автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Формирование модифицированных упрочненных слоев на сталях методами комплексного поверхностного легирования

На правах рукописи

БРЕЖНЕВ Андрей Александрович

ФОРМИРОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УПРОЧНЕННЫХ СЛОЕВ НА СТАЛЯХ МЕТОДАМИ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО

ЛЕГИРОВАНИЯ

(05.16.09-Материаловедение (машиностроение))

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

Москва -2012

005055353

005055353

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедре металловедения и термообработки.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Чудина Ольга Викторовна

доктор технических наук, профессор кафедры «Металловедение и термообработка» МАДИ

Александров Виктор Дмитриевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Технология конструкционных материалов» МАДИ

Тарасова Татьяна Васильевна

кандидат технических наук, доцент кафедры «Высокоэффективные технологи обработки» МГТУ «Станкин»

Ведущая организация: ЗАО «ВНИИстройдормаш».

Защита диссертации состоится «04» декабря 2012 г. в /7 на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42

Телефон для справок: (499) 155-93-24 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать на e-mail uchsovet@madi.ru

Автореферат разослан «02» ноября 2012 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.126.03 / у

кандидат технических наук, доцент Фатюхин Д.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

На современном этапе развития техники актуальной является задача разработки металлических материалов с качественно новыми высокими и сверхвысокими свойствами, позволяющими существенно снизить металлоемкость изделий и обеспечить ресурсосбережение. Изменение и усложнение условий эксплуатации машин, узлов и агрегатов требует постоянного совершенствования материалов и модернизации технологий их изготовления.

В последние годы большое внимание уделяется развитию технологий поверхностного упрочнения. Это связано с новым подходом в оценке роли материала в обеспечении конструкционной прочности изделий, согласно которому именно состояние поверхности во многом определяет уровень прочности и эксплуатационные свойства деталей машин и инструмента.

Научно-технический прогресс в таких отраслях, как машиностроение, транспорт, станко-инструментальная отрасль и других высокотехнологичных отраслях экономики, в большой степени связан с совершенствованием применяемых материалов в направлении получения комплекса заданных эксплуатационных свойств.

Принципиально новые высокие и сверхвысокие физико-механические и эксплуатационные свойства изделий могут быть достигнуты путем целенаправленного модифицирования поверхности путем легирования различными элементами или их композициями с использованием высококонцентрированных источников энергии, в том числе лазерного излучения. Достоинством этого метода является возможность бесконтактно, быстро и строго дозированно передавать энергию на поверхность обрабатываемого материала. После лазерной обработки значительно повышается твердость и износостойкость сталей, в особенности содержащих карбидные или нитридные фазы. В настоящее время проведено достаточно много исследований по легированию различных металлов с использованием лазерного нагрева, однако широкого распространения и внедрения в промышленности они пока не нашли. Это связано с негативным влиянием лазерной обработки на остаточные напряжения в

поверхностном слое, особенно в сталях с высоким содержанием углерода, и, как следствие, на усталостные характеристики изделий. Именно этот факт ограничивает области применения лазерных технологий и сдерживает их дальнейшее развитие в инженерии поверхности.

Другой известный способ целенаправленного модифицирования стальной поверхности - металлизация, т.е. диффузионное насыщение металлами при печном нагреве, проводится при очень высоких температурах (до 1420°С) в течение не менее 6-8 часов, при этом толщина модифицированного слоя не превышает 100 мкм и концентрация легирующих элементов в нем, а следовательно, и твердость резко снижаются от поверхности вглубь.

В связи с этим актуальными являются: изучение процессов, протекающих в поверхностном слое углеродистых сталей при легировании с использованием лазерного и печного нагрева; возможность повышения эффективности лазерной обработки путем применения комплексных методов модифицирования, включающих азотирование и металлизацию; разработка новых комбинированных технологий, позволяющих не только существенно повысить физико-механические и эксплуатационные свойства деталей машин и инструмента за счет активизации максимально возможного количества упрочняющих механизмов, но и заменить дорогостоящие легированные стали на более дешевые и доступные, обеспечить экономию энергоресурсов и расходных материалов, сократить длительность процессов и повысить эффективность обработки, по сравнению с традиционными методами упрочнения конструкционных и инструментальных сталей.

Целью настоящей работы является разработка новых высокоэффективных ресурсосберегающих технологий поверхностного упрочнения углеродистых сталей с использованием лазерной и химико-термической обработки для формирования функциональных модифицированных слоев и повышения эксплуатационных свойств стальных деталей различного назначения.

Научная новизна

1. Установлены закономерности влияния лазерной обработки на структуру, фазовый состав, микротвердость, остаточные напряжения,

прочность и износостойкость модифицированных поверхностных слоев углеродистых сталей.

2. Построена расчетная модель, связывающая параметры структуры с уровнем упрочнения высокоуглеродистых сталей, подвергнутых лазерному легированию различными легирующими элементами. Адекватность модели подтверждена экспериментальными исследованиями влияния лазерного легирования различными легирующими элементами на микротвердость и прочность поверхностного слоя углеродистых сталей.

3. Построена расчетная модель для прогнозирования уровня упрочнения высокоуглеродистых сталей при комбинированной обработке, заключающейся в лазерном легировании и последующем азотировании. На основе расчетов установлено, что азотирование высокоуглеродистых сталей, легированных при лазерном нагреве, не снижает их уровня прочности.

4. Установлены закономерности влияния технологических параметров комбинированной обработки высокоуглеродистых сталей на структуру, фазовый состав, микротвердость, остаточные напряжения, прочность и износостойкость модифицированных поверхностных слоев. Показано, что азотирование лазерно-легированного слоя не снижает поверхностной твердости, повышает теплостойкость до 600°С, устраняет неблагоприятные растягивающие остаточные напряжения на границе зоны термического влияния с основным металлом и повышает износостойкость.

5. Предложен новый способ двухстадийной технологии модифицирования поверхности конструкционных сталей, включающий локальное лазерное легирование и металлизацию в атмосфере аммиака, позволяющий получать металлизированный слой толщиной до 140 мкм в течение 3 часов при температуре 700°С. Установлено, что механизм интенсификации процесса двухстадийной металлизации обусловлен: 1) наличием в шликерной обмазке галогенидов, являющихся катализатором транспортных реакций; 2) диффузией легирующего элемента одновременно из лазерно-легированных зон и из шликерной обмазки; 3) снижением температуры у-»а превращения в присутствии азота в насыщающей среде.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработаны технологические варианты для формирования функциональных модифицированных слоев и повышения эксплуатационных свойств стальных деталей различного назначения:

• Поверхностное легирование углеродистых сталей с использованием лазерного нагрева;

• Комбинированная обработка высокоуглеродистых сталей, заключающаяся в лазерном легировании с последующим азотированием;

• Двухстадийная технология модифицирования поверхности конструкционных сталей, заключающаяся в локальном лазерном легировании с последующей термодиффузионной металлизацией в атмосфере аммиака.

• Комплексное модифицирование поверхности конструкционных сталей, сочетающее двухстадийную технологию металлизации и азотирование.

Определены рациональные диапазоны технологических параметров обработки (мощность и скорость перемещения лазерного луча, тип легирующего элемента, температура и длительность термодиффузионной металлизации и азотирования) для формирования модифицированных слоев заданного строения и толщины и обеспечения требуемых свойств поверхности деталей различного назначения.

Показана возможность применения разработанных технологий для упрочнения изделий из конструкционных и инструментальных сталей. Применение такой обработки обеспечивает повышение прочности, твердости и износостойкости поверхности деталей. Разработанные технологии защищены двумя патентами на изобретение №2428503 и №2415964, приоритет от 26 октября 2009 года.

Технология двухстадийной металлизации конструкционных углеродистых и низколегированных сталей прошла промышленное опробование на заводе «ЗАО КОММАШ». Испытания ползунов для автомобиля БМ 5551, изготовленных из стали 40 и упрочненных по разработанной технологии, показали увеличение ресурса обработанных деталей в 2,5 раза.

Технология комбинированного поверхностного упрочнения углеродистых сталей лазерным легированием с последующим азотированием прошла промышленное опробование на Людиновском тепловозостроительном заводе. В процессе эксплуатации штампа, оснащенного инструментом, упрочненным по комбинированной технологии, было показано, что стойкость инструмента увеличилась в 1,5 - 2,5 раза по сравнению со стойкостью инструмента, изготовленного по стандартной технологии.

Комплексная технология модифицирования поверхности была применена для упрочнения быстроизнашивающихся полуосей гоночного автомобиля Формулы Гибрид, который был создан коллективом студентов и аспирантов МАДИ и принял участие в чемпионате мира в США.

Апробация результатов работы

По теме диссертации опубликовано 14 печатных трудов, в том числе 2 патента. Основные положения диссертации изложены и обсуждены на 16-м международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова (г. Ярополец, 2010г.); на Международной научно-методической конференции «Современные проблемы технологий конструкционных материалов и материаловедения» (г. Харьков, 2009г.); на 7-й Международной конференции «Инновации в науке и образовании 2009» (г. Калининград); на 12-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2010г.); на 3-й научно-технической конференции по термической обработке «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка» (г. Тольятти, 2011г.); на научно-технической конференции, посвященной 5-летию научной и научно-технической деятельности ЦФМК в ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина» 2011 г; на научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (65-й (2007г.), 66-й (2008 г.), 67-й (2009 г.), 68-й (2010 г.), 69-й (2011г.), 70-й (2012г.)).

Работа выполнялась на кафедре металловедения и термообработки Московского автомобильно-дорожного

государственного технического университета (МАДИ) в соответствии с

планами научно-исследовательских работ. Отдельные этапы работы выполнялись в рамках НИР:

• «Теория и практика модифицирования поверхности металлов с использованием лазерных технологий и ультразвука» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

• Создание научно-методологического комплекса для управления наноструктурой поверхностного слоя металлов методами химико-термической обработки» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения 7 глав, библиографического списка из 92 источников. Работа содержит 160 страниц основного текста, 67 рисунков, 21 таблицу. В приложениях содержатся акты опробования результатов работы и копии патентов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 посвящена анализу процессов химико-термической обработки сталей, целью которых является формирование на поверхности стальных изделий функциональных модифицированных слоев с высоким комплексом физико-механических свойств. Изучены вопросы диффузионного насыщения сталей различными легирующими элементами, а также возможности комплексного легирования поверхности. Важным преимуществом таких процессов является возможность замены дорогостоящих высоколегированных сталей на более доступные и дешевые без снижения, а в ряде случаев с повышением их физико-механических свойств.

Проведенный анализ показал положительное влияние термодиффузионной металлизации на твердость, износостойкость, коррозионную стойкость, контактную выносливость, сопротивление усталости и другие свойства изделий. Существенным недостатком рассмотренных методов является большая продолжительность технологических процессов. Повышая температуру на один градус можно увеличить скорость диффузии на 1-3%, однако перегрев насыщаемых сталей вызывает ухудшение прочностных характеристик.

Металлизацию при меньших температурах проводят в расплавах металлов и солей, но для формирования диффузионного подслоя проводится отжиг при температуре 1000°С, при этом не всегда удается получить одинаковую толщину покрытия. Кроме того, такие технологии не отвечают современным требованиям экологической безопасности. В зависимости от типа насыщающего элемента для получения модифицированных высоколегированных слоев толщиной до 100 мкм процессы проводятся при температуре 1050 - 1420°С в течение не менее 6-8 часов.

Анализ источников показал, что одним из прогрессивных методов модифицирования стальной поверхности является легирование с использованием высококонцентрированных источников энергии, в том числе лазерное легирование. Достоинством этого метода является возможность бесконтактно, быстро и строго дозировано передавать энергию на поверхность обрабатываемого материала. После лазерной обработки значительно повышается твердость и износостойкость сталей, в особенности содержащих карбидные, нитридные или боридные фазы. Лазерное легирование позволяет значительно сократить расход дорогостоящих легирующих элементов. Особенностью лазерной обработки является возникновение неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений на границе зоны лазерного воздействия с основным металлом, что ограничивает области применения лазерных технологий и сдерживает их дальнейшее развитие в инженерии поверхности. Это обусловлено возникновением трещин в процессе эксплуатации изделий при усталостном нагружении. Устранить неблагоприятные растягивающие напряжения после лазерной обработки можно путем нагрева, однако при этом снижается эффект упрочнения.

В литературе имеются сведения о напряженном состоянии поверхности после лазерного легирования малоуглеродистых сталей. Однако практически не изучено влияние лазерного легирования на характер распределения остаточных напряжений на поверхности высокоуглеродистых сталей, в которых эффект увеличения объема при мартенситном превращении, а следовательно, и уровень остаточных напряжений существенно выше, чем у малоуглеродистых сталей.

Другим известным видом химико-термической обработки является азотирование. Азотирование широко применяется для упрочнения разнообразных легированных сталей и сплавов, деталей машин и инструмента, работающих в различных условиях эксплуатации. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя стальных деталей, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии, кавитационную стойкость и т.д. Анализ источников показал, что для деталей, работающих при больших удельных нагрузках на износ, в условиях усталости и при повышенных температурах, необходим азотированный слой с развитой зоной внутреннего азотирования без хрупкого нитридного слоя. Многие легирующие элементы, находящиеся в стали, увеличивают растворимость азота в железе и образуют нитриды, способствуя формированию зоны внутреннего азотирования и сдерживая образование хрупкого слоя е-фазы. Таким образом, азотирование сталей с предварительно легированной поверхностью является перспективным с точки зрения формирования многофазных структур, реализации многих упрочняющих механизмов и получения требуемого комплекса физико-механических свойств. Кроме того, нагрев, сопровождающий процесс азотирования позволит устранить неблагоприятные остаточные напряжения после лазерной обработки.

В связи с изложенным целью работы является разработка высокоэффективных, ресурсосберегающих, экологически безопасных, комбинированных упрочняющих технологий для формирования на поверхности углеродистых сталей функциональных высоколегированных слоев с оптимальными физико-механическими свойствами для различных групп деталей машин и инструмента.

Глава 2 содержит сведения о материалах, оборудовании и методиках проведенных исследований. Для исследования использовали образцы из армко-железа, стали 20, 40Х, У8, У10. Для легирования поверхности образцов использовали порошки Сг, V, 1ЧЬ, Мо, \/У, А1 и "П. Их наносили на поверхность в виде суспензии, состоящей из легирующих элементов и связующего вещества -цапонлака, количество которой контролировалось весовым методом. Поверхностное легирование при лазерном нагреве осуществляли

путем оплавления участков поверхности металла совместно с предварительно нанесенной на них суспензией. Для этих целей использовали оптоволоконный лазер непрерывного действия с мощностью излучения до 600 Вт при скорости перемещения лазерного луча от 2 до 30 мм/с и лазер импульсного действия «Квант-15» с мощностью излучения до 15 Дж. Азотирование проводили при температуре 540-570°С в атмосфере частично диссоциированного аммиака. Продолжительность насыщения варьировали от 3 до 6 часов. Азотирование осуществляли на экспериментальной установке конструкции МАДИ. Термодиффузионную металлизацию проводили при температуре 700°С...1000°С в атмосфере аммиака из шликерной обмазки, состоящей из порошка легирующего элемента, галогенида (или СгС12 или NH4CI), активированного угля и связующего вещества (цапонлак) на экспериментальной установке конструкции МАДИ с муфельной печью СНОЛ 116-12-МЗ. Металлографические исследования микроструктуры упрочненных слоев проводили с использованием инвертированного микроскопа AXIOVERT-25CA. Микротвердость измеряли по ГОСТ 9450-76 на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 0,49 Н. Микрорентгеноспектрапьный анализ и исследования микроструктуры при больших увеличениях проводили на сканирующем электронном микроскопе VEGA Tescan II с приставкой Inca Х64. Концентрацию легирующих элементов в зоне лазерного воздействия определяли с поверхности поперечных шлифов на микрорентгеноспектральном анализаторе "Суперпроб-704" при непрерывном сканировании зонда. Исследование распределения легирующих элементов и азота проводили на сканирующем микрорентгеноспектральном анализаторе «Link-System». Фазовый состав определяли рентгеноструктурным методом на установке ДРОН-3 и электрографическим методом Кирлиана.

Исследования остаточных напряжений в поверхностном слое проводили рентгеновским методом многократных наклонных съемок, основанном на измерении деформации кристаллической решетки и последующем расчете соответствующих напряжений.

Исследования прочностных характеристик проводили по методике Московского энергетического института (технического университета) на приборе МЭИ-Т7, которая заключается в измерении твердости по

Бринеллю алмазным индентором диаметром 0=0,4 мм, под нагрузкой Р=30Э2= 30x0,16=4,8 кг, временем выдержки 5с и последующем переводе твердости в значения НВ для индентора диаметром й=1 мм с учетом масштабного фактора. Значения предела прочности ав определяли по аналитическим зависимостям перевода значений твердости НВшо/5 в значения ав.

Износостойкость изучали на экспериментальной установке для исследования трибологических свойств материала по схеме ролик-колодка в условиях сухого трения.

Глава 3 содержит результаты исследований влияния поверхностного легирования углеродистых сталей 20, У8, У10 с использованием лазерного нагрева на структуру, фазовый состав и микротвердость упрочненного слоя.

Регулируемыми технологическими параметрами при лазерном легировании являются плотность мощности лазерного излучения и количество суспензии (р), содержащей легирующий элемент. Исследования показали, что при малых скоростях (\/= 2-10 мм/с) толщина легированного слоя составляет 900... 1000 мкм. С увеличением скорости движения луча до 30 мм/с размеры легированных зон уменьшаются до 200 ...300 мкм, что объясняется уменьшением длительности температурного воздействия на поверхность (рис. 1). Скорость перемещения лазерного луча также существенно влияет на структурообразование упрочненного слоя на поверхности углеродистых сталей. При скоростях перемещения лазерного луча от 5 до 10 мм/с в поверхностном слое сталей 20 и У8 образуется однородная сверхмелкозернистая структура с равномерным распределением легирующего элемента в ванне расплава. С увеличением скорости перемещения лазерного луча в структуре появляется мелкоигольчатый мартенсит, а в стали У10 наблюдается выделение мелкодисперсных карбидов (рис. За). Микротвердость мало- и среднеуглеродистых сталей после лазерного легирования составляет 4000...7500 МПа, а высокоуглеродистых -7200... 12000 МПа (рис. 2).

На рис. 2 видно, что в сталях, подвергнутых лазерной обработке в непрерывном режиме. излучения со скоростью перемещения

лазерного луча менее 10 мм/с, наблюдается ступенчатое изменение микротвердости.

5 1000

* 900

л

| 800

5 700

0 600 | 500

о. ДОС

1 300

2 200 I 100

£ о

о 5 10 15 20 25 30

Скорость перемещения лазерного луча V, мм/с

Рис. 1. Влияние скорости перемещения лазерного луча на толщину легированного слоя на стали У10, Р=600 Вт, р=24 мг/см

А при лазерной обработке со скоростью выше 10 мм/с под легированным слоем, наблюдается скачкообразное увеличение микротвердости до значений, превышающих твердость мартенсита, характерную для упрочняемой стали. Это вызвано диффузией углерода в зону термического влияния (ЗТВ) вследствие значительного температурного градиента. Такой характер изменения микротвердости на границе зоны переплава с основным материалом косвенно указывает на возникновение в зоне термического влияния значительных по величине внутреннихнапояжений.

&Ш-МШШШШШ ъШЁШШШШ н,гш

too 200 300 400 500 600 700мкм 100 200 300 400 500 600 700 мкм 100 200 300 400 500 600 700

а) б) в)

Рис. 2. Микроструктуры и распределение микротвердости по толщине упрочненной зоны стали У10 после легирования ванадием в непрерывном режиме излучения при различных скоростях перемещения лазерного луча: а - 5 мм/с; б -10 мм/с; в-25 мм/с; Р=600Вт, хЮО

Концентрация Cr, V, Ti и Nb в поверхностном слое после лазерного легирования малоуглеродистых сталей составляет 15...25% (по массе) (рис 36). В соответствии с диаграммами состояний при таких концентрациях возможно выделение о - фаз. Однако рентгеновским методом присутствие о - фаз не обнаружено, что свидетельствует об образовании твердого раствора и равномерном распределении легирующих элементов в зоне лазерного воздействия. Концентрация Мо и W после лазерного легирования в непрерывном режиме излучения составляет 5..8 % (по массе). Концентрация Al в зоне легирования при обработке непрерывным лазером не превышает 5 % (по массе), что существенно меньше концентраций, при которых возможно выделение интерметаллидных фаз в системе Fe-Al.

Исследования фазового состава легированной поверхности методом рентгеноструктурного анализа показали, что в большинстве случаев в малоуглеродистых сталях в зоне лазерного воздействия образуются твердые растворы замещения легирующих элементов в железе, а в высокоуглеродистых - мелкоигольчатый мартенсит с выделением мелкодисперсных карбидов.

Рис. 3. Микроструктура поверхностного слоя стали У8, легированного ниобием (х10000) - а; распределение ниобия в зоне расплава - б

Исследования влияния лазерной обработки на внутренние напряжения показали, что на легированной поверхности формируется неоднородное распределение остаточных напряжений: в центре лазерной дорожки образуются напряжения сжатия, уровень которых зависит от содержания углерода в стали и достигает 480 ± 80...800 ± 80 МПа. По мере удаления от центра дорожки эти напряжения либо

а)

б)

снижаются до нуля на малоуглеродистых сталях, либо возникают растягивающие напряжения, достигающие 80 МПа на высокоуглеродистых сталях. Такое распределение остаточных напряжений может приводить к трещинообразованию в упрочненном слое при усталостных нагрузках. Обычно внутренние напряжения после лазерной обработки снимаются отжигом, однако при этом микротвердость упрочненного слоя снижается.

В работе построена расчетная модель, связывающая параметры структуры с уровнем упрочнения обрабатываемого материала. Расчетная модель базируется на основных положениях структурной теории прочности и позволяет рассчитать уровень упрочнения высокоуглеродистых сталей после лазерного легирования. Упрочнение углеродистой стали можно рассматривать как совокупное действие основных упрочняющих механизмов, возникающих в структуре после лазерного легирования:

от = а0+Аот.р.+АОд+ДОз+Лос+ЛОн + Д оду., (1)

где а0 - напряжение Пайерлса-Набарро; Дод - прирост предела текучести за счет дислокационного упрочнения; До3- прирост предела текучести за счет зернограничного упрочнения; Дос - прирост предела текучести за счет образования субструктуры; Дотр - прирост предела текучести при твердорастворном упрочнении легирующими элементами и углеродом; Дан - прирост предела текучести за счет микронапряжений; Дод.у. - прирост предела текучести за счет дисперсионного упрочнения за счет карбидов легирующих элементов. Напряжение Пайерлса-Набарро для Fea. о0 =30 МПа.

д< = ад , (2)

где коэффициент перераспределения легирующего элемента в твердом растворе по отношению к общей концентрации; CL-концентрация легирующего элемента; Ки- коэффициент упрочнения легирующим элементом, т.е. прирост предела текучести при концентрации элемента 1 % по массе, МПа.

Ас, = abG^f\ , (3)

где а- параметр междислокационного взаимодействия для сталей с ферритной матрицей, а =0,1..0,3 - для углеродистых сталей; G-модуль сдвига для железа G=82000 МПа; Ь- вектор Бюргерса, для железа значение Ь= 2,5-Ю"7 мм; рд- плотность дислокаций.

д^=м;"2. (4)

где к3- коэффициент зернограничного упрочнения к3= 0,6 МПа м1/2; диаметр зерна.

Д». =*Л"'. (5)

где кс- коэффициент субструктурного упрочнения кс= 0,6 МПам1/2; 1Я- размер ячеек.

Д<т„=—Е, (6)

а к '

где ^ - относительное изменение параметра решетки; Е - модуль

Юнга, для железа Е=20000 МПа.

Расчет предела текучести за счет дисперсионного упрочнения при некогерентных включениях проводили по Оровану:

Д<тау=2,75Дг„Л, (7)

где Дг =0,85Ф-^^-1п Л ~ , (81

где Ф = о,5

1+-1

О)

ПМеС А4 л

Г-- ! тшРм • (ЛЛ\

3 - юом1Рш. '

(12)

где ммл. и мг молекулярные массы л.э. и карбидов (нитридов или др. дисперсных включений); рии рМеС- плотности л.э. и карбидов (нитридов или др. дисперсионных- включений); - средний диаметр частиц карбидов (нитридов или др. дисперсионных включений);иш:-коэффициент Пуассона.

Значения с13, 1я, Да/а, рд, м, ош определяются частично экспериментально металлографическим и рентгеновским методами, частично берутся из справочных материалов. Значения структурных параметров, принятых к расчету, приведены в табл. 1.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало хорошую сходимость результатов, что позволило сделать вывод о

том, что модель адекватно описывает процессы, происходящие при лазерном легировании.

Основными критериями при выборе технологических режимов поверхностного легирования сталей являются микротвердость, толщина сформированного слоя и концентрация легирующих элементов в нем. На основании экспериментальных исследований определены рациональные диапазоны параметров лазерного легирования углеродистых сталей, которые приведены в главе 7.

Таблица 1

Структурные параметры углеродистой стали, подвергнутой

лазерному легированию различными легирующими элементами

Легирующий элемент Параметры структуры

мкм !я,М Да/а рд, см"' м Рм< г/см3 «V

V 2,0 0,5-10~6 1,75-10-3 5-Ю10 51 5,96 0,36

Сг 2,0 0,5 10^ 0,35 10"3 5Ю'° 52 7,1 0,3

Мо 1,5 0,510-® 4,89-Ю"3 10" 95,9 9,01 0,35

А1 5,0 0,5-10"6 2,095-Ю-3 ю10 26,96 2,7 0,34

Глава 4 посвящена разработке комбинированной технологии упрочнения высокоуглеродистых сталей, заключающейся в лазерном легировании и последующем азотировании. Интерес к такой обработке вызван тем, что азотирование высоколегированной нитридообразующими элементами стальной поверхности позволяет получать на поверхности нитриды или карбонитриды легирующих элементов, обладающие высокой твердостью, сохраняющейся при нагреве в процессе эксплуатации изделий, что весьма актуально для инструмента, в особенности для штампов горячего деформирования. Кроме того, нагрев изделий в процессе азотирования устранит неблагоприятные внутренние напряжения, возникающие при лазерной обработке.

Перед проведением экспериментов были сделаны расчеты прогнозируемой прочности углеродистых сталей, обработанных по комбинированной технологии. После лазерного легирования и азотирования могут быть задействованы следующие упрочняющие механизмы: твердорастворное упрочнение атомами внедрения (азота

и углерода), твердорастворное упрочнение атомами легирующих элементов, деформационное упрочнение, зернограничное и субструктурное упрочнение, упрочнение от микронапряжений и дисперсионное упрочнение когерентными и некогерентными частицами нитридов и карбидов легирующих элементов:

от = а0+ Лотр.+ Лстд+ Да3+ Дас+ Дсгн + ДаМеСду + Да"®" д у.

Расчеты проводились аналогично приведенным в главе 3, за исключением прироста предела текучести за счет дисперсных частиц ДоМвМд.у., которые рассчитывались по формулам Орована и Мотта-Набарро. Сравнение расчетного уровня упрочнения от лазерного легирования и от лазерного легирования с последующим азотированием показало, что после комбинированной обработки твердость упрочненного слоя увеличивается. Таким образом, проведение комбинированной обработки, заключающейся в лазерном легировании и последующем азотировании, является наиболее целесообразным для упрочнения высокоуглеродистых сталей.

Проведенные экспериментальные исследования влияния технологических параметров обработки показали, что азотирование стали У10, предварительно легированной исследуемыми элементами, как правило, приводит к незначительному снижению микротвердости упрочненного слоя, что, по-видимому, связано с наличием в структуре остаточного аустенита. На рис. 4 представлено распределение микротвердссти по толщине стали У10 после лазерного легирования молибденом и после лазерного легирования молибденом с последующим азотированием. Из графиков видно, что микротвердость в зоне легирования плавно уменьшается вглубь от поверхности. Кроме того, отсутствует резкое повышение микротвердости в зоне термического влияния. Это связано с тем, что выдержка при температуре азотирования 570°С приводит к распаду мартенсита на феррито-цементитную смесь и снятию внутренних напряжений, так как температура азотирования практически соответствует температуре высокого отпуска. Сходные процессы протекают и при легировании высокоуглеродистых сталей ванадием и вольфрамом.

В целом значения микротвердости упрочненного слоя после азотирования несколько снижаются, оставаясь достаточно высокими -на уровне микротвердости закаленной высоколегированной стали.

Проведенные исследования показали, что при азотировании сталей У8 и У10, предварительно легированных при лазерном нагреве, упрочненный слой имеет мелкозернистую структуру с диффузией азотистой фазы по границам зерен (рис. 5). Толщина его составляет около 70 мкм. Результаты проведенных дюрометрических исследований данного образца показали, что твердость после азотирования повысилась до 9000 МПа за счет образования мелкодисперсных нитридов и карбонитридов хрома.

300 400 500 Толщина h, мкм

Рис. 4. Влияние азотирования на микротвердость стали У10, предварительно легированной при лазерном нагреве в непрерывном режиме излучения (Таз=570°С, т=6 ч): 1 - до азотирования; 2 - после азотирования

хЮОО

Рис. 5. Микроструктура стали У8, легированной хромом и азотированной при температуре Т=570°С, в течение т=6 часоз

Исследования распределения остаточных напряжений в

поверхностном слое показали, что в процессе лазерного легирования

и последующего азотирования формируется неоднородное распределение остаточных напряжений, однако наблюдается определенная симметрия относительно центра лазерной дорожки. Установлено, что на поверхности легированной дорожки для всех легирующих элементов после азотирования формируются напряжения сжатия, достигающие 300+350+80 МПа. По мере удаления от центра дорожки эти напряжения снижаются практически до 0. На сталях 45 и У8 на расстоянии 3...5 мм от центра дорожки возникают напряжения сжатия 23±15и 200±80 МПа соответственно. Такое распределение остаточных напряжений снижает склонность стали к трещинообразованию в упрочненном слое при циклических нагрузках.

На основании проведенных исследований установлены рациональные технологические параметры азотирования (температура и длителньность) для получения оптимальной толщины и микротвердости упрочненного слоя, которые приведены в главе 7.

Глава 5 посвящена разработке двухстадийной технологии модифицирования поверхности конструкционных сталей, включающей локальное лазерное легирование и металлизацию в атмосфере аммиака. Исследования проводились на образцах из армко-железа, поверхность которых насыщали хромом, титаном и алюминием. Предлагаемая технология состоит из следующих стадий. Первой стадией является локальное лазерное легирование в импульсном режиме излучения. Режимы лазерного легирования выбирали таким образом, чтобы глубина переплава была небольшой, что позволяет минимизировать неровности поверхности. Зоны лазерного легирования являются дополнительным источником легирующего элемента, от которого в процессе термодиффузионной металлизации идет диффузия легирующего элемента как по поверхности, так и вглубь изделия. Вторая стадия - термодиффузионная металлизация в печи в атмосфере аммиака со степенью диссоциации 30%. Наличие азота в насыщающей атмосфере понижает температуру полиморфного а-*у превращения, что позволяет снизить температуру процесса металлизации до 700°С. Галогенид, например, СгС12, находящийся в шликерной обмазке, является катализатором транспортных реакций, что позволяет сократить длительность насыщения до 3 часов. При нагреве на поверхности стали происходит

реакция: СгС12+Ре+->Сг+РеС12Т- В результате поверхность детали насыщается легирующим элементом, причем диффузия начинается от зон лазерного легирования и идет как по поверхности, так и вглубь детали, что позволяет получить диффузионный слой на всей поверхности вне зависимости от сложности ее геометрии.

Технологическими параметрами двухстадийной технологии являются параметры лазерного легирования: мощность импульса излучения, длительность импульса, толщина шликерного покрытия и количество лазерных «пятен» на единицу поверхности, и параметры термодиффузионной металлизации, температура, длительность процесса и состав атмосферы.

После двухстадийной металлизации микроструктура модифицированной поверхности стали 40Х представляет собой сплошной слой, легированный хромом толщиной до 100 мкм (рис. 6). Исследования стали 40Х, подвергнутой термодиффузионной металлизации хромом без лазерной обработки, показали, что толщина слоя не превышает 40 мкм. Результаты дюрометрических исследований представлены на рис. 7 и 8. Из графиков видно, что твердость металлизированного диффузионного слоя с предварительной лазерной обработкой и без неё отличается незначительно и составляет 12000... 13000 МПа, что сопоставимо с твердостью высоколегированной стали после азотирования.

Толщина слоя эффективного упрочнения с твердостью выше 5000 МПа составляет около 120 мкм в первом случае (рис. 7, кривая 2) против 60 мкм во втором (рис. 7, кривая 1).

Рис. 6. Микроструктуры стали 40Х после двухстадийной металлизации: а - внутри лазерной зоны; б - вне лазерной зоны

Толщина Ь, мкм

Рис. 7. Распределение микротвердости по толщине стали 40Х: 1 - после стандартной металлизации без предварительного лазерного легирования (Т=1000°С, т=3ч); 2 - после двухстадийной обработки (Т=735°С, т=3ч).

На толщину металлизированного слоя большое влияние оказывает плотность заполнения поверхности обрабатываемых образцов лазерными «пятнами». Исследования показали, что при отсутствии лазерных зон толщина упрочненного слоя после металлизации составляет 40 мкм. Если заполнение лазерными зонами составляет 4 ед/см2, то толщина металлизированного слоя составляет 80 мкм, а при увеличении плотности расположения лазерных «пятен» до 6 ед/см2 - увеличивается до 120 мкм. При дальнейшем увеличении данного параметра толщина упрочненного слоя возрастает незначительно.

Исследования влияния технологических параметров двухстадийного хромирования стали 40Х на толщину и микротвердость модифицированного слоя показали, что при увеличении длительности термодиффузионного насыщения от 3 до 4 часов толщина слоя возрастает от 100 мкм до 120 мкм, дальнейшее увеличение длительности до 7 часов увеличивает толщину слоя лишь на 20 мкм. Оптимальными параметрами двухстадийного хромирования являются Т=700+800°С, т= 3-^44, для насыщения титаном - Т=750°С, т=4ч; ванадием - Т=735°С, т- 3 ч; алюминием - Т= 700°С, т-2ч.

Для достижения более высокого упрочнения стали 40Х, повышения её износостойкости, снижения коэффициента трения и

способности к прирабатыванию после двухстадийного модифицирования проводили азотирование. Такая комплексная технология повышает микротвердость упрочненного слоя до 18000 МПа (рис. 8). Толщина слоя эффективного упрочнения с твердостью выше 10000 МПа составляет 170 мкм, что больше слоя эффективного упрочнения после двухстадийной металлизации без азотирования. Это связано с дальнейшей диффузией легирующего элемента вглубь и образованием дисперсных нитридов в процессе азотирования.

Рис 8 Распределение микротвердости по толщине стали 40Х после двухстадийной металлизации хромом (Т=7350С, т=3ч) с последующим азотированием (Т'=570°С, т=3ч)

Комплексная технология модифицирования поверхности была применена для упрочнения быстроизнашивающихся полуосей гоночного автомобиля Формулы Гибрид, который был создан коллективом студентов и аспирантов МАДИ и принял участие в

чемпионате мира в США

Глава 6 содержит исследования влияния различных способов поверхностного модифицирования углеродистых сталей на их прочностные и эксплуатационные характеристики. Лазерное легирование сталей У8, УЮ позволяет повышать прочность поверхности до 1,5 раз по сравнению со стандартной термообработкой: закалкой и низким отпуском, износостойкость при этом увеличивается до 2-х раз по сравнению со стандартной термообработкой (рис. 9, 10).

После лазерного легирования и азотирования стали У10 прочность оказалась больше, чем после закалки и низкого отпуска. Причем по сравнению с прочностными характеристиками после лазерного легирования в большинстве случаев она несколько снижается, однако остается всегда выше, чем после закалки и низкого отпуска.

V Сг Мо № МЬ з+н/о

Легирующий элемент

Рис. 9. Влияние типа легирующего элемента и вида термообработки на прочность модифицированного слоя стали У10: ■ - лазерное легирование; □ - лазерное легирование + азотирование

25 -,---

Мо УУ V Сг л+н/о

Легирующий элемент

Рис. 10. Влияние типа легирующего элемента и вида термообработки на износостойкость стали У10: И - лазерное легирование; □ - лазерное легирование + азотирование

Обработка стали 40Х по технологии двухстадийной металлизации повышает её прочность в 2 раза, а по комплексной технологии - в 2,5 раза по сравнению со стандартной металлизацией и в 3 - 5 раз по сравнению с улучшением.

Глава 7 посвящена определению рациональных диапазонов технологических параметров обработки (мощность и скорость перемещения лазерного луча, тип легирующего элемента,

температура и длительность термодиффузионной металлизации и азотирования) для формирования модифицированных поверхностных слоев заданного строения и толщины и обеспечения требуемых свойств поверхности для деталей различного назначения. В табл. 2 и 3 приведены оптимальные режимы обработки углеродистых сталей для получения качественных модифицированных слоев на поверхности деталей различного назначения.

Таблица 2

Рекомендуемые технологические режимы лазерного легирования и комбинированной обработки углеродистых сталей_

I 1-о ю (О

н- о. £ ю со О

2 О X

о

3 Л)

5

*

8 ^

К

с;

с;

О с;

ГС

М 1 | ¥

2 х СО

А1 Сг V Т\ № Мо УУ

600

О I

£ 3 2

о о

Я 2 ?

9- ®

9 с

^ т и

О с к

20 10-20 10-20 10-20 10-20 15 15

>5 <0

3 §

9 п

>. I п

О- <В 5

£ о -У о ь

с; о 2

28-30 24-26 24-26 24-26 24-26 22 22

о

? I | м -

| а § £ & 5

о 3

с г

400 450-600 450-600 450-600 450-600 500 500

9000 6100 10500 10500 10300 10500 10200

о ю со о. ю О

0) X

со т

о а. х ь

о р>

со +

Сг Мо УУ V № П

со о. <и с

£ О

Г- О

570 570 570 570 540 540

з-

г ™ 8

III

си о 2 Р х 2 О С£ Я

30% 30% 30% 30% 30% 30%

II

5 5

о. о

6 5

450 430 410 400 300 450

§ 1

5 га

ё 8

| §

5 О

В о-

о

С£ О. (О

Ж С £ 5

6 6 6 6 6 6

9000 7800 8000 9000 7800 9200

Таблица 3

Рекомендуемые технологические параметры двухстадийной металлизации и комплексной обработки конструкционных сталей

Вид Обработки Тип Л.Э Энергия излучения, Дж Длительность импульса, мс Количество легирующей суспензии, мг/см2 Толщина упрочненного слоя, мкм Микротвердость, Н, МПа Износостойкость Дт, мг/1000м

ЛЛ в импульсном режиме А1 Сг Т1 15 4 4 4 28-30 24-26 24-26 300 300 300 4500 6000 6000 16 15 15

Вид Обработки Тип Л.Э Температура, °С Степень диссоциации аммиака, % Толщина упрочненного слоя, мкм Длительность процесса, ч Микротвердость, Н, МПа Износостойкость Дт, мг/1000м

Двухстадийная металлизация А1 Сг Т1 700-800°С 100 100 100 160 150 150 3 3 3 12000 12000-13000 11000-12000 7 6 6

Двухстадийная металлизация+ азотирование А1 Сг Т1 570°С 30 30 30 180 170 170 3 3 3 18000 18000 17500 5 5 6

ВЫВОДЫ

1. Разработана технология поверхностного легирования высокоуглеродистых сталей с использованием лазерного нагрева.

2. Показано, что структура и фазовый состав упрочненного слоя после лазерного легирования зависят от параметров излучения,

теплофизических свойств легирующего элемента и содержания углерода в стали. При легировании стали У8 карбидо- и нитридообразующими элементами (Сг, V, "П, А1, Мо и Щ в зависимости от параметров излучения структура может быть как мелкозернистой с твердым раствором легирующего элемента в железе, так и представлять собой структуру мелкоигольчатого мартенсита с мелкодисперсными включениями карбидов легирующего элемента. Толщина легированной зоны на сталях У8, У10 для тех же легирующих элементов составляет 600...800 мкм, концентрация Сг, V, Т'| и № в поверхностном слое после лазерного легирования малоуглеродистых сталей составляет 15...25% , Мо и \/У - 5..8 %, концентрация А1 в зоне легирования при обработке непрерывным лазером не превышает 5 % (по массе). Максимальная микротвердость поверхности сталей У8 и У10 достигается при легировании вольфрамом и молибденом и составляет 11000-12000МПа.

3. Установлено, что лазерное поверхностное легирования сталей У8 и У10 повышает прочность поверхности в 1,5 раза, а износостойкость в 2 раза по сравнению со стандартной термообработкой данных сталей - закалкой и низким отпуском.

4. Построена расчетная модель, связывающая параметры структуры с уровнем упрочнения высокоуглеродистых сталей, подвергнутых лазерному легированию различными легирующими элементами. Адекватность модели подтверждена экспериментальными исследованиями влияния лазерной обработки на микротвердость и прочность поверхностного слоя углеродистых сталей.

5. Построена расчетная модель для прогнозирования уровня упрочнения высокоуглеродистых сталей при комбинированной обработке, заключающейся в лазерном легировании и последующем азотировании. На основе расчетов установлено, что азотирование высокоуглеродистых сталей, легированных при лазерном нагреве не снижает их уровня прочности.

6. Разработана технология комбинированной обработки, заключающаяся в лазерном поверхностном легировании углеродистых сталей карбидо- и нитридообразующими элементами с последующим азотированием.

7. Показано что при лазерном легировании и последующем азотировании структура упрочненного слоя в зависимости от параметров азотирования и легирующего элемента состоит из легированных а-фазы и нитридных фаз с возможным выделением дисперсных нитридов легирующих элементов, при этом микротвердость легированной зоны на сталях У8, У10 составила 9000 -11000 МПа.

8. Показано, что после лазерного поверхностного легирования наблюдается неоднородное распределение остаточных напряжений в упрочненном слое. Выявлено постепенное уменьшение напряжений сжатия от центра металлизированной зоны к границе с основным металлом вплоть до образования растягивающих напряжений, величина которых достигает 30 МПа на стали 45 и 80 МПа на стали У8. Установлено, что последующее азотирование уменьшает напряжения сжатия в центре лазерной зоны и полностью устраняет растягивающие напряжения на границе с основным металлом. На сталях 45 и У8 на расстоянии 3-5 мм от центра дорожки сохраняются напряжения сжатия 23±15 и 200±80 МПа соответственно. Такое распределение остаточных напряжений снижает вероятность зароиодения микротрещин в упрочненном слое при циклических нагрузках.

9. Показано, что лазерное легирования сталей У8, У10 и последующее их азотирование позволяют увеличить прочность поверхности в 1,5 раза, а износостойкость в 2,5 раза по сравнению со стандартной термообработкой за счет снижения коэффициента трения.

10. Предложен новый способ двухстадийной технологии модифицирования поверхности конструкционных сталей, включающий локальное лазерное легирование и металлизацию в атмосфере аммиака, позволяющий получать металлизированный слой толщиной до 160 мкм в течение 3 часов при температуре 700°С.

11. Установлено, что механизм интенсификации процесса двухстадийной металлизации обусловлен: 1 - наличием в шликерной обмазке галогенидов, являющихся катализатором транспортных реакций, 2 - диффузией легирующего элемента одновременно из лазерно-легированных зон и из шликерной обмазки, 3 - снижением

температуры а —>у превращения в присутствии азота в насыщающей среде.

12. Двухстадийная металлизация повышает микротвердость упрочненного слоя конструкционных сталей до 10000 - 14000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента, что в 1,5 -1,8 раза выше, чем после стандартной металлизации.

13. Комплексная технология, заключающаяся в двухстадийной металлизации с последующим азотированием, повышает микротвердость упрочненного слоя конструкционных сталей до 16000 -18000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента.

14. Показано, что обработка стали 40Х по технологии двухстадийной металлизации повышает её прочность в 2 раза, а по комплексной технологии - в 2,5 раза по сравнению со стандартной металлизацией и в 3 - 5 раз по сравнению с улучшением.

15. Показана возможность применения разработанных технологий для упрочнения различных деталей из конструкционных и инструментальных сталей с целью повышения их эксплуатационных свойств.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Чудина, О.В. Разработка двухстадийной технологии металлизации конструкционных сталей с использованием лазерного и печного нагрева / О.В. Чудина, В.А., Александров, A.A. Брежнев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2012. - №6. - С. 32-35.

2. Чудина, О.В. Повышение прочности и износостойкости углеродистых сталей методами лазерного легирования и азотирования / О.В. Чудина, A.A. Брежнев //Упрочняющие технологии и покрытия. - 2012. - №6. - С. 26-31.

3. Чудина, О.В. Перспективная технология модифицирования поверхности углеродистых сталей / О.В.Чудина, В.А. Александров, В.М. Матюнин, A.A. Брежнев II Перспективы развития химико-термической обработки сталей: теория - эксперимент - технологии: сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2011. - С. 205-213.

4. Чудина, О.В. Исследования влияния лазерного модифицирования поверхности на прочностные и эксплуатационные характеристики углеродистых сталей/ О.В. Чудина, В.М. Матюнин, A.A. Брежнев II Перспективы развития химико-термической обработки сталей: теория - эксперимент - технологии: сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2011. - С. 137-148.

5. Патент №2415964. Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей. - Зарегистрирован 10.04.2011.

6. Патент № 2428503. Способ поверхностного легирования деталей из стали 40. - Зарегистрирован 11.09.2011.

7. Чудина, О.В. Формирование модифицированных слоев на углеродистых сталях лазерным легированием и азотированием/ О.В. Чудина, A.A. Брежнев // Новые материалы и технологии в машиностроении: сб. науч. тр.: Вып. 12. - Брянск: БГИТА, 2010. - С. 122-125.

8. Брежнев, A.A. О возможности формирования нанострукгурированных слоев на металлических материалах методами химико-термической обработки/ A.A. Брежнев, A.A. Малахов // Сб. тр. Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению развития Национальной нанотехнологической сети «Конструкционные наноматериалы». - М.: Изд. Дом МИСиС, 2010. - С.152-153

9. Чудина, О.В. Комбинированное поверхностное упрочнение углеродистых сталей методами химико-термической обработки/ О.В. Чудина, A.A. Брежнев // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр.: Вып. 51. -Харьков: ХНАДУ, 2010. С. - 14-19.

Ю.Чудина, О.В. Формирование диффузионного покрытия на поверхности стали путем лазерного и термодиффузионного легирования/ О.В. Чудина, В.А. Александров, С.И. Барабанов, A.A. Брежнев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №4. -С. 37-40.

11.Чудина, О.В. Комбинированное поверхностное упрочнение углеродистых сталей лазерным легированием с последующим азотированием/О.В. Чудина, В.А. Александров, A.A. Брежнев II Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №4. - С. 33-37.

12.Чудина, О.В. Поверхностное легирование углеродистых сталей при лазерном нагреве/ О.В. Чудина, A.A. Брежнев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №4. - С. 10-16.

13. Чудина, О.В. Перспективная комплексная технология упрочнения конструкционных сталей с применением лазерного нагрева / О.В. Чудина, В. А. Александров, А. А.Брежнев, С.И. Барабанов II Инновации в науке и образовании: сб. тр. 7-й Международной конференции Инновации в науке и образовании 2009. - Калининград: КГТУ, 2009. - С. 23-26.

14.Чудина, О.В. Перспективные технологии создания диффузионных покрытий на сталях с высокими механическими характеристиками / О.В. Чудина, В.А. Александров, А. А. Брежнев // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр.: Вып. 46. - Харьков: ХНАДУ, 2009. - С. 72-76.

Подписано в печать 01.11.2012г. Печать офсетная Тираж 100 экз.

Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,6 Уч.-изд. л. 1,4

Заказ 343

Ротапринт МАДИ 125319, Москва, Ленинградский просп., 64

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ способов формирования высоколегированных функциональных слоев с высоким комплексом механических свойств на поверхности стальных изделий.

1.1 Модифицирование поверхности стальных изделий термодиффузионной металлизацией.

1.2 Модифицирование поверхности стальных изделий с использованием источников высококонцентрированной энергии (лазерного излучения). 23 1.3. Модифицирование поверхности стальных изделий азотированием . 39 Выводы по 1 главе.

ГЛАВА 2. Материалы, оборудование и методики исследований.

2.1.Выбор материалов для исследований.

2.2 Оборудования для проведения экспериментов.

2.3. Определение микротвердости упрочненных слоев.

2.4 Металлографические исследования структуры.

2.5 Микрорентгеноспектральный, рентгеноструктурный анализы упрочненных поверхностей.

2.6. Электрографический метод исследования структуры и фазового состава материалов.

2.7. Методика исследований остаточных напряжений.

2.8. Методика определения прочностных характеристик.

2.9. Исследование износостойкости упрочненных сталей.

ГЛАВА 3. Разработка технологии поверхностного легирования углеродистых сталей с использованием лазерного нагрева.

3.1 Исследование влияния технологических параметров лазерного легирования углеродистых сталей на толщину упрочненного слоя и концентрацию легирующих элементов в нем.

3.2. Исследование влияния технологических параметров лазерного легирования на структуру, фазовый состав и микротвердость упрочненного слоя углеродистых сталей.

3.3. Расчет уровня упрочнения высокоуглеродистых сталей после лазерного легирования.

3.4. Исследование влияния лазерного легирования на характер распределения остаточных напряжений в поверхностном слое углеродистых сталей.

3.5. Исследование влияния технологических параметров лазерной обработки углеродистых сталей на теплостойкость упрочненного слоя.

3.6. Выбор оптимальных технологических режимов лазерного легирования углеродистых сталей.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Разработка комбинированной технологии поверхностного легирования углеродистых сталей с использованием лазерного нагрева и азотирования.

4.1. Прогнозирование уровня упрочнения углеродистых сталей, подвергнутых лазерному легированию и азотированию.

4.2. Исследование влияния технологических параметров комбинированной технологии на структуру, фазовый состав и микротвердость поверхностного слоя углеродистых сталей.

4.3 Исследование влияния технологических параметров комбинированной технологии на характер распределения остаточных напряжений в поверхностном слое углеродистых сталей.

4.4. Выбор оптимальных технологических режимов комбинированной технологии для поверхностного упрочнения углеродистых сталей.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. Разработка двухстадийной технологии поверхностного легирования сталей с использованием лазерного и печного нагрева . 117 5.1 .Сущность метода и оборудование для его реализации.

5.2 Исследование влияния технологических параметров двухстадийной технологии металлизации армко-железа на толщину, структуру, фазовый состав и микротвердость поверхностного слоя.

5.3. Исследование влияния технологических параметров двухстадийной технологии металлизации конструкционных сталей на толщину, структуру, фазовый состав и микротвердость поверхностного слоя.

5.4. Выбор оптимальных режимов двухстадийной технологии поверхностного легирования с использованием лазерного и печного нагрева.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. Исследование влияния модифицирования углеродистых сталей на прочностные характеристики и износостойкость упрочненного слоя.

6.1. Исследование влияния лазерного легирования углеродистых сталей на прочность и износостойкость поверхностного слоя.

6.2 Исследование влияния лазерного легирования и азотирования на прочность и износостойкость поверхностного слоя углеродистых сталей

6.3.Исследование влияния технологических параметров двухстадийной металлизации на прочность и износостойкость поверхностного слоя конструкционных сталей.

Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. Рекомендации по выбору технологии и режимов формирования высоколегированных функциональных слоев на поверхности для различных групп деталей машин.

На современном этапе развития техники актуальной является задача разработки металлических материалов с качественно новыми высокими и сверхвысокими свойствами, позволяющими существенно снизить металлоемкость изделий и обеспечить ресурсосбережение. Изменение и усложнение условий эксплуатации машин, узлов и агрегатов требует постоянного совершенствования материалов и модернизации технологий их изготовления.

В последние годы большое внимание уделяется развитию технологий поверхностного упрочнения. Это связано с новым подходом в оценке роли материала в обеспечении конструкционной прочности изделий, согласно которому именно состояние поверхности во многом определяет уровень прочности и эксплуатационные свойства деталей машин и инструмента. Это привело к появлению нового направления - инженерии поверхности, осуществляемой методами комбинированного энергетического и физико-химического воздействия. Развитие инженерии поверхности предполагает разработку технологических процессов нового уровня, позволяющих модифицировать поверхностный слой, радикально менять его структуру и свойства. Для модифицирования поверхности металлов предпочтение отдается методам химико-термической обработки, а также методам, использующих в качестве теплового источника концентрированные потоки энергии: ионные, лазерные, высокочастотные индукционные и другие.

В этой связи в области машиностроения актуальной задачей является разработка доступных, экономичных, высокоэффективных и экологически безопасных технологий упрочнения конструкционных сталей, обеспечивающих получение заданных эксплуатационных свойств.

Дальнейшая интенсификация классических диффузионных процессов путем регулирования технологических режимов не позволяет получать материалы с качественно новыми свойствами. Поэтому развитие технологий поверхностного упрочнения связывается с разработкой комбинированных технологий химико-термической обработки (ХТО), которые представляют собой либо технологически последовательные комбинации известных видов ХТО с оптимизированными параметрами, либо сочетание в одном процессе нескольких насыщающих сред, которое дает дополнительные возможности для формирования разнообразных по строению слоев. Преимущество таких технологий заключается в том, что они позволяют добиться высокого уровня упрочнения, так как при этом может быть задействовано наибольшее количество упрочняющих механизмов за счет получения многофазных структур. Тогда как стандартные технологии ХТО (азотирование, нитроцементация и др.) уже практически достигли пределов своих технологических возможностей с точки зрения эффективности упрочнения.

Целью настоящей работы является разработка новых, в том числе комбинированных, высокоэффективных ресурсосберегающих технологий поверхностного упрочнения углеродистых сталей с использованием лазерной и химико-термической обработки для формирования функциональных модифицированных слоев и повышения эксплуатационных свойств стальных деталей различного назначения.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ существующих способов формирования высоколегированных функциональных слоев на поверхности стальных изделий;

2. Разработка технологии поверхностного легирования углеродистых сталей с использованием лазерного нагрева на основе экспериментальных исследований влияния технологических параметров на структуру, фазовый состав, толщину, микротвердость и остаточные напряжения в поверхностном слое;

3. Разработка комплексной технологии поверхностного упрочнения углеродистых сталей, заключающейся в лазерном легировании с последующим азотированием, на основе экспериментальных исследований влияния технологических параметров на структуру, фазовый состав, толщину, микротвердость и остаточные напряжения в поверхностном слое;

4. Разработка двухстадийной технологии поверхностного упрочнения сталей, заключающейся в локальном лазерном легировании и последующей металлизации в атмосфере аммиака;

5. Выявление механизма увеличения толщины металлизированного слоя при двухстадийной обработке;

6. Исследование влияния технологических параметров двухстадийной технологии поверхностного легирования армко-железа на толщину, структуру, фазовый состав и микротвердость упрочненного слоя;

7. Исследование влияния технологических параметров двухстадийной технологии поверхностного легирования конструкционных сталей на толщину, структуру, фазовый состав и микротвердость упрочненного слоя;

8. Выбор оптимальных технологических параметров для разработанных технологических процессов;

9. Исследование влияния модифицирования поверхности углеродистых сталей на прочностные и эксплуатационные характеристики;

10. Выработка рекомендаций по выбору технологии и режимов формирования высоколегированных функциональных слоев на поверхности для различных групп деталей машин.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология поверхностного легирования высокоуглеродистых сталей с использованием лазерного нагрева.

2 Показано, что структура и фазовый состав упрочненного слоя после лазерного легирования зависят от параметров излучения, теплофизических свойств легирующего элемента и содержания углерода в стали. При легировании стали У8 карбидо- и нитридообразующими элементами (Сг, V, №>, Тл, А1, Мо и \¥) в зависимости от параметров излучения структура может быть как мелкозернистой с твердым раствором Л.Э. в железе, так и представлять собой структуру мелкоигольчатого мартенсита с мелкодисперсными включениями карбидов легирующего элемента. Толщина легированной зоны на сталях У8-У10 для тех же Л.Э. составляет 600-800 мкм, концентрация Сг, V, Т1 и №) в поверхностном слое после лазерного легирования малоуглеродистых сталей составляет 15.25% , Мо и ¥ - 5.8 %, концентрация А1 в зоне легирования при обработке непрерывным лазером не превышает 5 % (по массе).Максимальная микротвердость поверхности сталей У8 и У10 достигается при легировании вольфрамом и молибденом и составляет 11000-12000МПа.

3. Установлено что лазерное поверхностное легирования сталей У 8 и У10 повышает прочность поверхности в 1,5 раза, а износостойкость в 2 раза по сравнению со стандартной термообработкой данных сталей: закалкой и низким отпуском.

4. Построена расчетная модель, связывающая параметры структуры с уровнем упрочнения высокоуглеродистых сталей, подвергнутых лазерному легированию различными легирующими элементами. Адекватность модели подтверждена экспериментальными исследованиями влияния лазерной обработки на микротвердость и прочность поверхностного слоя углеродистых сталей.

5. Построена расчетная модель для прогнозирования уровня упрочнения высокоуглеродистых сталей при комбинированной обработке, заключающейся в лазерном легировании и последующем азотировании. На основе расчетов установлено, что азотирование высокоуглеродистых сталей, легированных при лазерном нагреве не снижает их уровня прочности.

6.Разработана технология комбинированной обработки, заключающаяся в лазерном поверхностном легировании углеродистых сталей карбидо- и нит-ридообразующими элементами с последующим азотированием.

7. Показано что при лазерном легировании и последующем азотировании структура упрочненного слоя в зависимости от параметров азотирования и легирующего элемента состоит из легированных а-фазы и нитридных фаз с возможным выделением дисперсных нитридов Л.Э. При этом микротвердость легированной зоны на сталях У 8-У 10 составляет 9000-1 ЮООМПа.

8. Показано, что после лазерного поверхностного легирования наблюдается неоднородное распределение остаточных напряжений в упрочненном слое. Выявлено постепенное уменьшение напряжений сжатия от центра металлизированной зоны к границе с основой вплоть до образования растягивающих напряжений, величина которых достигает 30 МПа на стали 45 и 80 МПа на стали У8. Установлено, что последующее азотирование уменьшает напряжения сжатия в центре лазерной зоны и полностью устраняет растягивающие напряжения на границе с основным металлом. На сталях 45 и У8 на расстоянии 3-5 мм от центра дорожки сохраняются напряжения сжатия 23±15 и 200±80 МПа соответственно. Такое распределение остаточных напряжений снижает вероятность зарождения микротрещин в упрочненном слое при циклических нагрузках.

9. Показано, что лазерное легирования сталей У8 и У10 и последующее их азотирование позволяют увеличить прочность поверхности в 1,5 раза, а износостойкость до 2,5 раза по сравнению со стандартной термообработкой за счет снижения коэффициента трения.

10. Предложен новый способ двухстадийной технологии модифицирования поверхности конструкционных сталей, включающий локальное лазерное легирование и металлизацию в атмосфере аммиака, позволяющий получать металлизированный слой толщиной до 160 мкм в течение 3 часов при температуре 700°С.

11. Установлено, что механизм интенсификации процесса двухстадийной металлизации обусловлен: 1 - наличием в шликерной обмазке галогенидов, являющихся катализатором транспортных реакций, 2 - диффузией легирующего элемента одновременно из лазерно-легированных зон и из шликерной обмазки, 3 - снижением температуры а —>у превращения в присутствии в насыщающей среде азота.

12. Двухстадийная металлизация повышает микротвердость упрочненного слоя конструкционных сталей до 10000 - 14000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента, что в 1,5-1,8 раза выше, чем после стандартной металлизации.

13 .Комплексная технология, заключающаяся в двухстадийной металлизации с последующим азотированием, повышает микротвердость упрочненного слоя конструкционных сталей до 16000 - 18000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента.

14. Показано, что обработка стали 40Х по технологии двухстадийной металлизации повышает её прочность в 2 раза, а по комплексной технологии -в 2,5 раза по сравнению со стандартной металлизацией и в 3-5 раз по сравнению с улучшением.

15. Показана возможность применения разработанных технологий для упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей с целью повышения их эксплуатационных свойств.

1. Лахтин, Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин. М.: ООО «ТИД «аз-book», 2009. 448 с.

2. Минкевич, А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов / А.Н. Минкевич. М.: Машиностроение, 1965. - 331 с.

3. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

4. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / B.C. Коваленко и др. М: Наука, 1986.- 263с. (59)

5. Миркин, Л.Н. Физические основы обработки материалов лазером / Л.Н. Миркин. М.: МГУ, 1975.-384 с.

6. Упрочнение деталей лучом лазера / B.C. Коваленко и др.; под общ. ред. Коваленко В. С. Киев: Техника, 1981. - 132 с.

7. Углов, А. А. О расчете скорости нагрева металлов при воздействии излучения ОКГ / А. А. Углов, О.И. Исаев // Физика и химия обработки материалов, 1976. №2. с .23-28

8. Чу дина, О.В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева. Теория и технология. / О.В. Чуди-на. М.: МАДИ (ГТУ), 2003. - 248 с.

9. Николаев, Г.А. Лазерная обработка в машиностроении / Г.А. Николаев, А.Г. Григорьянц // Изв. АН СССР. Серия физ. наук, 1983. Т.47.- №8.- С. 1458-1467.

10. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. /Н.Н. Рыкалин, и др.. М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

11. Рэди, Дж. Обработка материалов./ Рэди Дж //Обзор ТТЭР. 1995. - Т. 70.- №6.- С.7-20

12. Промышленное применение лазеров /под ред. Д. Кебнера М.: Машиностроение, 1988. - 279 с.

13. Летохов, B.C., Устинов Н.О. Мощные лазеры и их применение / B.C. Летохов, Н.О. Устинов М.: Советское радио, 1980. - 112 с.

14. Веденов, A.A. Физические процессы при лазерной обработке материалов / A.A. Веденов, Г.Г. Гладуш. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 208 с.

15. Янушкевич, В.А. Критерии возможности образования ударных волн при воздействии лазерного излучения на поверхность поглощающих конденсированных сред./ В.А. Янушкевич // Физика и химия обраб. материалов.-1975. №5. - С. 9-12.

16. Криштал, М.А., Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера / М.А. Криштал, A.A. Жуков, А.Н. Кокора. М.: Металлургия, 1973.- 192 с.

17. Абильсиитов, Г.А. Основные проблемы лазерной технологии и технологических лазеров: перепринт / Г.А. Абильситов, В.Г. Голубев. Троицк: Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам АН СССР, 1980.-38 с.

18. Суслов, А.Г. Исследование возможностей повышения динамической поверхностной прочности сталей с помощью лазерного легирования / А.Г. Суслов, Ю.В. Колесников, В.П. Инютин // Трение и износ, 1985. №5.- С. 872 - 877.

19. Mordikc, B.L. Synicture of laser melted steel surfaces. In T. Masumoto and K. Suzuk (eds.)/ B.L. Mordikc, H.W. Bergman // Proc.41 Int. Conf. On Rapidly quenched Metals, 1982.- P. -197-200.

20. Гладуш, Г.Г. Термокапиллярная конвекция в жидкости под действием мощного лазерного излучения / Г.Г. Гладуш, Л.С. Красицкая, Е.Б. Левченко // Квантовая электроника, 1982. т.9. - №4. - С. 660 - 667

21. Боровский, И.Б. О поверхностном легировании металлов с помощью непрерывного лазерного излучения/ И.Б. Боровский, Д.Д. Городский. И.М. Шарафеев // Физика и химия обработки материалов, 1984. №1.- С. 19-23.

22. Рыкалин, H.H. Лазерная обработка материалов/ H.H. Рыкалин, A.A. Углов, А.Н. Кокора М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

23. Григорьянц, А.Г. Выбор связующих веществ при лазерной наплавке износостойкими хромборникелевыми порошками / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, В.В. Шибаев // Электронная обработка материалов, 1982.- №5,- С. 33-37.

24. Косырев, Ф.К. Цементация низкоуглеродистых сталей при воздействии непрерывного излучения С02-лазера / Ф.К. Косырев, Н. А. Железное, В.А. Барсук // Физика и химия обработки материалов, 1988. № 6.- С. 57-59.

25. Чудина, О.В. Комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: дис. на соискание ученой степени док. техн. наук 05.02.01: защищена 29.04.04 / Ольга Викторовна Чудина; МАДИ (ГТУЭ.Москва. 2004 335 с.

26. Mordike, А. Легирование из газовой фазы с применением нагрева лазером/ А. Mordike, H. Bergmann, N .Gros // Z. Werkstofftechnik, 1983. -14.-№8.- C.253-257.

27. Бурякин, A.B. Разработка технологии лазерного легирования сталей бором и азотом: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук / Бурякин Алексей Викторович; МАДИ.- Москва, 1983 17 с.

28. Александров, В.Д. Поверхностное упрочнение алюминиевых сплавов: дисс. на соискание ученой степени док. техн. Наук / Виктор Дмитриевич Александров, МАДИ.- Москва 2002.- 408 с.

29. Ryntaren, Jimbou Laser surface alloying / Jimbou Ryntaren, Janagaki Magahisa, Tamamuro Takeo // J. jap. soc. Heat, 1981. 21.- № 5 - p. 524

30. Bergmann, H.W. Wear and fatique of laser melted cast iron / H.W.Bergmann, W. Henning, B.L. Mordike // Strength metals and alloys (ICSMA 7): Proc. 7 th int. conf., Montreal, 12-16 aug., 1985. -vol 2. Oxford e.a., 1985,- P. 1595-1600.

31. Лазерное легирование/ Л.С. Ляхович и др. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. №3,- С.-14-19.

32. Влияние обработки непрерывным излучением лазера на износостойкость низкоуглеродистых сталей/ A.B. Макаров и др..// Трение и износ, 1987. 8. -№2. -С.293-301.

33. Влияние схемы упрочнения гильз цилиндров лазерным излучением /

34. B.М. Андрияхин и др. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1982. №9. С.41-43.

35. Терентьев, В.Ф. Влияние лазерного облучения на циклическую прочность стали ЗОХГСНА/ В.Ф. Терентьев, A.B. Федоров // Физ. и химия обработки материалов, 1983. № 6. - С. 146-147.

36. Влияние импульсной лазерной закалки на статическую и циклическую прочность сталей 45 и 48/ В.Ф. Терентьев и др. // Физ. и химия обработки материалов, 1985. № 2. - С. 137-138.

37. Чюплис, В.А. Повышение циклической прочности деталей машин упрочнением поверхностей: автореф. дис. канд.техн.наук./В.А. Чуплис,- Каунас, 1984.-27 с.

38. Григорьянц, А.Г. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн.6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов/ А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов; под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высш. шк., 1988. - 159 с.

39. Шур, Е.А., Повышение конструктивной прочности сталей при лазерной закалке / Е.А. Шур, С.С. Воинов, И.И. Клещева. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1982. № 5. - С.36-38.

40. Влияние лазерного упрочнения поверхности на усталостную прочность стали / Г.Г. Бородина и др. // Поверхность. Физика, химия, механика, 1986.-№1.-С.123-127.

41. Митин, В.Я. Влияние поверхностного рельефа лазерной закалки на циклическую прочность стали 45 / В.Я. Митин, Е.И. Тоскер, В.А. Гурьев // Металловедение и термическая обработка металлов, 1988. № 10. - С.34-36.

42. Особенности развития разрушения в легированных сталях, обработанных лазером/ C.B. Соленов и др. //Лазерная технология: Вып. 6, 1988.1. C.84-85.

43. Структура технического железа в зоне воздействия излучения С02-лазера / Г.Г. Бородина и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. - № 4. - С.14-16.

44. Власов, В.М. Лазерное легирование инструмента смазкой на основе дисульфида молибдена. / В.М. Власов, В.В. Шаталин. Материаловедение в машиностроении. - Минск, 1983.- С. 113-114.

45. Коваленко, B.C. Волгин В.И. Особенности лазерного легирования поверхности железа ванадием/ B.C. Коваленко, В.И Волгин // Физика и химия обработки материалов, 1978.- № 3.- С. 10-12.

46. Упрочнение нержавеющих сталей излучением лазера /Малеев Д.И. и др. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1980. №10. -С.24-25.

47. Белоцкий, A.B. Исследование возможности легирования поверхности железа молибденом при воздействии излучения ОКГ / A.B. Белоцкий, B.C. Коваленко, В.И. Волгин // Физика и химия обработки материалов, 1977.-№3.-С. 24-27.

48. Куров, И.Е. О легировании хромом поверхности конструкционных сталей при лазерной обработке/ И.Е. Куров, С.Н. Нагорных, Г.А. Сивухин // Физика и химия обработки материалов, 1987. №4.- С.74 - 77.

49. Хромотитанирование углеродистых сталей при лазерном нагреве / Бураков В.А. и др. // Прогрессивные методы термического упрочнения в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, 1982. С. 50-55.

50. Фазовый состав и свойства поверхностей низкоуглеродистых сталей, легированных с помощью лазерного нагрева / И.И. Али-Заде и др. // Физика и химия обработки материалов, 1987. №6. - С.76 - 81.

51. Васильева, А.Г. Исследование теплостойкости сталей после обработки С02-лазером / А.Г. Васильева, А.Н. Сафонов, Б.И. Тарасенко. Изв. вузов. Сер.: Машиностроение, 1987 № 4. - С. 90-94.

52. Streit, P.R. A comparative study of electron beam and laser melting of M2 tool steel/ P.R. Streit // Mater. Sciond Eng., 1980.-№2.- p.239 -250.

53. Мойса, М.И. Коррозионная стойкость стали 40Х после лазерной обработки/ М.И. Мойса // Физико-химическая механика материалов, 1974. -№ 1. С.94-95.

54. Лахтин, Ю.М. Исследование процессов лазерного легирования корро-зионностойких сталей / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Т.В. Тарасова // Электронная обработка металлов, 1985. №3. - С. 120-123.

55. Земский, C.B. Нанесение защитных покрытий с помощью луча лазера / C.B. Земский, В.М. Андрияхин, Н.Т. Чеканова // Диффузионное насыщение и покрытия на металлах. Киев, 1983. - С. 8-12.

56. Распределение остаточных напряжений на поверхности сталей, упрочненных непрерывным С02 -лазером / А.Г. Григорьянц и др. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. № 9. - С.45 - 49.

57. Origin and Development of Residual Stresses Jnduced by laser Surface -Hardening Treatments / Solind A., Dl. Sanctis M. Paganini L. oth. // J. Heat Treat. 1984.-3.№3.p. 193-204.

58. Лахтин, Ю.М. Азотирование стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. М.: Машиностроение, 1976. -256 с.

59. Лахтин, Ю.М. Структура и прочность азотированных сплавов / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. М.: Металлургия, 1982. - 160 с.

60. Лахтин Ю.М. Газовое азотирование деталей машин и инструмента / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган М.: Машиностроение, 1982. - 60 с.

61. Лахтин, Ю.М. Азотирование в машиностроении /Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, A.A. Булгач // Сб. науч. тр. М.: МАДИ, 1986. - С. 42 - 49

62. Герасимов, С.А. Прогрессивные методы азотирования / С.А. Герасимов. М.: Машиностроение, 1985. - 32 с.

63. Лахтин, Ю.М. Перспективы развития процесса азотирования/ Ю.М. Лахтин // Металловедение и термическая обработка металлов. 1980. - №7. -С.39-45.

64. Лахтин, Ю.М. Современное состояние процесса азотирования / Ю.М. Лахтин // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. - №7 -С. 6- 11.

65. Лахтин, Ю.М. Теория и технология азотирования / Ю.М. Лахтин, и др..-М.: Металлургия, 1991.-320 с.

66. Лахтин, Ю.М. Диффузионные основы процесса азотирования/ Ю.М. Лахтин // Металловедение и термическая обработка металлов, 1995. №7. -С.14-17.

67. Развитие азотирования в России / O.A. Банных и др.. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. - 67 с.

68. Белл, Т. Первая Лекция Лахтинских мемориальных чтений / Т. Белл // Металловедение и термическая обработка металлов, 1999. №7. - С.6-16.

69. Шпис, Г.И. Вторая лекция Лахтинских мемориальных чтений / Г.Й. Шпис // Металловедение и термическая обработка металлов, 2000. №5. -С.4-17

70. Лахтин, Ю.М. Регулирование фазового состава и содержания азота в нитридном слое при азотировании стали 38Х2МЮА / Ю.М. Лахтин //Металловедение и термическая обработка металлов, 1996. №1. - С.6-11.

71. Лахтин, Ю.М. Структура и свойства азотированных бинарных сплавов Fe-Al, Fe-V, Fe-Ti / Ю.М. Лахтин, H.B. Силина, В.А. Федчун // Металловедение и термическая обработка металлов, 1977. №1. - С. 2-7.

72. Лахтин, Ю. М. Внутреннее азотирование металлов и сплавов / Ю.М. Лахтин, Я. Д. Коган // Металловедение и термическая обработка металлов, 1974.-№3.-С. 20-28.

73. Исследование тонкой структуры азотированных сталей/ А. В. Гаври-лова и др. // МиТОМ, 1974. № 3. - С. 14-21.

74. Лахтин, Ю. М. Природа высокой твердости легированного феррита после азотирования/ Ю.М. Лахтин, Н. В. Силина // МиТОМ, 1977. № 6. - С. 23-31.

75. Барабаш, Р. И. Технология и организация производства / Р. И. Бара-баш, А. В. Белоцкий, В. Г. Пермяков // Научно-производственный сборник, 1971.-№6.-С. 42-44

76. Белоцкий, А. В. Металлофизика / А.В. Белоцкий // Киев: Наукова думка: вып. 28, 1969. С. 98-105.

77. О растворимости азота в легированном феррите / А.В. Белоцкий, и др. // Украинский физический журнал, 1968. т. 13. - № 10. - С. 1749-1751

78. Константы взаимодействия металлов с газами / Я.Д. Коган и др.. -М.: Металлургия, 1987. 368 с.

79. Приходько, В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий / В.М. Приходько, Л.Г. Петрова, О.В. Чудина. М.: Машиностроение, 2003. - 384 с.

80. Петрова, Л.Г. Принципы разработки упрочняющих технологий на основе структурной теории прочности / Л.Г. Петрова, О.В. Чудина // Упрочняющие технологии и покрытия, 2005. № 1. - С. 7-13.

81. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. М.: Металлургиздат, 1978. - 390 с.

82. Pope М. Nitride Precipitation in Ferritic Iron-Vanadium Alloys / M. Pope, P. Grievson, К. H. lack // Scand. J. of Metallurgy. 1973. - v. 2. - No 1. - p. 29— 34.

83. Mortimer, B. Precipitation of Nitrides in Ferritic Iron Alloys / B. Mortimer, P. Grievson, К. H. Jack // Scand. J. of Metallurgy. 1972. - v. 1 - №15. - p. 203—209.

84. Kubalek, E. Harterei technische Mitteilungen. 1968. - Bd 23. - H, 3, S. 178—196.

85. Жизнь и научно-педагогическая деятельность: биобиблиогр. указ. / Л.Г. Петрова и др.; под ред. Л.Г. Петровой. МАДИ. - Серия Выдающиеся ученые МАДИ; вып. 3. - М. - 2010. - 180 с.

86. Комляк, Н.И., Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряженно-деформированного состояния элементов машин и конструкций./ Н.И. Комляк, Ю.Г. Мясников. М.: Машиностроение, 1972. - 85 с.

87. Матюнин, В.М. Оперативная диагностика механических свойств конструкционных материалов / В.М. Матюнин. М.: МЭИ.-2006.- 214 с.

88. Горшкова, Т.А. Качественное рассмотрение процессов при лазерном легировании / Т.А. Горшкова // Материаловедение и металлургия: сб. науч. тр. Нижегородского ГТУ.-Н. Новгород: НГТУ, 1998. С. 100-102.

89. Александров, В.Д. Поверхностное упрочнение алюминиевых сплавов лазерной обработкой / В.Д. Александров, З.С. Сазонова.- М.: МАДИ (ТУ), 2001,-231 с.

90. Расчет перемешивания при лазерном легировании металлов / Зеленов А.Е. и др. // Ресурсосберегающая технология поверхностного упрочнения деталей машин: сб. науч. тр. МАДИ, М: МАДИ, 1987. - С. -101-105.

91. Рентгенографическое исследование остаточных напряжений, возникающих после импульсной лазерной закалки сталей / B.C. Великих и др. // Физика и химия обработки материалов, 1982. № 6. - С. 138-143.

92. Лазерное термоупрочнение комплексно легированных сталей с низким и средним содержанием углерода. / В.Ю. Хаскин и др. // Дом Нац. Акад. Наук Укршни, 2000- №2,- С. 102-106.

93. Григорьянц, А.Г. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. Пособие для вузов/ А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров; по ред. А.Г Григорьянц.- М.:МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006.- 644с.