автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств конструкционных и инструментальных сталей при лазерном легировании

#

■ь

На правах рукописи

/

Горшкова Татьяна Альбертовна

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СГАЯЕЙ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ЛЕГИРОВАНИИ

05. 16 01 - Мсталлозйдепие и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород -1998

/

Работа выполнена в Нижегородском Государственном Техническом Университете

Научный руководитель: академик РИАН, доктор технических

наук, профессор 1В.Г. Петриков | Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент Г.Н. Гаврилок Официальные оппоненты: академик РИАН доктор технических

наук, профессор Д.И.Шетулов кандидат физико-математических , „ . наук П.Ю.Кикин Ведущее предприятие: ОАО завод "Красное Сормово" (г. Н. Новгород)

Защкта диссертации состоится " {^^Ш-ОИЛ,1998г. в /3 часов на заседании диссертационного Совета-Д 063. 85. 08 Нижегородского Технического Университета по адресу: 603034, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, корпус 1, ауд. 1258. _ •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан " МОЛ> 19981

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцен^й^иг^^В. А. Васильев.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Одной из актуальных проблем современного машиностроения является разработка эффективных технологий обработки, позволяющих придать деталям необходимые свойства поверхностного" слоя - износостойкость, коррозионную стойкость, теплостойкость и.т.д.

Существенным недостатком применяемых в настоящее время способов обработки поверхности с использованием химико-термической обработки является их длительность, высокая трудоемкость и энергоемкость, низкая экологическая защищенность, так как мкогие технологии предусматривают применение токсичных материалов . Кроме того, объемная химико-термическая обработка создает условия для труднопрогнозируемого короблений детали, а, также, возникают определенные затруднения, если необходимо обеспечить локальную химико-термическую обработку.

Некоторые методы химико-термической обработки не являются финишными и после их применения требуются различные виды дополнительной обработки.

Многие из перечисленных проблем могут быть решены при использовании технологий поверхностной обработки с применением источника высококонцентрированной энергии - лазерных установок, которые позволяют осуществить многие технологические операция, в том числе и хймико-тёрмическую обработку- лазерное легирование.

К числу преимуществ всех видов лазерной обработки при лазерном легировании добавляется еще и тот .факт, что изделия могут изготавливаться из широко используемого материала, а дорогие и дефицитные компоненты расходуются только в тонком слое на локальном участке изделия.

Лазерное легирование находит все большее применение в машиностроении как способ повышения износостойкости, коррозионной стойкости и других технологических характеристик. Однако внедренне этой технологии на промышленных предприятиях ограничивается тем, что систематизированных научных положений и экспериментальных результатов по лазерному легированию сталей в настоящее время недостаточно.

Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью создания научных основ для разработки технологии лазерной химико-термической обработки ( лазерного легирования) н установления влияния технологических параметров на изменение структуры и свойств поверхностных слоев изделий, подвергнутых лазерному легированию.

Важность изучаемой проблемы обусловило включение ее в состав фундаментальных научных исследований, выполняемых Нижегородским государственным техническим университетом по Единому заказ-наряду Государственного комитета Российской Федерации Высшей школы.

Цель работы.

Целью данной работы является исследование влияния параметров лазерного легирования на структуру и свойства конструкционных и инструментальных сталей и разработка технологии для получения износостойких поверхностей.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо было выполнить:

1. Металлографическими и физическими методами исследовать структурные композиции, формирующиеся в поверхностном слое сталей при лазерном легировании;

2. Исследовать влияние толщины нанесенной легирующей обмазки и скорости лазерной обработки на глубину ванны легирования и свойства поверхности стали.

3. Разработать математическую модель кинетики процесса лазерного легирования, учитывающую одновременное изменение химического состава поверхности и изменение ее свойств.

4. На основе созданной математической модели разработать расчетную программу, позволяющую подбирать оптимальные технологические параметры с учетом используемых марок сталей и рекомендуемых составов легирующих обмазок, прогнозировать фактическую величину температуры в каждой точке зоны термического влияния, а также получать расчетный профиль изменения "концентрации легирующих элементов по зоне легирования.

5. Произвести оценку работоспособности расчетной программы при выборе параметров лазерного легирования конкретных производственных изделий.

6. Провести сравнительную сценку износостойкости поверхности при легировании различными элементами с целью выбора оптимального варианта обработки. -

7. Разработать промышленную технологию лазерного легирования сталей и провести ее опытное внедрение.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях.

1. Экспериментально выявлены качественно новые закономерности по влиянию лазерного легирования порошками \У2В5 _ \У, М0 , Сг, М на структуру и свойства сталей 45, Р6М5, У8А, 6ХС.

2. Установлено влияние толщины нанесенного легирующего слоя и скорости лазерной обработки на глубину ванны легирования и свойства сталей;

3. Создана математическая модель кинетики процесса лазерного легирования, учитывающая теплофизические характеристики использованных легирующих материалов и материала основы;

4. Получены математические зависимости, позволяющие расчетным путем определять распределение температуры в пределах зоны термического влияния, определять глубин)' ванны легирования и распределение концентрации легирующих элементов;

5. Проведено исследование эффективности влияния лазерного легирования порошками на износостойкость стали 45.

Практическая ценность работы заключается в исследовании, разработке и внедрении промышленной технологии лазерного легирования, позволяющей изготавливать детали из широко употребляемых в машиностроении недефицитных сталей и обработкой поверхности их для повышения износостойкости.

На основе математической модели создана расчетная программа ЬАБ01У, позволяющая определять необходимые параметры лазерного легирования для получения требуемой структуры и физико-механических свойств поверхности изделий. Программа предоставляет пользователю возможность изменять необходимые Для проведения исследований функциональные зависимости п учитывать значения теплофизических и диффузионных характеристик различных материалов.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Результаты исследования структуры и свойств поверхности сталей 45, Р6М5, У8А, 6ХС при лазерном легировании.

2. Экспериментально установленные зависимости влияния толщины наносимой легирующей обмазки и скорости лазерной обработки на размеры ванны легирования и свойства обработанной стали.

3. Математическая модель процесса лазерного легирования и результаты расчета по программе ЬЛЗО!У геометрических размеров обработанной области поверхности изделия, распределение температуры в зоне термического воздействия и распределение концентрации легирующих элементов по зоне легирования.

4. Экспериментальное исследование износостойкости стали 45 после лазерного легирования различными видами легирующих обмазок и сравнительная оценка их эффективности.

5. Разработанная промышленная технология процесса лазерного легирования.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий" (г.Н.Новгород, нюнь 1995г); на научно-техническом международном семинаре "Современное металловедение для маппшострое-

ния" (г.Н.Новгород, 14-15 маз 199бг); на научно-техническом семинаре, посвященном 90-летию со дня рождения академика Аксенова (Н.Новгород, июнь 1996г.); на научно- технической конференции "Проблемы машиноведения" (г.Н.Новгород, 23-24 январь 1997г).

Диссертационная работа доложена и обсуждена на научно-технических семинарах кафедры "Материаловедение и технологии новых материалов" (г.Н. Новгород, июнь 1996г., декабрь 1996г., май 1997г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы представлены в 11 печатных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка библиографических источников из наименований и приложений.

Работа представлена на ¿¿¿страницах, в том числе 1 страниц текста; содержит 6 таблиц,рисунков и ^"страниц приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность поставленной задачи, сформулирована цель исследований и указаны направления и объем работ, необходимые для достижения выбранной цели.

В первой главе диссертации сделан анализ литературных данных по состоянию изучаемой проблемы.

Рассмотрены вопросы взаимодействия лазерного излучения с веществом в интерпретации разных авторов, а также физические основы нагрева и плавления материала при воздействии на них высококонцентрированных потоков энергии. Отмечено, что поглощенная энергия в металлах от поверхности внутрь материала передается с помощью электронной теплопроводности, а тепловое состояние облучаемого материала и характер физических процессов, происходящих в поверхностном слое металлов, определяются энергетическими характеристиками лазерного излучения - плотностью мощности и временем воздействия лазерного источника, пространственным распределением интенсивности по пучку и его геометрическими параметрами; теплофизическими характеристиками ' обрабатываемого материала; размерами (массой) облучаемого изделия.

Показано, что лазерное легирование один из эффективных методов химико-термической обработки материалов.

Проанализированы работы по влиянию технологических параметров лазерной обработки на процесс лазерного легирования. В результате выяснено, что в большинстве работ уделено лишь внимание вопросу влияния мощности или плотности мощности лазерного излучения на формирование зоны термического влияния. В ряде работ исследуется только влияние

скорости обработки на формирование легированной зоны. Однако, установленные закономерности касаются конкретных марок сталей для которых и определяются "рабочие" режимы.

При анализе работ, посвященных влиянию параметров лазерного легирования, выяснено, что не во всех публикациях указывается толщина слоя обмазки; в некоторых публикациях указывается толщина слоя обмазки без обсуждения ее величины на структуру и свойства обрабатываемого материала; в ряде работ дано только предельное значение толщины слоя обмазки ( не более 80 мкм). Оценки зависимости параметров легирования от толщины слоя обмазки проведены выборочно и не систематизированы.

Однако, в ряде работ отмечается, что одним из важнейших параметров, влияющих на процесс лазерного легирования может являться именно толщина слоя наносимой обмазки.

Рассмотрены способы нанесения легирующего вещества на поверхность материала, при этом проанализированы различные способы нанесения покрытия с указанием позитивных и негативных сторон.. Из опубликованных данных видно, что единого подхода не выработано, так как каждая конкретная ситуация подразумевает индивидуальный выбор.

Обсуждается вопрос о механизме формирования слоя при лазерном легировании, который является одним из самых основных и самых спорных вопросов теории лазерного легирования. В ряде работ называются два возможных механизма формирования слоя: конвективное перемешивание и молекулярная диффузия, однако единого взгляда не найдено. Некоторые авторы отводят главную роль конвективному перемешиванию, другие считают, что основное распределение легирующих элементов в материале происходит за счет молекулярной диффузии.

Практически во всех работах, посвященных лазерному легированию рассматривается вопрос изменения структуры материала. В качестве легирующих добавок используют три основные группы веществ; неметаллы, металлы и сплавы, карбиды. Лазерное легирование неметаллическими компонентами является альтернативой традиционным методам химико-термической обработки: цементации, азотирования, борирования.

Отличительной особенностью формирования структуры легированных зон после легирования сталей чистыми металлами [А1, Сг, №, Со, XV, V, П] и сплавами [ Сг-Мо-\У; №-"П] является большая пересыщенность твердого раствора, значительно превосходящая растворимость в равновесных условиях. В некоторых условиях возможно образование интерме-таллндов. Так как лазерное легирование - неравновесный процесс и протекает при больших скоростях нагрева и охлаждения, то в легированной зоне могут образоваться соединения нестехиометрического состава, мета-стабильные и новые фазы. Авторами большинства работ было подчеркнуто, что структура легированной зоны будет зависеть от параметров лазерной обработки, теплофизических свойств материала и т.д. Однако в рабо-

тах разных авторов встречаются различные подходы к описанию структур одних и тех же материалов.

Во второй главе дано описание исследуемых материалов, методов испытаний, оборудование и обоснование их выбора. Исследования проводили на конструкционной стали 45 и инструментальных У8А; 6ХС; Р6М5. Выбор данных марок сталей обусловлен тем, что в настоящее время из них изготавливают большое количество деталей машин и инструмента, подвергающихся интенсивному абразивному изнашиванию. Кроме того, сталь 45 отвечает требованиям для проведения необходимых исследований по лазерному легированию поверхности еще и потому,что она не содержит легирующих элементов и при проведении лазерного легирования "картина" влияния легирующих добавок на процесс формирования микроструктуры не "искажается" присутствием других элементов. Выбор инструментальных сталей (6ХС; У8А; Р6М5) обусловлен необходимостью упрочнения конкретных инструментов (ножей, пил, кусачек). В качестве легирующих материалов использовались порошки хрома, никеля, вольфра-, ма, молибдена, борида вольфрама, бора, силицида молибдена, кобальта. Лазерное легирование образцов, а также металлографические исследования проводились при помощи стандартных методик и оборудования.

Рентгеноструктурные исследования выполнены на рентгеновском дифракторе ДРОН-УМ1, при использовании стандартной методики с фокусировкой по Бреггу-Брентану. .

Испытания на износостойкость проводили на приборе "ЭХО-1". Подвергнутый лазерному легированию образец- индентор внедряли при его вращательном движении в контртело, твердость которого ниже твердости индентора, и по величине остаточного отпечатка определяли эффективность легирования. Испытания проводились для разных видов легирующих обмазок. Обработка экспериментальных данных проводилась на ЭВМ, .

В третьей главе представлены основные результаты исследовании.

Рассмотрено влияние толщины легирующего слоя обмазки на структуру и свойства обработанного слоя. При лазерном легировании стали 45 молибденом, вольфрамом и хромом (элементы одной подгруппы) получены аналогичные результаты: образуется твердый раствор замещения ( а-фаза); в ванне легирования наблюдается повышение микротвердости; строение и свойства ЗТВ зависят от скорости охлаждения, которая определяется технологическими параметрами лазерной обработки, а также свойствами материала основы и толщиной наносимой обмазки. Значение микротвердости в ванне легирования остается постоянным по всему сечению образовавшейся ванны при толщине легирующего слоя 0,1- 0,2 мм. Увеличение толщины слоя обмазки до 0,25 - 0,4 мм меняет характер распределения на неравномерный, глубина ванны легирования при этом уменьшается (рис.1). Выявлены определенные отличия': наличие вновь

Н./№,МПа

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 Цмч рис.1. Распределение микротвердости по глубине зоны лазерного воздействия в стали 45 после легирования молибденом х-11=0,1мм; Д - Ь=0,25 мм

- 0.6

0.4

Э 0.2

£

г' / я ч V ... . —»—Со —Мо

¡а ^гЛа —Йг-\У2В5 '—в—Ог

£ а

0 0.2 0.4 0.6

Толщина слоя обмазки, мм

рис.2. Зависимость глубины ванны легирования от толщины обмазки.

образующихся фаз (к имеющейся а*фазе); разная глубина образовавшейся ванны легирования.

Использование элементов "железной" группы, т.е. образующих с железом сплавы со структурой неограниченного гомогенного твердого раствора (у - фаза) никеля и кобальта, практически не повышает микротвердость в ванне легирования, причем распределение микротвердости в ванне, легированной №, Со остается равномерным при увеличении толщины обмазки, что означает, равномерное распределение легирующих элементов в самой ванне.

Максимальное значение твердости получено при легировании стали боридом вольфрама W2BJ. Изменение толщины слоя обмазки приводит как к изменению глубины ванны легирования, так и структуры в ней. При малых значениях толщины обмазки ( 0,07мм) получена структура с ярко выраженными дендритами, вытянутыми в Сторону отвода тепла. Такая структура характерна для литой стали и является характерным показателем Того, что процесс лазерного легирования представляет собой микрометаллургический процесс. При больших значениях Толщины обмазки (0,3 мм) дендриты вырасти не успевают, однако часть расплава успевает закристаллизоваться в виде зародышей дендрйтов, При этом микротвердость возрастает до 11 * 103 МПа.

Выполнены исследования зависимости глубины ванны от толщины обмазки (рис. 2). При этом выявлены следующие закономерности:

-глубина ванны (в) существенно зависит от толщины обмазки;

-с ростом толщины слоя обмазки до некоторого характерного значения Ь„, глубина ванны возрастает, последующее увеличение толщины обмазки сопровождается уменьшением глубины ванны;

- глубина ванны зависит от материала обмазки;

- толщина обмазки, соответствующая экстремальной глубине ванны Ьп,, различна для разных материалов обмазки.

Рентгеноструктурный анализ показал, что основой структуры во всех случаях при легировании является а-фаза, а наряду с ней, в зависимости от состава легирующей композиции, в ванне легирования могут присутствовать интерметаллиды (Ре,Мо3; Ре2\У3), карбиды (\УС; М0С; Сг3С2 ; Сг,С3), оксиды (Сг203), бориды(\'/В;\'угВг). Это позволяет утверждать, что при лазерном легировании одновременно происходят не только фазовые и структурные превращения, но и химические процессы. Реакция образования карбидов и оксидов большинства металлов идет с большим выделением теплоты <3, Ме + С -»-Ме1С),4. 01. (Таблица 1). Так, при взаимодействии легирующего металла с углеродом в дополнение к теплоте за счет лазерного источника прибавится еще и теплота, выделившаяся в результате образования химических соединений: карбидов, оксидов, боридов в ванне легирования.

Таблица 1. Свободная энергия | образования химических соединений в расчете на г-атом металла.

Соединения Сг2Сз СгзС7 МоС WC2 WC СпОз СЮз ВСд

AG°f. 298, кДж/г.-атом, -28,1 -23,44 -23,6 -24,6 -18,3 -529,0 -568,6 -14,9

Таблица 2. Коэффициент эффективности обмазки.

Тип обмазки Средняя величина диаметра отпечатка d, дел.шкалы микроск. Коэффициент эффективности обмазки, К Эффективность обработки в % Среднее квадратичное отклон., S Коэффициент вариа- Ш1И Абсолютная ошибка, И Относительная ошибка

Без обработки 67,4 1 - 3,8 0,05 2,2 0.023

Объемная термообработка (з.+отп.) 81,6 1.2 20 4.6 0,056 2,7 0,033

Сг 85.2 1,26 26 5,8 0,07 3,3 0,038

Мо 88,5 ' 1.31 31 5,6 0,065 3,2 0,036'

W 94 1,39 39 5.9 0,062 3,1 0,033

\V2B5 108.2 1,60 60 3.6 0,033 1.9 0,018

В 114,4 1,65 65 3.4 0,03 1,9 0,017

Объемная термообработка + Ч^Вз 116,0 1,72 72 3,2 0,027 1,75 0,015

В отличие от лазерного излучения, энергия химических процессов выделяется внутри ванны легирования более равномерно по времени и по объему. Поэтому она может расходоваться более эффективно (нет потерь на отраженное излучение и испарение материала) в виде тепла на нагрев и плавление матрицы, что способствует увеличению размеров ванны легирования.

Проведенное исследование износостойкости стали 45 после лазерного легирования, различными обмазками . В таблице 2 приведены результаты испытаний.

Выявлены закономерности влияния скорости обработки лазерного излучения на структуру и свойства стали Р6М5. Показано, что с увеличением скорости обработки глубина ванны легирования уменьшается для любого типа легирующей обмазки. Экспериментально установлено, что в результате лазерного легирования стали Р6М5 наблюдается некоторое снижение твердости, за счет растворения мелких, средних и частично крупных карбидов, а также наличия остаточного аустенита. Показано, что снижение твердости может быть устранено дополнительным термоупрочнением (лазерной закалкой). Структура в ванне легирования претерпевает изменения, обусловленные изменением соотношения проходящих физических процессов, ответственных за формирование легированной зоны, а именно процесса конвективного перемешивания и активности вклада диффузионных процессов, а также влиянием легирующей обмазки. .

Рассмотрено лазерное легирование инструментальных сталей У8А и 6ХС и определены режимы их обработки.

В четвертой главе рассмотрено моделирование процесса лазерного легирования; описан механизм лазерного легирования, дан алгоритм его расчета с учетом толщины наносимой обмазки; разработана программа расчета теплового поля, глубины ванны легирования при заданных параметрах лазерного излучения; получено распределение концентрационного профиля легирующих элементов.

Для расчета теплового поля, глубины легирования и определения легирующего вещества в металле после лазерной обработки решаются совместно уравнение диффузии и уравнение теплопроводности с теплофизи-ческими параметрами, зависящими от локальных значений температуры:

О)

C(r,t) - локальная концентрация легирующего вещества; T(r,t) - локальная температура; cv - удельная теплоемкость; р - плотность материала; к (Т,г) - коэффициент теплопроводности; D(T,r) - коэффициент диффузии, переменные: t - время, r = (x,y,z)

х,у - координаты вдоль поверхности, z - координата, направленная вглубь образца.

Граничные условия для температуры на поверхности z=0 определяются плотностью, потока энергии JT(x(t),y) от движущегося вдоль оси х с постоянной скоростью V лазерного луча (x(t)= V t): РТ

CZ.

где R - коэффициент отражения энергии от поверхности.

На поверхности z=az (о:,. толщина образца) температура принимается равной окружающей среды Т0.

Температура в начальный момент, времени t=0 считается равной Т„ во всем образце.

Начальные условия для концентрации определяются ее начальным распределением. Считается , что при t=0 частицы распределены равномерно в легирующем слое толщины а, лежащем на поверхности металла (начальное значение концентрации в этом слое принято за 1), т.е. c(r,t = 0) = 1 при 0 <; z < а:

c(r,t = 0) = 0 при ас < z < аг

Алгоритм расчета теплового поля и распределение концентрации легирующего вещества основан на введении равномерной пространственной сетки , в узлах которой

= и • АХ ; Zm = m- AZ) определяются температура и концентрация .

На основании предложенной модели лазерного легирования разработана программа LASDIV. Программа представляет пользователю возможность изменять необходимые для проведения исследований функциональные зависимости и значения параметров теплофизических и диффузионных характеристик материала, геометрические размеры исследуемой области образца, значения параметров лазерного излучения к параметров расчетной разностной схемы.

В программе устанавливаются функциональные зависимости : •1. Коэффициента теплопроводности материала К(Т) и коэффициента диффузии D(T) легирующего вещества от температуры в областях: а легирующем слое на поверхности : К,, и Dc ; в области расплавленной ванны металла (жидкая фаза): К^ и D, ; в области твердой фазы металла К, и DT.

Для удобства установки необходимых значений параметров указанных выше функциональных зависимостей , других параметров материала , параметров лазерного излучения и геометрических размеров, а, также, для удобства проведения численных расчетов и вывода полученных результатов , в программе реализован режим "МЕНЮ" и многооконный редактор установочных параметров.

Проведено исследование работоспособности программы ЬАБШУ . Установлено, что применение программы ЬА8Б1У позволяет производить предварительные расчеты распределения температуры внутри образца в зависимости от координат и времени , определить наличие оплавления на поверхности, что позволяет сделать вывод о возможности процесса лазерного легирования , получить распределение легирующего элемента по объему ванны и подобрать оптимальные параметры лазерной обработки. Результаты расчета коррелируют с результатами эксперимента , а возникающие расхождения могут быть объяснены объективными причинами.

Пятая глава посвящена разработке технологии и внедрению процесса лазерного легирования на промышленных предприятиях региона. Проведенные в производственных условиях испытания показали увеличение износостойкости деталей и инструмента в 2-2,5 раза. -Акты -произведенных испытаний прилагаются.

Основные выводы.

!. Исследованы структура 'и свбйстьа сталей "45, 'Р6М5, -У8А, '6ХС после применения лазерного лёгирбвйшя ■'молпбдеЯйм, хроНюм, -вольфрамом, боридом вольфрама, кобальтом, лйкейём. -Выявлено, -что строение и свойства зоны термического ^воздействия зависят от технологических параметров лазерной обработки, свойств материала и толщины наносимой обмазки.

2. Экспериментально установлена зависимость глубины ванны легирования от толщины наносимой обмазки на примере стали 45; в результате чего выявлен ряд закономерностей: с ростом толщины слоя обмазки до некоторого характерного значения ¡1т глубина ванны возрастает, последующее же увеличение толщины обмазки сопровождается уменьшением глубины ванны; толщина обмазки, соответствующая экстремальной глубине ванны, различна для разных материалов.

3. Изучено влияние свойств материала обмазки на глубину ванны легирования. Установлено, что глубина ванны определяется комплексом теплофизических свойств материала обмазки и способностью создавать химические соединения с элементами матрицы.

4. Экспериментально установлены зависимости глубины ванны легирования от скорости обработки на примере стали Р6М5. При исследовании выявлено, что увеличение скорости от 0,4 см/с до 1,2 см/с приводит к уменьшению размеров ванны легирования. При этом структура и свойства стали претерпевают изменения.

и

5. Разработана математическая модель процесса лазерного легирования, позволяющая спрогнозировать результаты действия этого процесса на обрабатываемую деталь. Получены расчетное распределение температуры в пределах зоны термического влияния, расчетная глубина ванны легирования и распределение концентрации легирующих элементов.

6. Создана расчетная программа, дающая возможность подбирать технологические параметры с учетом используемых марок сталей и реко-

' мендуемым составом легирующих обмазок, а также позволяющая учесть и толщину наносимой обмазки.

7. -Исследована износостойкость стали 45 после лазерного легирования хромом, молибденом, вольфрамом, боридом вольфрама, бором. Установлено,, что лазерное легирование позволяет повысить сопротивление износу. Наиболее эффективными являются легирующие обмазки из бора и борида вольфрама. .Данную технологию можно использовать как с предварительной термообработкой изделий, так и без нее, однако в первом случае эффективность, будет выше.

8. Разработана и внедрена промышленная технология лазерного легирования, позволяющая употреблять широко применяемые в машино-

" строении стали, обработанные методом лазерного легирования с целыо получения высокой твердости и износостойкости, а также использовать дешевые конструкционные стали ззамен дорогостоящих инструментальных. Технология лазерного легирования рекомендуется для обработки деталей машин и инструмента, имеющего малую площадь контакта с изнашивающей ( режущей) поверхностью.

9. Устаношгено, что в результате лазерного легирования бором и боридом вольфрама стали У8А и 6ХС при использовании рекомендуемых режимов, микротвердость поверхностных слоев увеличивается в 3,5-4 раза.

10. При внедрении технологии лазерного легирования на производстве установлено, что стойкость обрабатываемого инструмента увеличивается в 2,0-2,5 раза, что позволяет использовать данную технологию з тех отраслях промышленности, где необходима высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах.

1. Горшкова Т.А., Костромин С.З. Влияние лазерного легирования на свойства стали Р6М5 //Прогрессивные технологии-основа качества и производительности обработки изделий : Материалы научно-технической конференции.-Н.Новгород:АТН РФ ВВО,1995.-С.41-42.

2. Горшкова Т.А., Гаврилов Г.Н., Дубинский В.Н. Повышение износостойкости конструкционной стали после лазерного легарова-ии?г//Проблемы машиноведения/Тезисы докладов научно-технической конференции, посвященной 10-летйю НизкегЪрддсквгд фшйала НФ

ИМАШ РАН. Н.Новгород. Издательство ¡общество Интелсервис, 1997,-С.39.

3. Горшкова Т.А., ГавриловГ.Н., Соленов C.B. • Лазерное легирование быстрорежущей стали Р6М5 // Естественные науки: Теоретические и педагогические аспекты / Сб. научных трудов НПТУ.-Н.Новгород:НГПУД 997.-С.11.

4. Горшкова Т.А.,ГавриловГ.Н., Соленов C.B..

Модификация поверхности стали 45 с использоваНи&м лазерного нагрева /./Естественные науки: Теоретические и педагогические аспекты/Сб. научных трудов НП7У.-Н. Новгород: НГПУ, 1997.-С.13.

5. Горшков О.В., Горшкова Т.А., Соленов C.B.

Влияние лазерной термообработки на теплостойкость стали Х12М//Естественные науки ¡Теоретические и педагогические аспекты/Сб. научных трудов НГПУ.-Н.Новгород:НГПУ, 1997.-С.14.

6. Горшкова Т.А., Федосеев В.Б. Термохимические эффекты в процессе лазерного легирования //Прикладная механика и технологии машиностроения/ Сб. научных трудов под. ред. В.И.Ерофеева и др.- Н.Новгород: Интелсервис, 1997., № 1..-С.52-56.

7. Горшкова Т.А., Федосеев В.Б. Исследование эффектов в стали 45 после лазерного легирования.//XVI научные чтения имени ак. Н.В.Белова/ Тезисы докладов конференции 15-16 декабря 1997г.г Н.Швгород.1997: -С. 183185. '

8. Горшкова Т.А., Федосеев В.Б., Гаврилов Г.Н, Влиянш термохимическил эффектов на процесс лазерного легир&вакик //Изгкхнк-шжейернгя технической Академии Чувашской pècnyu»TOteii'№314.1997rJfel-2.1998г. Раздел машиностроення.-Чебоксары Л 998.-С. 118-121.

9. Горшкова Т.А., Гаврилов Г.Н., Дубинский В.Н. Исследование износостойкости стали 45 после лазерного легирования. //Известия инженерно-технической Академии Чувашской республики №3-4.1997г.№ 1 -2.1998г. Раздел машиностроения.-Чебоксары.1998.-С.122-125.

10. Горщкова Т.А. Математическое моделирование процесса лазерного легирования // Управление строением отливок и слитков / Межвузовский сборник научных трудов. Раздел Лазерные технологии. - Н-Новгород. 1998.-С.123.

11. Гаврилов Г.Н., Горшкова Т:А., Капустина А.А.,Голованов А.Л. Исследование структуры и свойств стали 45 после лазерного легирования //' Управление строением отливок и слитков / Межвузовский сборник научных трудов. Раздел Лазерные технологии.- Н.Новгород. 1998.-С. 127.

Подп. к печ.21.04.98.Формат60x84 '/¡6. Бумага газетная. Печать офсетная. Уч.-нзд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 215.

Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул.Мишша, 2-4.