при лазерном облучении на поверхности материалов формируется упрочненный участок, имеющий гетерогенное строение, что связано с неоднородностью пространственного распределения плотности лазерного потока по зоне нагрева. При этом усиливаются факторы, определяющие степень упрочнения материалов - повышается дисперсность блоков и плотность дефектов кристаллического строения основных фаз, степень искаженное™ и неоднородности структуры за счет частичного растворения избыточной карбидной фазы исходного

металла, а также за счет возможного двухфазного распада пересыщенных тверды* растворов непосредственно сразу после образования "in statu nascendi";

• особенности проявления структурной наследственности в условиях скоростного лазерного нагрева объясняются с привлечением двух возможных механизмов перекристаллизации. В первом случае энергетически обосновано предположение, что при импульсной термообработке наблюдается следующая последовательность структур в процессе перекристаллизации: упорядоченная перестройка решетки а.-»?, приводящая к восстановлению исходного размера зерна; рекристаллизация у-фззы, обусловленная возникающими при превращении и унаследованными от исходной закаленной структуры искажениями; укрупнение зерна на начальной стадии собирательной рекристаллизации, Сделан вывод, что в условиях чрезвычайно малой продолжительности процесса лазерной обработки более вероятным является механизм рекристаллизации "in situ", учитывающий диссипацию энергии лазерного излучения одновременно на нескольких структурных уровнях. Укрупнение зерен происходит при этом путем трансляционного движения • миграции субгрзниц за счет переползания дислокаций, е последовательным ротационным поворотом решетки субзерен до образования единой ориентации в пределах зерна.

• при оплавлении поверхности материалов лазерным излучением микрообъемы металла подвергаются пластической деформации за счет перемешивания жидкости под действием гидродинамических сил и температурных градиентов, реактивных сил отдачи при выбросе из зоны обработки жидкости, пара и т.д. Релаксация напряжений реализуется сдвиговой деформацией по механизму образования складчатых полос скольжения. При нагреве в лазерно-оплавленном слое на сталях формируется ква-эимодулированнзя структура, как результат1 зарождения карбидных частиц ка дефектах кристаллического строения, имеющих после высокотемпературной деформации направленный характер.

5. На базе результатов комплексных металлофизических исследований разработаны основные положения кинетической теории гипернеравновесных фазовых переходов в металлических материалах, в том числе:

• термодинамически обосновано возникновение" метастабильного аустенита в сталях при обработке лазерным излучением. Показано, что высокая скорость лазерной термообработки приводит к ряда характерных явлений в процессе а-^у превращения в сталях и сплавах, а именно, аустенитизация идет по сдвиговому механизму; смещены критические температуры фазовых переходов; при охлаждении в твердых растворах сохраняется концентрационная неоднородность из-за ограничений в растворении карбидов; формирование мартенсита в процессе закалки преходит из метастабильного аустенита с высоким уровнем упругих искажений;

» проведен анализ причин увеличения количества у-фазы при лазерном облучении закаленных сталей и её влияние на основные эксплуатационные характеристики. Показано, что при малых плотностях мощности излучения и, следовательно, относительно низких температурах нагрева к увеличению количества у-фаэы приводит по-

вышенная плотность дислокаций, возникающая в аустените при «.->•/ превращении и наследуемая от исходной до нагрева а-фззы. Из-за кратковременное™ процесса облучения дефектность аустенита сохраняется до начала у->а. превращения и тормозит его. При больших плотностях мощности излучения и нагреве в верхнюю часть твердофазной области к увеличению объема остаточного аустенита приводит более полное растворение карбидов. При этом происходит насыщение аустенита углеродом и легирующими элементами и понижение мартенситной точки;

• определены особенности превращения в процессе скоростного лазерного термоупрочнения с использованием концепций дислокационного зарождения и волнового роста мартенсита. В том числе показано, что высокая степень упрочнения аустенита снижает точку М« и тормозит превращение. Небольшая степень упрочнения аустенита увеличивает число активных для у->а превращения мест и повышает точку Мн. Мультипликативное зарождение а-фазы в условиях достаточно высокой плотности дислокаций обусловлено несколькими факторами, в частности, снижвнием энергетического барьера зароадвния дислокационной петли превращения, инициированием расщепления полных дислокаций с образованием дефектов упаковки и развитием превращения по схеме у-*д.у.(е-фаза)-М1. При этом увеличивается удельная поверхность границ и субграниц, оказывающих барьерное действие при движении дислокаций, происходит релаксация "пиковых" напряжений за счет формирования "полупроницаемых" барьеров, когерентных карбидов в а-фазе и т.д.;

• установлена степень ели.яния исходной структуры сталей на эффект лазерного упрочнения. Показано, что лучшей исходной композицией для лазерной обработки являются структуры отпуска, поскольку повышенное количество дисперсных карбидов перед лазерным нагревом предопределяет как образование большой плотности концентрационно-неоднородных участков, так и достаточно высокое общее насыщение матрицы углеродом и легирующими элементами. Показано, что максимальная твердость структур лазерной закалки достигается при частичном растворении карбидов исходного металла, но не более 30% по объему. Немаловажную роль в формировании структуры упрочненного металла играет и проявление эффекта структурной наследственности, сопровождающееся сохранением и умножением плотности дефектов. кристаллического строения твердых растворов при скоростном нагреве до относительно высоких температур;

• высказано предположение о формировании аморфного состояния в условиях импульсного лазерного облучения легированных сталей по границам зерен с образованием тонкой сетки, армирующей структуру стали, а также на границах оплавленных включений карбидов.

• рассмотрено формирование текстуры кристаллизации в зоне лазерной закалки из жидкого состояния, что связано с преимущественной ориентировкой субзерен в поверхностном слое материала, возникающей за счет направленной кристаллизацией металла после окончания лазерного импульса, а также за счет особенностей напря-

¡«энного состояния материалов при лазерной обработке. Установлено, что сформировавшаяся текстура приводит к анизотропии основных эксплуатационных свойств облученного металла; уменьшает трещинообразование при деформации; уменьшает межзереннов охрупчивзние за счет уменьшения протяженности высокоугловых границ; повышает коррозионную стойкость упрочненных зон металла; снижает коэффициент трения трибосистем; повышает стационарность процессов в зоне трения; способствует интенсификации режимов эксплуатации пар трения;

• количественно описаныээкономерности влияния энергетических характеристик процессов и условий обработки на эффективность лазерного упрочнения. Установлено, что зависимость твердости облученных сталей от энергии излучения для всех используемых длительностей импульса имеет вид кривой с максимумом, то есть существует офеделенный интервал значений энергии, в котором наблюдается упрочнение поверхностных слоев сталей.

6. Разработан научный подход к повышению эффективности упрочняющих технологий, основанный на реализации потенциальных возможностей влияния факторов внешнего воздействия на механизм и кинетику гипернеравновесных фазовых переходов. В частности:

« определены возможности управления структурссбразованием и целенаправленного изменения свойств упрочненных поверхностных слоев за счет лазерного легирования сталей из покрытий, полученных разными способами (шликерным нанесением, электроискровым легированием, ионно-плаэменным напылением и др.]. Показано, что механизм упрочнения материалов при лазерном легировании мнсго-факторный и включает следующие составляющие: твердорастворное упрочнение; упрочнение армированием вплавленными твердыми частицами из покрытий: упрочнение локальной аморфизацией; упрочнение микролегированием при диссоциации включений исходной структуры или из покрытий; упрочнение за счет сегрегации легирующих элементов на дислокациях и блокирования их перемещения; деформационное упрочнение за счет импульса отдачи при испарении жидкости с поверхности; упрочнение дальнодействующими полями напряжений фазовых выделений, комплексов дефектов кристаллического строения; упрочнение за счет фазового наклепа. Путем лазерного легирования поверхностных слоев сталей и сплавов созданы композиционные антифрикционные материалы, состоящие либо из пластичной матрицы (железо, никель) и твердых частиц наполнителя (ДОС, А)г03 и т.д.), либо из твердой матрицы (закаленная сталь) и пластичных включений (Мо32, а-ВИ, графит и т.д.);

• проведена оценка роли массопереноса в создании структурной картины при импульсном лазерном легировании сталей и сплавов. Показано, что в неравновесных условиях скоростного лазерного нагрева направленный массоперенос вещества является комплексной величиной, зависящей от уровня и неоднородной™ достигаемых температур, напряжений, химических потенциалов, а также в значительной степени от вязких свойств материала и сил внутреннего трения;

• определены возможности интенсификации процессов лазерного упрочнения и легирования путем проведения предварительного пластического деформирования и ультразвуковой обработки поверхности сталей и сплавов. Установлено, что эффекты упрочнения после комбинированной термомеханической обработки объясняются влиянием созданной в мартенсите при ППД и унаследованной аустенитом субструктуры; изменением состояния и степени распада твердых растворов а- и у- в процессе закалочного охлаждения; присутствием в структуре дисперсных карбидов, выделившихся при ППД. Показано, что применение ультразвуковой обработки изделий перед лазерной закалкой и легированием позволяет сократить время обработки за счет совмещения операций очистки от технологических загрязнений и ППД; повысить глубину лазерно-упрочненного слоя на 15-25%, твердость - на 30-40%, износостойкость в 1,2 раза.

7. Определены корреляционные связи механических свойств со структурным состоянием поверхностных слоев материалов, упрочненных или легированных с использованием лазерного излучения, а также направление трансформации структуры и свойств упрочненных слоев при внешнем температурно-силовом воздействии в процессе эксплуатации. В том числе:

• рассмотрена степень устойчивости структур лазерной закалки к разупрочнению при нагреве. Показано, что для лазерно-облученного металла с энергетической точки зрения предпочтительно не образование е-карбида при отпуске, а осаждение атомов углерода нз структурных несовершенствах. Карбидообразование в лазерно-закаленном металле при нагреве происходит по схеме: углерод в твердом растворе н> углерод, связанный с дефектами + цементит ®-Ре3С -> цементит ©-РезС. При повышении температуры нагрева увеличивается количество карбидов цементитного типа за счет взаимодействия с железом атомов углерода, связанных с дефектами кристаллического строения металла. Следствием является значительное упрочнение облученного металла. Импульсная лазерная обработка повышает теплостойкость сталей на 50-120°С;

• показано, что путем лазерной обработки существует возможность создавать на поверхности сталей и сплавов два варианта структур, приводящих в процессе эксплуатации к явлению структурно-энергетической приспосабливаемости, что минимизирует износ пар трения: структуры с максимально возможной стабильностью по отношению к внешним воздействиям, либо с возможностью оптимальной перестройки и дополнительного упрочнения путем образования вторичных структур. Эффект упрочнения и повышения износостойкости облученных слоев сталей в процессе пластической деформации определяется деформационным упрочнением метастабильного аустенита; соотношением объемных долей е- и а-мартенсита; наклепом мартенсита деформации; релаксацией микронапряжений за счет у-»а превращения при нагружв-нии; способностью включений поглощать энергию при внешнем нагружвнии и выступать а роли релаксаторов напряжений:

» установлен эффект повышения адгезионной стойкости сталей путем проведения лазерной поверхностной обработки с последующим отпуском при выбранных температурах;

• определены пути повышения трещиностойкости поверхностных слоев сталей после лазерной обработки за счет увеличения в них сжимающих структурных напряжений, уменьшающих растягивающие термические напряжения. К ним относятся проведение лазерной цементации; лазерного легирования молибденом, ванадием: отпуск лазерно-упрочненных сталей;

• показана степень влияния лазерной обработки на конструкционную прочность сталей; Установлено, что отрицательное влияние лазерной обработки на прочность сталей можно уменьшить или исключить полностью двумя способами: применением

"-"^нога отпуска упрошенного слоя или проведением лазерной цементации из покрытий, содержащих углерод; выбором для упрочнения только тех участков рабочей кромки, которые в процессе эксплуатации подввргаются действию сжимающих нагрузок;

• рассмотрена проблема коррозионной стойкости материалов после лазерного облучения. Установлено, что коррозия облученных сталей начинается позднее, чем сталей после объемной термообработки. Период коррозионной пассивности сталей увеличивается при проведении отпуска после лазерной обработки или совмещения лазерной закалки с цементацией из покрытой. Повышенную коррозионную стойкость облученных сталей можно объяснить уменьшением количества катодной карбидной фазы на 30-70% за счет лодплавления поверхности. Распределение оставшихся включений становится более равномерным, они уменьшаются в размерах (средняя площадь уменьшается в 1,6-7,5 раз) и приобретают глобулярную форму. Одной из возможных причин повышения коррозионной стойкости облученных сталей может служить когерентность границ между аустенитом и мартенситом при сдвиговом у-*а превращении. Определенный вклад вносит и формирующаяся при подплавлении поверхности текстура кристаллизации.

8. Описаны особенности фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях твердых сплавов, керамики и пластмасс в условиях гипврнеравновесности. Предложены основные положения структурного механизма процессов лазерной обработки и легирования керметов:

• установлена возмошость регулирования процессов' растворения пограничных зон карбидов, оксидов путем изменения режимов лазерной обработки, что приводит к упрочнению связки и повышению вязкости керметов из-за изменения стереологиче-ских характеристик зерен;

• зафиксировано формирование вторичных структур, содержащих новые фазы;

• установлено присутствие в поверхностных слоях напряжений сжатая, повышающих прочность и долговечность керметов на 20-25%;

• замечено измельчение всех элементов структуры поверхностных слоев керметов;

• определена возможность изменения функционального назначения керметов за счет лазерного легирования кобальтом, карбидами вольфрама и т.д.;

• зафиксировано заполнение поверхностных трещин керметов расплавленными с помощью лазерного излучения никелем, кобальтом или железом.

Установлено, что лазерная обработка рабочих поверхностей термопластичных пластмасс позволяет повышать эксплуатационную стойкость пар трския за счет:

« формирования систем определенным образом расположенных дорожек, служащих "карманами* для обеспечения самосмазывания узла трения;

• изменения степени аморфизации поверхности полимеров и повышения плотности упаковки атомов в поверхностном слое;

■ заллавления поверхностных микротрещин:

• снижения коэффициента трения на 15-20%; увеличения износостойкости на 25-85%.

Показано, что лазерное лешрование позволяет формировать на поверхности пластмасс композиционные материалы, обладающие повышенной износостойкостью за счет включений меди, алюминия или твердых частиц карбидов, оксидов и т.д.

,9* Определены возможности повышения качества химических покрытий на никелевой основе лазерной обработкой за счет: уплотнения и дегазации поверхностных слоев сталей; увеличения адгезии покрытия к основе; улучшения морфологии поверхности; уменьшения выгорания легирующих элементов из поверхностных слоев материалов; формирования в поверхностных слоях сталей относительно совершенной текстуры. .....

Установлено, что лазерное облучение химических покрытий позволяет;

• увеличить твердость поверхностных слоев сталей за счет достижения оптимального сочетания концентрационной неоднородности и насыщенности твердых растворов фосфора в никеле и большого количества выделившихся дисперсных соединений типа ЫУ, N^4 и т.д.;

• • повысить прочность сцепления покрытий со стальной подложкой во всем диапазоне плотностей мощности излучения за счет формирования в переходной зоне непрерывного ряда твердых растворов системы N¡^6;

• понизить коэффициент трения и повысить износостойкость сталей с покрытиями;

• получать комбинированные покрытия на сталях типа керметов (при введении в никелевую матрицу химических покрытий 1Л/С, ПС, а-ВЫ) или самосмазывающиеся покрытия (при введении в никелевую матрицу графита, МоБ-Д.

10. На основании установленных закономерностей структурных превращений в поверхностных слоях материалов при лазерном воздействии и вскрытии степени их влияния на эксплуатационные свойства облученных изделий разработаны и опробованы технологические принципы лазерного поверхностного упрочнения и легирования

деталей машин, технологической оснастки и металлообрабатывающего инструмента различного функционального назначения, включающие рекомендации по

• выбору схем облучения рабочей части изделий в зависимости от условий эксплуатации;

• оптимизации режимов упрочнения для получения требуемой глубины и твердости облученного слоя при возможно меньшем нарушении исходной микрогеометрии поверхности.

11. Применение технологий лазерного упрочнения и легирования делает возможным эффективную реализацию резервов долговечности инструмента, оснастки и деталей машин из инструментальных, конструкционных сталей и сплавов. Установленное в результате лабораторных и производственных испытаний увеличение показателей прочности, износостойкости, а также возможность воздействия на эпюру остаточных напряжений характеризует лазерную обработку как перспективный метод упрочнения. Свойства, определяющие работоспособность технологической оснастки, металлообрабатывающего инструмента и деталей машин повышаются в 2-5 раз, что обусловлено положительным влиянием лазерной термообработки и легирования на процессы структурных и субструктурных изменений при фазовых переходах. Указанные изменения свойств являются целесообразными и экономически оправданными.

12. Результаты работы прошли апробацию и внедрены на ряде предприятий различных отраслей машиностроения России и Украины. Внедрение носит характер комплексной работы, предусматривающей наряду с рекомендациями научного и технологического направлений использование созданной технологической документации. Экономическая эффективность от внедрения результатов работы, подтвержденная актами внедрения, составила 1078016 рублей в ценах до 1994 года и 711306400 рублей в ценах 1994-1996 годов.

Основные положения диссертации опубликованы в 150 научных работах, в том числе:

1. Бураков ВА., Бровер Г.И., буракова Н.М. К вопросу о теплостойкости стали Р6М5 после лазерной обработки// Металловедение и термическая обработка метал-Лов.-1982.-№9.-С.10-13.

2. Бровер Г.И., Федосиенко С.С., Варавка E.H. Влияние состава насыщающих обмзэок на структуру и свойства инструментальных сталей// Тезисы доклада республиканской научно-технической конференции "Создание и использование лазерной техники и технологии в машиностроении и приборостроении"', Киев, 1985.-С.31.

3. Бровер Г.И., Федосиенко С.С. Влияние скоростной лазерной закалки и микролегирования на структуру и свойства инструментальных сталей'/ Тезисы доклада республиканской научно-технической конференции "Металловедение и термическая обработка сталей со специальными свойствами", Краматорск, 1985. -С.15.

4. Бураков ВА., Бровер Г.И., Жураковский В.М. Структура и износостойкость инструментальных сталей после лазерного легирования и скоростной закалки// Тези-

сы доклада всесоюзного научно-технического симпозиума "Повышение износостойкости и усталостной прочности деталей машин обработкой концентрированными потоками энергии", Москва, 1Э85. -С .42.

5. Бровер Г.И., Русин П.И., Варавка В.Н. Применение методов рентгеновского анализа для исследований формирования структур при скоростной лазерной закалке сталей// Тезисы доклада 1 всесоюзной научно-технической конференции "Прикладная рентгенография металлов', Ленинград, 1985. -С.18.

6. Бровер Г.И., Федосиенко С.С., Варавка В.Н. Повышение износостойкости инструментальных сталей путем лазерного легирования/7 Черная металлургия. -1S87. -вып.15. -С.46-47.

7. Бровер Г.И., Блиновский В. А. Поверхностное упрочнение порошковых сталей/У Тезисы доклада всесоюзной научно-технической конференции "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки -основа повышения надежности и долговечности деталей машин и инструмента", Телави, 1987.-С.53.

8. Бровер Г.И., Федосиенко С.С., Варавка В.Н. Особенности лазерной термообработки металлообрабатывающего инструмента на лазерах импульсного и непрерывного действия/'/ Тезисы доклада 111 всесоюзной научно-технической конференции "Применение лазеров а технологии и системах передачи и обработки информации", Таллин, 1987. С.ЗЗ.

S. Бровер Г.И., Русин П.И., Варавка В.Н. Повышение качества и надежности металлообрабатывающего инструмента/ Машиностроитель. 1387. -№9. -С.11.

10. Бровер Г.И., Русин П.И., Варавка В.Н. Поверхностная обработка металлообрабатывающего инструмента высококонцентрированным нагревом.// Тезисы доклада всесоюзной научно-технической конференции "Металл и технический прогресс", Москва, 1987.-С .25.

11. Блиновский ВА. Бровер Г.И., Шугай К.К. Влияние термической обработки с использованием лазерного излучения на состояние поверхностных слоев порошковых сталей//Известия вузов. Черная металлургия. -1987. -№8. -С.156-157.

12. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Филипчук А.И. Термодинамическая оценка интенсивности изнашивания инструментальных сталей, подвергнутых лазерной закалке и легированию/'/ Тезисы доклада 111 научно-технической конференции "Применение прогрессивных инструментальных материалов и методов повышения стойкости режущих инструментов", Краснодар, 1988. -С.25.

13. Бровер Г.И., Федосиенко С.С., Варавка В.Н. Лазерное легирование металлообрабатывающего инструмента// Технология и организация производства. -1988. -№1. -С.46-48.

14. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Федосиенко С.С. Влияние особенностей строения лазерно-пегированных инструментальных сталей на формирование основных эксплуатационных свойств/'/ Физика и химия обработки материалов.-198S.-№ 1.-С.120-12S.

15. Бровер Г.И., Федосиенко С.С. Интенсификация процесса поверхностного легирования сталей путем лазерного воздействия// Тезисы доклада научно-технической конференции 'Проблемы обработки поверхности деталей машин концентрированными потоками энергии", Минск, 1988. -С.36.

16. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Федосиенко С.С. Перспективные способы повышения эффективности процесса лазерной закалки инструментальных сталей // Тезисы доклада всесоюзной научно-технической конференции "Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки", Хмельницкий, 1988. -С.18.

17. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Филипчук А.И. Использование термодинамических характеристик процесса трения для выбора оптимального варианта лазерного упрочнения режущего инструмента/'' Тезисы доклада всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы триботехнологии", Николаев, 1988. -С.23.

18. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Русин А.П. Особенности строения и свойств инструментальных сталей после высококонцентрированного нагрева и отпуска/'/ Физика и химия обработки материалов. -1Э88. №5. -С.107-113.

19. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Русин А,П. Перспективы использования концентрированных источников энергии для повышения адгезионной стойкости металлообрабатывающего инструмента/Физико-химическая механика материалов. -1989. -№П. -С.118-120.

20. Бровер Г.И., Цыбрий И.К., Вяхирев В.С. Применение акустической кавитации для интенсификации процесса лазерной обработки-'/ Тезисы доклада всесоюзного научного симпозиума "Акустическая кавитация и проблемы интенсификации технологических процессов*. Одесса, 1989. -С.14.

21. Бровер Г.И., Федосиенко С.С., Варавка В.Н. Некоторые особенности строения инструментальных сталей после импульсной лазерной обработки/'/ Известия ву-зов.Черная металлургия, -1989. -№6. С.92-95.

22. Бровер Г,И., Варавка В.Н., Блиновский ВА. О возможности повышения эффективности лазерной закалки дополнительным пластическим деформированием// Электронная обработка материалов. -1989. №3. -С.33.

23. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Федосиенко С.С. Повышение трещиностойкости инструментальных сталей, подвергнутых лазерному нагреву// Известия вузов. Черная металлургия. -1989. -№11. -С.94-98.

24. Бровер Г.И., Шульга А.А., Русин П.И. Особенности' лазерной и электроннолучевой обработки инструментальных сталей// Электронная обработка материалов. -1990.-№1.-С.15-19.

25. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Кацнельсон ЕЛ. Получение композиционных покрытий на сталях с использованием лазерного излучения// Тезисы доклада межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин", Волгоград, 1990. -С.34.

26. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Кациельсон Е А. Влияние параметров излучения и исходной структуры инструментальных сталей на эффективность лазерного упрочнения// Известия вуэов.Черная металлургия. -1990. -№2. -С.53-56.

27. Бровер Г.И., Варавка В.Н. Опыт использования лазерной обработки и микролегирования металлообрабатывающего инструмента на машиностроительных предприятиях// Тезисы доклада научно-технического семинара "Лазеры в приборостроении и машиностроении*, Пенза, 1990. -С.19.

28. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Логинов В.Т. Износостойкость Ni-P химических покрытий после лазерной обработки/'/ Физико-химическая механика материалов. -1990. -№5. -С.47-49.

29. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Кациельсон ЕА Повышение качества химических покрытой системы Ni-P на инструментальных сталях лазерным облучением// Физика и химия обработки материалов. 1991. -N 3. -С.90-94.

30. Бровер Г.И.. Пустовойт В.Н., Варавка В.Н. Технология лазерного упрочнения и легирования металлообрабатывающего инструмента и технологической оснастки,'' Тезисы доклада всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации", Киев, 1991. -С.67.

31. Бровер Г.И., Блиновский ВА, Цыбрий И.К. Состояние поверхностных слоев лазерно-лешрованного твердого сплава ВК8// Физика и химия обработки материалов. -1991.-№4. -С.111-115.

32. Бровер Г.И., Кацнельсон ЕА, Варавка В.Н. О выборе режимов лазерной обработки Ni-P покрытий на инструментальных сталях»/ Известия вузов. Черная металлургия. -1991. -№9. -С.В2-85.

33. Бровер Г.И., Цыбрий И.К., Вяхирев B.C. Комбинированное воздействие ультразвуковой и лазерной обработки на параметры качества инструментальных сталей,'/ Тезисы доклада международной научно-технической конференции "Ультразвук в

. технологии машиностроения", Архангельск, 1991. -С.34.

34. Бровер Г.И. Теоретические и экспериментальные исследования особенностей формирования структур поверхностных слоев сплавов в условиях лазерного нагрева// Тезисы доклада 2 собрания металловедов России, Пенза, 1994. -С.38.

35. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Пустовойт В.Н. Применение комбинированных лазерных технологических процессов для повышения качества и надежности деталей машин и металлообрабатывающего инструмента// Тезисы доклада международной научно-технической конференции "Надежность машин и технологического оборудования", Ростов-на-Дону, 1994. -С.20.

36. Бровер Г. И. Структурные принципы создания композиционных, износостойких поверхностных слоев и покрытий на сталях и сплавах с использованием лазерного излучения// Тезисы доклада российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии", Москва, 1994. -С.62.

37. Бровер Г.И., Пустовойт В.Н., Варавка В.Н. Особенности формирования композиционных, антифрикционных, износостойких поверхностных слоев и покрытий на

компактных и некомпактных материалах при использовании лазерного нагревал/ Тезисы доклада международного научного совещания "Лазерная обработка поверхности", Благовещенск, 1994. -С.26-28.

38. Бровер Г.И., Варавкз В.Н., Пуетовойт В.Н. Интенсификация процессов лазерного упрочнения и легирования инструментальных материалов за счет воздействия внешних факторов// Тезисы доклада международной российско-германской научно-технической конференции "Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов", Санкт-Петербург, 1995. -С.51.

39. Brover G.I , Waravka V.N., PustowoitV.N. Physics and technique fundamentals of laser chemical hardening of the machine elements and metal cutting tools// 5th International Conference on Industrial Lasers Applicatione 95, Shatura, 1995, Washington, 199S. -P.315-320.