автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей

[штильный ЭКЗЕМПЛЯР |

На правах рукописи

ЧУДИНА Ольга Викторовна

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

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

Научный консультант:

чл.-корр. РАН, д-р техн. наук, профессор ПРИХОДЬКО В.М.

Официальные оппоненты:

чл.-корр. РАН, д-р техн. наук, профессор АБРАМОВ О.В.,

д-р техн. наук, профессор ЛУЖНОВ Ю.М.,

д-р техн. наук, профессор ШУР Е.В.

Ведущая организация:

Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт НАМИ (Москва)

Защита состоится «_»_2004 г. в_часов

на заседании диссертационного совета Д.212.126.03 в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, МАДИ(ГТУ), ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ).

Автореферат разослан__2004 года.

Справки по телефону: 155-08-29.

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р техн. наук, профессор

Л.Г. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение научно-технического прогресса в машиностроении связано, прежде всего, с созданием новых конструкционных материалов и совершенствованием технологий их упрочнения. В июне 2003 года Президентом РФ объявлена экологическая доктрина, в которой особое место отведено инновационным технологиям. 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.

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.

В связи с этим появилось новое научное направление - инженерия поверхности, которое предполагает разработку технологических процессов, позволяющих модифицировать поверхностный слой, радикально менять его структуру и свойства.

Развитие технологий поверхностного упрочнения связывается, прежде всего, с разработкой комбинированных технологий, так как дальнейшее развитие классических диффузионных процессов путем регулирования технологических режимов не позволяет получать материалы с качественно новыми свойствами.

Несмотря на несомненный научный и практический интерес, комбинированные технологии в настоящее время не получили должного развития и внедрения. Во многом это объясняется отсутствием принципов управления структурообразованием при формировании поверхностного слоя, лежащих в основе разработки комбинированных технологий.

В настоящее время при разработке упрочняющих технологий наиболее распространенным является эмпирический подход, который не позволяет управлять структурообразованием в технологическом

, РОС^НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА

О»

процессе упрочнения и влиять, на ожидаемый уровень физико-механических свойств.

Решение важной научной проблемы повышения конструкционной прочности сталей возможно на основе существующих металлофизи-ческих теорий прочности путем разработки методологии управления структурообразованием, как совокупности логически последовательных теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое сталей структуры, обеспечивающей высокий уровень характеристик конструкционной прочности.

Однако разработка такой методологии затруднена из-за отсутствия научных исследований по применению металлофизических теорий для прогнозирования уровня упрочнения при разработке комбинированных технологий,- моделированию кинетики диффузионных процессов дискретно легированной матрицы, влиянию легирующих элементов и технологических параметров на структурообразование в поверхностном слое и уровень характеристик конструкционной прочности стали.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка комбинированных технологий поверхностного упрочнения с использованием лазерного и ультразвукового воздействий, обеспечивающих высокий уровень физико-механических свойств поверхностного слоя конструкционных сталей на основе металлофизических теорий управления структурообразованием.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ существующих дислокационных теорий и механизмов упрочнения металлов и возможности их применения для прогнозирования характеристик конструкционной прочности стали в зависимости от структурного состояния.

2. Выявление количественных соотношений структурных составляющих с условиями формирования в технологическом процессе и оценка их вклада в упрочнение поверхностного слоя.

3. Разработка графо-аналитических моделей расчета уровня прочности по различным механизмам упрочнения, основанных на использовании экспериментальных данных, полученных автором и

другими исследователями, а также ряда аналитических зависимостей.

4. Разработка моделей расчета прогнозируемой прочности стали, учитывающих связи параметров структуры с характеристиками конструкционной прочности при реализации различных механизмов упрочнения. Сравнительная оценка работоспособности расчетных моделей с результатами экспериментов.

5. Разработка комбинированной технологии поверхностного упрочнения, включающей лазерное легирование, азотирование (с математическим моделированием процесса насыщения азотом дискретно легированной матрицы) и старение с учетом наиболее значимых механизмов упрочнения.

6. Разработка комбинированной технологии поверхностного упрочнения, включающей закалку ТВЧ и ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование (ППД) с учетом наиболее значимых механизмов упрочнения.

7. Исследование влияния технологических параметров разработанных комбинированных технологий на структурообразование в поверхностном слое и характеристики конструкционной прочности сталей.

8. Оптимизация параметров разработанных комбинированных технологий поверхностного упрочнения конструкционных сталей с применением лазерного и ультразвукового воздействий.

9. Разработка методик и рекомендаций по использованию результатов исследований на практике.

Научная новизна. Новыми являются:

• • методология управления структурообразованием при поверхностном упрочнении конструкционных сталей, как результат теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое оптимальных структур, обеспечивающих высокий уровень характеристик конструкционной прочности сталей;

• графо-аналитические модели расчета различных видов упрочнения: дислокационного, субструктурного, зернограничного, твердорас-

творного (элементами внедрения и замещения) и дисперсионного частицами вторичных фаз;

• расчетные модели для прогнозирования уровня прочности железной матрицы после лазерной термообработки, лазерного легирования, азотирования двойных Fe-ЛЭ сплавов, а также конструкционных сталей, подвергнутых комбинированному упрочнению (закалка ТВЧ+УЗО), (закалка ТВЧ+ВУЗО), (ЛЛ+^ и (ЛЛ+N+старение);

• математическая модель процесса диффузионного насыщения азотом дискретно легированной железной матрицы, позволяющая определить оптимальные технологические режимы для сквозного азотирования зон лазерного легирования;

• экспериментально установленные закономерности влияния технологических параметров комбинированных технологий упрочнения на структуру, фазовый состав и механические свойства конструкционных сталей после ТВЧ+УЗО, ТВЧ+ВУЗО, ЛЛ+^ ЛЛ+N+старение.

Результаты расчетов по разработанным моделям показали хорошую сходимость с результатами экспериментов.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей, включающие закалку ТВЧ и ППД с применением ультразвука. Рекомендованы оптимальные технологические режимы процессов, обеспечивающие наиболее высокий уровень физико-механических свойств.

Разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей, включающие лазерное легирование нитридообразующими элементами с последующим азотированием. Определены оптимальные технологические режимы лазерного легирования, обеспечивающие мелкозернистую структуру, равномерное распределение и максимальную концентрацию легирующих элементов, а также заданную толщину упрочненного слоя. Построены номограммы режимов азотирования стали, легированной ванадием для сквозного азотирования лазернолегированных зон.

Разработаны рекомендации по оптимальным технологическим режимам комбинированной технологии (ЛЛ + N + старение) для различных групп деталей машин.

Разработаны методики расчета:

• прогнозируемого предела текучести лазернолегированных сталей, азотированных сплавов и сталей, подвергнутых комбинированному упрочнению: ТВЧ+УЗО, ТВЧ+ВУЗО, ЛЛ+^ ЛЛ+N+старение, включающие методику, алгоритм и компьютерную программу;

• температуры и длительности процесса азотирования дискретно легированной нитридообразующими элементами железной матрицы, с целью сквозного насыщения азотом зон лазерного легирования.

Разработанные комбинированные технологии упрочнения внедрены на ряде предприятий Российской Федерации: при изготовлении шестерен двигателей внутреннего сгорания (НИКТИД); при изготовлении пресс-форм на заводе «Ритм» (г. Белгород). Комбинированная технология опробована в НПО «ЭНИМС» для деталей суппортной группы. Использование комбинированной технологии позволяет повысить ресурс работы деталей в 1,5-2 раза, а также получить существенный экономический эффект за счет увеличения срока службы деталей и замены легированных сталей на малоуглеродистые. При изготовлении пуансонов и матриц на ОАО «Ярославский инструментальный завод», была произведена замена высоколегированных штампо-вых сталей на низкоуглеродистые. В процессе эксплуатации срок службы пуансонов и матриц увеличился в 1,8-2 раза по сравнению с изделиями из сталей, термообработанных по стандартным технологиям. После комбинированной обработки пуансоны хорошо воспринимают ударные нагрузки и имеют высокую стойкость к растрескиванию.

Методика, алгоритм и компьютерная программа расчета прогнозируемых свойств азотированных сплавов внедрены в учебном процессе на кафедре металловедения и термообработки МАДИ (ГТУ), результаты отражены в учебном пособии.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 56 печатных работ, из них 2 монографии, 3 авторских свидетельства и 3 патента на изобретения. Основные положения доложены на 41 конференции, совещаниях, семинарах, в том числе на Республиканском научном семинаре «Лазерная технология», г. Вильнюс, 1987 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки», г. Хмельницкий,

1988 г.; на научно-техническом семинаре «Современное оборудование и технологии термической и химико-термической обработки металлических материалов», г. Москва, 1989 г.;на Всесоюзной научно-технической конференции «Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки в машиностроении и металлургии», г. Новокузнецк, 1991 г.; на 4-ой Всесоюзной конференции по лазерам, г. Киев, 1991 г.; на 1-м, 2-м, 3-м и 4-м Собраниях металловедов России, г. Пенза, 1993,1994 и 1998 гг., г. Рязань, 1996 г.; на конференции «Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин», Москва, 1994 г.; на 5-ой Международной конференции «Лазерные технологии - 95», г. Шатура, 1995 г.; на 10-м Международном Конгрессе по термообработке и инженерии поверхности, г. Брайтон, Великобритания, 1996 г.; на Международном симпозиуме «Передовые термические технологии и материалы», г. Кациве-ли, Крым, Украина, 1997 г.; на 6-ой и 7-ой Российских научно-технических конференциях «Материалы и упрочняющие технологии», г. Курск, 1998,1999 гг.; на 18-ом Совещании «Температуроустойчивые функциональные покрытия», г. Тула, 2001 г.; На 9-м Международном семинаре «Технологии азотирования. Теория и практика», Польша, г. Варшава, 2003 г.; на ежегодных научно-технических конференциях МАДИ с 1987 по 2004 г.

Работа выполнялась на кафедре Металловедения и термообработки Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета) в соответствии с планами научно-исследовательских работ. Отдельные этапы работы выполнялись по грантам фундаментальных исследований в области технических наук Министерства образования РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 209 источников и приложений. Работа содержит 335 страниц основного текста, 107 рисунков и 26 таблиц. В приложениях размещены компьютерная программа расчета распределения азота в поверхностном слое дискретно легированной железной матрицы, компьютерная программа расчета прогнозируемого предела текучести, акты о внедрении результатов работы, авторские свидетельства и патенты на изобретения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Теоретические основы повышения конструкционной прочности металлов и сплавов

Все характеристики, ответственные за конструкционную прочность структурно чувствительны, и пути ее повышения для сталей и сплавов заключаются в разработке упрочняющих технологий, обеспечивающих формирование такого структурного состояния, при котором наиболее полно реализуются основные принципы дислокационной теории упрочнения и обеспечивается требуемый уровень надежности и долговечности конструкций.

Анализ существующих дислокационных теорий прочности и механизмов упрочнения показал, что согласно современной дислокационной теории основными механизмами упрочнения, обеспечивающими повышение напряжения пластического течения, являются упрочнение растворенными атомами внедрения или замещения, дислокациями, границами зерен и субзерен, дисперсными частицами.

Упрочнение реальных металлов можно рассматривать как совокупное действие всех или некоторых из указанных выше механизмов:

стт = Ест, = сто + Дстл, р+ Дега + Дстл + Дстс + Дстау, ^

где ст<>- напряжение трения кристаллической решетки (сила Пайерлса-Набарро);

Дсттр - прирост предела текучести за счет твердорастворного упрочнения;

Дста - прирост предела текучести за счет дислокационного (деформационного) упрочнения;

Дстл - прирост предела текучести за счет зернограничного упрочнения;

Дстс - прирост предела текучести за счет субструктурного упрочнения;

Дстау - прирост предела текучести за счет дисперсионного упрочнения.

На основе анализа возможностей и ограничений основных теорий и механизмов упрочнения, их применения для расчета отдельных составляющих упрочнения и прогнозирования характеристик конструк-

ционной прочности сталей и сплавов определены наиболее приемлемые для применения на практике аналитические зависимости.

Для расчета напряжения трения кристаллической решетки сг0 использовали выражение

сто = [26/(1 - у)]ехр[-2л/(1 - V)], (2)

где V - коэффициент Пуассона.

При расчетах суммарного упрочнения реальных металлов в качестве со можно принимать предел текучести отожженного металла.

Для расчета дислокационного упрочнения зависимость может быть обобщена в виде

Дта = авЫра, (3)

где G - модуль сдвига;

Ь - вектор Бюргерса дислокации;

а - параметр междислокационного взаимодействия, величина которого определяется степенью упорядоченности сплава и долей одиночных вакансий в общей плотности дислокаций.

Предел текучести реальных чистых металлов, содержащих повышенную плотность дислокаций, складывается из двух составляющих: значения сто, обусловленного силой Пайерлса-Набарро, и значения Аста, связанного с деформационным упрочнением, т.е. с учетом ориен-тационного множителя т вычисляется как

стт = сто + атвЫрд. (4)

Для расчета зернограничного упрочнения применяется соотношение Холла-Петча:

стт=ст,+Аст3=ст(+КзС/з",/г, (5)

где - предел текучести матрицы при отсутствии сопротивления границ, который может быть принят как предел текучести монокристалла;

1К3 - коэффициент зернограничного упрочнения; - диаметр зерна.

Субструктурное упрочнение не имеет в настоящее время однозначного количественного описания. Чаще всего используют аналогию с зернограничным упрочнением. Тогда прирост предела текучести Дстс за счет субструктурного упрочнения описывается уравнением:

Дос= с/с"\ (6)

где Кс - коэффициент субструктурного упрочнения;

8

dc - размер субструктурного элемента; m - показатель степени, изменяющийся отУг до 1. При образовании ячеистой субструктуры показатель степени m =1, т.е. прирост предела текучести, обратно пропорционален размеру ячейки/

До „ = КЯГ,1 (7)

где Кя = 1,5-10"4 МПа-м1/2.

Анализ показывает, что для многих твердых растворов замещения в сс-железе (Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Si, Fe-Co, Fe-V, Fe-Nb), а также для разбавленных твердых растворов, которыми являются большинство конструкционных сталей, при расчете твердорастворного упрочнения можно пользоваться выражением, предложенным Моттом и На-барро:

Аттр.= G8l2Cu , (8)

где G - модуль сдвига материала матрицы;

С(_-атомная концентрация растворенного элемента;

параметр размерного несоответствия,

aM + aL

гдеа„- период решетки матричного металла; Sl - период решетки растворенного элемента. При расчете твердорастворного упрочнения для твердых растворов элементами внедрения, например азотом, можно воспользоваться выражением

AcmpN=kNCNL, (9)

где кн - коэффициент твердорастворного упрочнения азотом, принимаемый для железа равным 4670 МПа независимо от типа легирующего элемента. Для расчета дисперсионного упрочнения когерентными частицами наиболее простым и доступным является количественное описание дисперсионного упрочнения, выведенное Моттом и Набарро:

Атм^=2 Gzf, (10)

где f- объемная доля;

„ ^ 3 KS

- параметр вынужденной деформации:

К-объемный модуль упругости выделения; модуль упругости выделения;

V - коэффициент Пуассона матрицы. Для расчета дисперсионного упрочнения некогерентными частицами наиболее адекватно выражение, описывающее прирост напряжения течения по механизму Орована:

Анализ влияния структурных факторов на характеристики конструкционной прочности показал, что наиболее благоприятными механизмами, обеспечивающими сочетание высокой прочности с достаточным запасом пластичности, являются зернограничное упрочнение твердорастворное упрочнение (если легирующие элементы измельчают зерно) и субструктурное упрочнение ос. Дисперсионное упрочнение (аа.у.) эффективно повышает прочностные характеристики, при этом отрицательное влияние частиц на характеристики вязкости разрушения можно минимизировать путем регулирования параметров структуры технологическими методами. Увеличение плотности неорганизованных дислокаций повышая прочность, в наибольшей степени снижает вязкость разрушения.

На основе оптимизации структурных параметров определены пути повышения конструкционной прочности. Показано, что повышение конкретных характеристик конструкционной прочности возможно на основе реализации тех или иных механизмов упрочнения путем целенаправленного формирования заданной структуры.

Глава 2. Разработка методологии управления структурообразо-ванием с целью формирования в поверхностном слое структуры, обеспечивающей высокий уровень конструкционной прочности сталей

Методология управления структурообразованием представляет собой совокупность логически последовательных теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое конструкционных сталей опти-

(11)

где / - среднее расстояние между центрами частиц; й - средний диаметр частиц, ф = !|1+—— 1.

М-

мальных структур, обеспечивающих высокий уровень характеристик конструкционной прочности сталей. Методология управления структу-рообразованием включает:

• Графо-аналитические модели расчета уровня прочности при реализации различных механизмов упрочнения.

• Расчетные модели прогнозируемой прочности стали на основе анализа существующих дислокационных теорий прочности и механизмов упрочнения.

• Выбор легирующих элементов и их концентрации, выявление структурных составляющих стали на основе анализа физических процессов взаимодействия матрицы с легирующими элементами, выбор и определение параметров структуры, необходимых для расчета прогнозируемой прочности.

• Расчет прогнозируемой прочности конструкционных сталей. Количественную оценку вклада в упрочнение отдельных структурных составляющих и механизмов упрочнения.

• Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных уровня прочности стали. При необходимости - корректировка технологии с целью получения заданной структуры,

• Разработку комбинированных технологий поверхностного упрочнения конструкционных сталей. Выявление зависимостей между структурой поверхностного слоя, характеристиками конструкционной прочности и параметрами технологического процесса упрочнения.

• Оптимизацию параметров технологических процессов поверхностного упрочнения по критерию высокой конструкционной прочности стали.

• Рекомендуемые комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей для деталей машин различного назначения.

Разработанный нами графо-аналитический метод расчета прогнозируемого упрочнения при реализации различных механизмов упрочнения основан на использовании экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями, а также аналитических зависимостей (1)...(11). Предложенные модели значительно упрощают применение аналитических зависимостей на практике.

и

Разработана расчетная модель для прогнозирования прочности при реализации различных технологических процессов, включающая в себя следующие этапы:

1. Выбор наиболее значимых механизмов, задействованных при данной упрочняющей технологии на основе исследования структуры. В качестве критерия при выборе преимущественных упрочняющих механизмов для расчета является их сопоставление с силой Пайерлса-Набарро оь.

2. Составление алгоритма расчета, включающее выбор соотношений, связывающих прирост упрочнения с соответствующими параметрами структуры.

3. Составление базы данных, включающих справочные значения необходимых коэффициентов, параметров и экспериментально полученных характеристик структуры.

4. Составление компьютерной программы и расчет прогнозируемого упрочнения.

5. Проверка адекватности расчета путем сопоставления расчетных данных с экспериментальными.

6. Оценка вклада каждого упрочняющего механизма в общий уровень упрочнения с учетом их влияния на другие показатели конструкционной прочности. Далее принятие решения о возможности управления структурным состоянием путем корректировки параметров технологического процесса.

Расчетная модель была применена для прогнозирования прочности при реализации одноступенчатых технологических процессов, таких как лазерная термообработка для различных значений плотности мощности лазерного излучения, лазерное легирование армко-железа ванадием, молибденом, хромом и алюминием с различными концентрациями их в зоне плавления, а также для процесса азотирования двойных сплавов.

Сопоставление расчетных данных с экспериментальными на примере указанных технологий показало хорошую сходимость результатов и подтвердило адекватность разработанных моделей для расчета уровня упрочнения по отдельным механизмам и прогнозирования уровня прочности металлов и сплавов при использовании различных упрочняющих технологий.

На основании расчетных моделей и экспериментальных данных показано, что при лазерной термообработке ферритной матрицы реализуются механизмы дислокационного, зернограничного, субструктурного упрочнения, а также упрочнения, вызванного микронапряжениями. Уровень упрочнения зависит от плотности мощности лазерного излучения. Показано, что основным упрочняющим механизмом при лазерной термообработке является субструктурный (41...51%). С увеличением плотности мощности лазерного излучения вклад дислокационного упрочнения увеличивается от 12 до 29%, а вклад зернограничного упрочнения в общий уровень уменьшается от 32 до 18%.

На основании расчетных моделей и экспериментальных данных показано, что при лазерном легировании ферритной матрицы, кроме механизмов, действующих при лазерной термообработке, дополнительно реализуется механизм твердорастворного упрочнения. Среди исследуемых легирующих элементов наиболее значительное твердораствор-ное упрочнение обеспечивает Сг (34%). Вклад от зернограничного упрочнения является одним из определяющих для всех легирующих элементов и составляет 24...33%. В зонах, легированных молибденом, наибольшее упрочнение вызвано микронапряжениями (47%).

Оценка вклада различных упрочняющих механизмов при азотировании двойных сплавов Fe - ЛЭ показала, что в этом случае твердо-растворное упрочнение легирующими элементами незначительно по сравнению с остальными механизмами упрочнения. В сплавах Fe-Mo и Fe-T¡ при образовании когерентных нитридных частиц в процессе азотирования доли твердорастворного азотом и дисперсионного упрочнения примерно одинаковы. Для азотированных сплавов Fe-Al определяющую роль играет дисперсионное упрочнение когерентными или некогерентными нитридами, вклад этой составляющей в суммарный прирост твердости достигает 93...94%. Твердорастворное упрочнение азотом в Fe-AI-сплавах незначительно. При азотировании двойных сплавов Fe-Cr, Fe-V, Fe-Mo и Fe-Ti в случае упрочнения некогерентными частицами нитридов наибольший прирост твердости достигается за счет твердорастворного упрочнения азотом благодаря повышению растворимости азота в легированном феррите.

Глава 3. Поверхностное упрочнение конструкционных сталей методом комбинированной обработки с использованием пластической деформации и ультразвука

Одним из способов упрочнения поверхностного слоя является поверхностное пластическое деформирование (ППД), которое осуществляется множественным скольжением и приводит к значительному повышению плотности дислокаций, дроблению зерен на фрагменты и блоки. В результате такой обработки поверхностный слой упрочняется, повышается твердость, износостойкость и усталостная прочность. Наиболее эффективный способ - это ППД с применением ультразвука. Как и при других видах ППД здесь происходит сжатие гребешков от предшествующих обработок, образуется наклепанный слой, возникают остаточные напряжения сжатия. Для ультразвукового ППД характерны лучшие показатели качества поверхностного слоя, такие как микротвердость, шероховатость и распределение остаточных напряжений.

С целью увеличения показателей износостойкости и выносливости конструкционных сталей разработана комбинированная технология поверхностного упрочнения, состоящая из закалки ТВЧ и последующего ультразвукового ППД. Ультразвуковое ППД осуществлялось двумя методами: с прижимом ультразвукового инструмента с постоянной силой Ры (УЗО) и при наличии зазора между обрабатываемой поверхностью и ультразвуковым инструментом. В этом случае происходит, так называемая, виброударная обработка (ВУЗО), которая по технологическому воздействию аналогична дробеструйной вибрационной обработке.

Экспериментально установлено, что основными технологическими параметрами ультразвуковой обработки, определяющими степень пластической деформации, являются сила прижима Рц и амплитуда колебательных смещений Показано, что при ультразвуковом ППД стали 12Х18Н9Т наблюдается существенное увеличение микротвердости и толщины упрочненного слоя по сравнению с ППД без применения ультразвука. С увеличением силы прижима Ям от 50 до 250 Н при постоянной амплитуде колебательных смещений = 5 мкм микротвердость стали 12X18Н9Т повышается от 2800 МПа

до 4000 МП. Увеличение амплитуды колебательных смещений до = 20 мкм увеличивает толщину упрочненного слоя в 2 раза.

При разработке комбинированных технологических процессов (закалка ТВЧ+УЗО) и (закалка ТВЧ+ВУЗО) была применена разработанная расчетная модель для прогнозирования уровня упрочнения стали 45.

Металлографическим анализом установлено, что после закалки ТВЧ поверхностный слой стали 45 имеет структуру реечного мартенсита, ниже структуру троостита, а затем исходную структуру феррита и пластинчатого перлита. На основе рентгеноструктурного анализа с использованием известных методик было установлено, что пластическое деформирование с применением ультразвука, проведенное после закалки ТВЧ, приводит к изменениям в тонкой структуре: увеличивается плотность дислокаций, увеличиваются микродеформации кристаллической решетки, кристаллы мартенсита дробятся, получают определенную разориентировку, размеры субзерен уменьшаются, толщина мартенситных пластин увеличивается.

Упрочнение стали 45 в результате закалки на мартенсит и последующей ультразвуковой обработки достигается благодаря действию следующих упрочняющих механизмов:

от = а0 + Аас + Дсга + Дстт. р + ÁaH + Дсгм, (12)

где ао- напряжение, вызванное силами Пайерлса-Набарро, значение которого принимается равным 30 МПа для a-Fe;

Дстс - прирост предела текучести за счет субструктурного упрочнения;

прирост предела текучести за счет упрочнения хаотично расположенными дислокациями;

Дсттр,- прирост предела текучести за счет твердорастворного упрочнения углеродом, определяется как разность между пределом текучести отожженной стали с соответствующим содержанием углерода и чистого железа;

Да„ - прирост предела текучести, вызванный дальнодействующими микронапряжениями II рода, равный

относительная микродеформация решетки, Е - модуль Юнга;

- прирост предела текучести, вызванный образованием мартенсита, величина которого обратно пропорциональна толщине мартенситной пластины с1м1/г.

Проведенные расчеты уровня упрочнения стальной поверхности после закалки ТВЧ и ультразвуковой обработки позволили оценить вклад каждого упрочняющего механизма в общий уровень упрочнения (рис. 1). При ультразвуковой виброударной обработке с гарантированным зазором,упрочнение максимально, основной вклад в упрочнение вносят дислокационный механизм (27%) и механизм дальнодейст-вующих микронапряжений (35%). При ультразвуковой обработке с постоянным прижимом основным механизмом, обеспечивающим упрочнение, является субструктурный (37%). Упрочнение стали 45 в результате закалки ТВЧ и комбинированной обработки ТВЧ +УЗО, ТВЧ + ВУЗО реализуется в повышении микротвердости (рис. 2).

Установлено, что ультразвуковое ППД значительно увеличивает уровень сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое, причем наибольшие значения сжимающих напряжений (до 1000 МПа) достигаются комбинированной обработкой, заключающейся в закалке ТВЧ+ВУЗО.

Экспериментально показано, что износостойкость сталей 30 и 45, подвергнутых комбинированной обработке (закалка ТВЧ +УЗО и закалка ТВЧ +ВУЗО) в 2 - 6 раз выше износостойкости сталей после закалки ТВЧ, что объясняется не только более высокой микротвердостью упрочненных слоев, но и формированием регулярного микрорельефа при ультразвуковом воздействии, способствующему лучшему удерживанию смазки на поверхности. Наибольшая износостойкость наблюдается после виброударной ультразвуковой обработки. Существующая корреляционная связь между прогнозируемой прочностью, поверхностной твердостью и износостойкостью указывает на положительное влияние механизма упрочнения от дальнодействующих напряжений на износостойкость упрочненного слоя стали 45.

Рис. 1. Вклад различных механизмов упрочнения в суммарный расчетный предел текучести стали 45 после закалки ТВЧ (а) и комбинированных способов обработки ТВЧ+УЗО (б) и ТВЧ+ВУЗО (в): 1 -субструктурное упрочнение, 2 - дислокационное упрочнение, 3 - твер-дорастворное упрочнение углеродом, 4 - упрочнение от микронапряжений, 5 - упрочнение при образовании мартенсита

На основе анализа вклада наиболее значимых упрочняющих механизмов и установления взаимосвязи между технологическими параметрами, структурой и свойствами определены оптимальные технологические режимы упрочняющей ультразвуковой обработки, обеспечивающие максимальный уровень упрочнения для стали 45: при Рц = 140 Н, ¿;т= 13 мкм, скорости перемещения инструмента ук= 15 м/мин формируется поверхностный слой с шероховатостью Rz= 0,2 мкм и максимальной твердостью.

Рис. 2. Распределение микротвердости по толщине образцов из стали 45 после закалки ТВЧ (1) и комбинированных способов обработки; ТВЧ +УЗО (2), ТВЧ + ВУЗО (3)

Глава 4. Поверхностное упрочнение конструкционных сталей на основе лазерного легирования и азотирования

Комбинированная технология поверхностного упрочнения конструкционных сталей, заключающаяся в лазерном легировании нитри-дообразующими элементами с последующим азотированием, позволяет реализовать максимальное число упрочняющих механизмов и создать в поверхностном слое структуру с оптимальным соотношением структурных параметров, отвечающих за повышение как прочностных, так и пластических свойств. В этом случае упрочнение достигается одновременно за счет: твердорастворного упрочнения легирующими элементами, высокой плотности дислокаций и сверхмелкого зерна, полученных при высоких скоростях охлаждения в процессе лазерной обработки, твердорастворного упрочнения азотом и дисперсионного упрочнения нитридами легирующих элементов при азотировании. Разработанная комбинированная технология упрочнения конструкционных сталей не снижает преимуществ лазерного упрочнения, напротив, позволяет получить уровень упрочнения, существенно выше того,

который был бы достигнут лазерной обработкой или азотированием даже высоколегированных сталей в отдельности.

Требуемый уровень упрочнения может быть получен путем регулирования длительности процесса азотирования или проведением последующего старения, что позволяет изменять степень когерентности нитридных фаз с кристаллической решеткой матрицы.

С целью реализации максимально возможного числа упрочняющих механизмов при выборе материала матрицы, типа легирующих элементов и технологических параметров лазерного легирования и последующего азотирования необходимо, чтобы легирующие элементы были нитридообразующими, обладали высоким сродством к азоту, увеличивали растворимость азота в феррите. С учетом этих требований в качестве легирующих элементов выбраны V, Сг, Мо и А1. Оптимальная концентрация их в зоне легирования определялась в зависимости от способности влиять на растворимость азота в феррите в процессе азотирования и от способности к наиболее полному растворению и равномерному распределению в железной матрице в процессе лазерного легирования (Рис. 3). Толщина легированной зоны определяется максимально возможной толщиной азотированного слоя, которая в большинстве случаев для легированных сталей не превышает 600 мкм (Рис. 4). В качестве матричного материала предпочтительны стали с содержанием углерода 0,2-0,3%. При большем содержании углерода эффективность комбинированной технологии несколько снижается, так как легирующие элементы частично связываются в карбиды, некогерентные с ферритной матрицей и в образовании нитридов участия не принимают. Проведенные исследования влияния параметров лазерного легирования позволили установить оптимальные технологические режимы как импульсного, так и непрерывного излучения, при которых достигаются перечисленные выше требования (рис. 5).

Рис. 3. Распределение ванадия в зоне лазерного легирования, снятое: а - с поверхности лазерной дорожки, б - с поперечного шлифа зоны, легированной в импульсном режиме (Superprobe-704), в - с поперечного шлифа зоны, легированной в непрерывном режиме лазерного излучения (Link - system)

Рис. 4. Микроструктура стали 20 после лазерного легирования хромом, х100

Рис. 5. Диаграммы преимущественных режимов лазерного легирования: а - при непрерывном излучении, б- при импульсном излучении

Металлографическим, электронномикроскопическим, рентгеност-руктурным и микрорентгеноспектральным анализом установлено, что при оптимальных технологических режимах в зоне лазерного легирования формируется структура легированного феррита с чрезвычайно мелким зерном 2...5 мкм (рис. 6).

Рис. 6. Микроструктура стали 20 после лазерного легирования хромом,х1000

С целью определения технологических параметров процесса азотирования, обеспечивающих сквозное насыщение азотом зон лазерного легирования, проводили математическое моделирование процесса диффузионного насыщения азотом дискретно легированной матрицы. Уравнения, описывающие концентрацию азота в а-фазе, составлены в соответствии со схемой, представленной на рис. 7. Задачу решали для случаев, когда азотированию подвергается армко-железо, предварительно легированное ванадием до концентрации 1%, 5% и 15% с помощью луча лазера радиусом

г

Рис. 7. Схема диффузионного насыщения азотом матрицы, подвергнутой предварительному лазерному легированию

Изменение концентрации азота со временем в каждой точке зоны легирования и матрицы подчиняется уравнениям диффузии

где С1 - концентрация азота в матрице в момент времени t, % вес;

С2 — концентрация азота в легированной зоне в момент времени t, % вес;

D1 - коэффициент диффузии азота в матрице, см2/с; Ог - коэффициент диффузии азота в легированной зоне, см2/с. Граничные условия:

п 4хг+уг >г0 С(х,у,г = 0,/) = С01, 1 5 )

при ^г0 С(х,у,г = 0,0 = Сог. (16)

Условие равенства потоков азота на границе раздела зоны легирования и матрицы имеет вид:

- п = -Д2(^С2) I, п,

где л - нормаль к поверхности раздела Б.

Кроме того,

(18)

С(х,>>,г = оо,0 = 0.

(19)

Уравнения (13) и (14) с учетом граничных условий (15), (16), (18) и (19) решались с помощью компьютерной программы методом граничных элементов. В результате моделирования были получены расчетные кривые изменения концентрации азота внутри зоны легирования, на границе с матрицей и за её пределами с течением времени. Характер распределения азота по толщине упрочненного слоя показан на рис. 8.

Рис. 8. Изменение азотированного фронта с концентрацией азота Сн=0,05% по толщине зоны ЛЛ с течением времени

На основе математической модели получены номограммы режимов азотирования стали, легированной ванадием с концентрацией 1, 5 и 15%, при которых достигается сквозное азотирование лазернолеги-рованных зон (рис. 9). Экспериментальные исследования распределения азота внутри зон лазерного легирования подтвердили адекватность математической модели.

30

г*

£

25

§

1

s 20

1

о к 15

|

я ■о 10

§

|

| 5

§

I 0

=1% -=5% =15% -

- -a-v

520 530 540 550 560 570 580 590 600 Температура азотирования, Т °С

Рис. 9. Номограммы режимов азотирования для сквозного насыщения азотом зон ЛЛ с различной концентрацией ванадия

Экспериментально показано, что на поверхности стали в присутствии зон, легированных нитридообразующими элементами, на расстоянии сопоставимом с размером зон ЛЛ, азотированный слой имеет толщину в 1,8-2 раза больше, чем азотированная нелегированная сталь, и в 3 раза больше, чем азотированная сталь 38Х2МЮА, что обусловлено повышением активности насыщающей среды.

Глава 5. Регулирование процессов структурообразования и получения регламентируемой конструкционной прочности стали при комбинированной обработке

Формирующаяся при лазерном легировании мелкозернистая структура легированного феррита с равномерным распределением легирующих элементов приводит к увеличению микротвер-

дости примерно до 6000 МПа. При легировании молибденом возможно выделение интерметаллидных фаз, повышающих микротвердость упрочненного слоя до 11000 МПа.

После азотирования лазернолегированной поверхности в упрочненном слое формируется, как правило, однофазная структура а -твердого раствора, легированного азотом, без включений частиц нитридов. В зонах, легированных А1, образуется двухфазная структура а + у'- фаза (Ре,А1)4Г\1. Такая обработка обеспечивает существенное повышение микротвердости: ЛЛ(А1) + N - 21000 МПа, ЛЛ(У) + N - 18500 МПа, ЛЛ(Сг) + N - 18000МПа; ЛЛ(Мо)+Ы - 12000 МПа. Повышение твердости объясняется тем, что кроме механизмов упрочнения, реализуемых при лазерном легировании, после азотирования дополнительно включается механизм твердорастворного упрочнения азотом. При азотировании сталей, лазернолегированных алюминием микротвердость максимальна, так как в этом случае механизм повышения прочности сочетает в себе компоненты как твердорастворного, так и дисперсионного упрочнения у'-фазой (Ре.А!^.

Увеличение продолжительности процесса азотирования или проведение после лазерного легирования и азотирования старения, приводит к дополнительному повышению твердости (рис. 10), так как происходит выделение нитридов легирующих элементов полностью или частично когерентных с матрицей (рис. 11). Экспериментально установлено, что максимальный уровень упрочнения достигается после старения при температуре 250°С в течение 0,5... 1 ч за счет выделения дисперсных частиц оптимальной степени когерентности.

На основе расчетной модели, блок-схема которой представлена на рис. 12, и экспериментально определенных структурных парамет-

ров рассчитана прогнозируемая прочность стали 20 после лазерного легирования различными нитридообразующими элементами, азотирования и старения.

22 20

te 18 Е 16

| 14

'О

S- 10

1 8

а 4

* 2

О

О 100 200 300 400 500 600 700 800 Температура старения, "С

Рис. 10. Влияние температуры старения на микротвердость стали 20 после комбинированной обработки

Расчеты показали, что наиболее существенный вклад вносят два механизма: твердорастворный - азотом и дисперсионный - частицами нитридов легирующих элементов. Вклад твердорастворного упрочнения азотом особенно высок в сплавах Fe-Сг, что объясняется сильным влиянием хрома на повышение растворимости азота в феррите.

Доля твердорастворного упрочнения легирующим элементом очень незначительна: не более 5%. Зернограничное упрочнение значительнее в сплавах по сравнению с другими сплавами, что объясняется более мелкозернистой структурой. Вклад дислокационного упрочнения, также как и зернограничного, существенно уменьшается после азотирования до 1...6%.

Роль дисперсионного упрочнения при комбинированной обработке - максимальна. Она тем больше, чем выше термодинамическая

стабильность нитрида (в ряду Мо2М->Сг2М->\/М), при упрочнении нитридами ванадия его вклад достигает 83%.

-1-1-1-1-1 :

60 55 50 45 40 е> РЭД

Рис. 11. Дифракционные спектры армко-железа после ЛЛ^^ и ЛЛ^^+старение

Расчеты и экспериментальные результаты показали, что уровень дисперсионного упрочнения ферритной матрицы при образовании когерентных нитридных частиц существенно выше, чем при образовании некогерентных частиц.

Рис. 12. Блок-схема расчета прогнозируемого упрочнения сплавов: 1 -дислокационное; 2 - зернограничное; 3 - субструктурное; 4 - твердора-створное легирующим элементом; 5 - твердорастворное азотом; 6 -дисперсионное нитридами: а - когерентными, б - некогерентными

Поэтому для достижения максимального уровня упрочнения следует обеспечить формирование структуры с дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, находящихся в оптимальной степени когерентности с матрицей, что регулируется путем оптимизации технологических параметров комбинированной обработки на каждой ее стадии.

Фрактографическими исследованиями установлено, что в изломе сталей, упрочненных по комбинированной технологии ЛЛ+^ наблюдаются вязкие составляющие, тогда как после лазерного легирования изломы стали 20 имеют явно выраженный хрупкий характер, что обусловлено значительным вкладом дислокационного механизма в общий уровень упрочнения. При лазерном легировании и последующем азотировании на поверхности стали формируется структура, упрочненная дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, затрудняющая зарождение трещины и способствующая эффективному её торможению, особенно на ранней стадии роста, а вклад дислокационного механизма упрочнения существенно уменьшается.

Комбинированная обработка позволяет повысить целый комплекс показателей конструкционной прочности. Экспериментально установлено, что после комбинированной обработки на поверхности стали, формируются незначительные по величине остаточные напряжения сжатия, а неблагоприятные растягивающие напряжения исчезают (рис. 13). Вместе с тем, легирование сталей с применением лазерного нагрева, как правило, приводит к образованию неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений как на поверхности, так и на границе зоны ЛЛ с матрицей. Причем уровень растягивающих напряжений тем выше, чем больше углерода в стали. Экспериментально показано, что последующее азотирование оказывает положительное влияние на характер распределения остаточных напряжений.

Проведенные механические испытания образцов позволили установить, что применение комбинированной технологии упрочнения позволяет повысить износостойкость азотированной стали 20 в 15 раз и получить поверхностный слой, обладающий в 1.5...3 раза большей износостойкостью, чем нитраллои типа 38Х2МЮА, азотированные по аналогичным режимам, за счет высокой твердости поверхностного слоя и формирования на поверхности рельефа по типу Шарли. Наилучшие результаты достигаются легированием алюминием, ванадием и хромом с последующим азотированием (рис. 14).

Рис. 13. Распределение остаточных напряжений на поверхности стали 20 в направлении; перпендикулярном дорожке ЛЛ: 1 - ЛЛ(У), 2 -ЛЛ(У)+Ы

Дт, мг 1 2

375 750 1125 1500

путь трения L, км

Рис. 14. Износ образцов из стали 20 после: 1 - нормализации, 2 - азотирования, 3 - ЛЛ(А1), 4 - ЛЛ(Сг), 5 - ЛЛ(У), 6 - ЛЛ(Мо), 7 - ЛЛ(Мо)+1\1, 8 - ЛЛ(Сг)+Ы, 9 - ЛЛ(У)+1\1, 10 - ЛЛ(А1)+1\1, 11 - сталь 38Х2МЮА после азотирования

Установлено, что трещиностойкость стали 20 в результате комбинированного упрочнения как в условиях статического, так и циклического нагружения увеличивается в 1,5... 1,8 раза по сравнению с нормализованной сталью 20. Экспериментально установлено, что лазерные дорожки следует наносить без перекрытия. Наилучшие результаты при циклическом нагружении с частотой 0,1 Гц достигаются легированием ванадием и хромом с последующим азотированием (рис. 16, 17), а при циклическом нагружении с частотой 200 Гц - молибденом. Легирование алюминием - не рекомендуется.

Испытания образцов на коррозионную стойкость показали, что азотирование лазернолегированной стали 20 повышает ее сопротивление коррозии. Исключение составляет легирование хромом, в этом случае наивысшая коррозионная стойкость достигается после легирования, а после азотирования несколько снижается.

10 30 35 40 45 50 60 ДК,МПами

Рис. 17. Кинетические диаграммы усталостного разрушения при циклическом нагружении с частотой 0,1 Гц стали 20 после: 1 - нормализации; 2 - лазерные дорожки нанесены без перекрытия

Глава 6. Рекомендации по оптимальным технологическим режимам комбинированной технологии (ЛЛ + N + старение) для различных групп деталей машин

На основании результатов прогнозирования уровня упрочнения, математического моделирования, экспериментальных исследований влияния параметров отдельных этапов технологического процесса и проведенных испытаний образцов на одноосное растяжение, на износостойкость, на трещиностойкость в условиях статического нагруже-ния, на трещиностойкость в условиях циклического нагружения при частотах 200 Гц и 0,1 Гц, на трещиностойкость образцов при изгибном нагружении с частотой 25-35 Гц, на коррозионную стойкость были выработаны оптимальные технологические режимы, при которых обеспечиваются не только высокие эксплуатационные характеристики различных групп деталей машин, но и существенная экономия за счет замены дорогостоящих высоколегированных сталей на низкоуглеродистые (см. табл.). Внедрение разработанных технологий позволяет повысить в 1,5-1,8 раза срок службы изделий, эксплуатируемых в условиях интенсивного изнашивания, динамических и циклических нагрузок при повышенных температурах (автомобильные двигатели, инструмент, изделия для технологической оснастки и т.д.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методология управления структурообразованием поверхностного упрочнения конструкционных сталей, как совокупность теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое оптимальных структур, обеспечивающих высокий уровень характеристик конструкционной прочности сталей.

, ИОС,НАЦИОНАЛЬНАЯ 33 I БИБЛИОТЕКА

Таблица

Рекомендуемые режимы комбинированной обработки для различных групп деталей машин

Назначение Сталь Тип ЛЭ Режимы лазерного легирования Способ нанесения зон лазерного легирования Режимы азотирования и старения

импульсный непрерывный количеств во обмазки, мг/см3

Детали с высокой поверхностной твердостью и износостойкостью, например: шпиндели опор качения, ходовые винты, гильзы, детали суппортной группы т.п. 20 V А1 Е = 20-22 Дж Е = 12-16 Дж Р = 1 кВт, V = 10-20 мм/с Р = 1 кВт, V = 20-25 мм/с 24-26 28-30 К3 = 50%, в импульсном режиме «пятна» расположены в шахматном порядке; в непрерывном - «дорожки» наносят по диагонали для плоских поверхностей и по спирали навстречу друг другу для цилиндрических и конических поверхностей после импульсного режима легирования: 1 = 570°С, 3-4,5 ч + старение при 1 = 250°С, 1 ч после непрерывного: а) 1 = 540° С, 29 ч + старение при 1 = 250°С, 1 ч, б) 1 = 510° С. 7ч + » = 560° С, 6 ч

Тяжело нагруженные детали машин, работающие в условиях изнашивания, циклических изгибающих и контактных нагружений, например: валы, шестерни и тд 20Х; ЗОХ V, Сг Р = 1 кВт, У= 10-20 мм/с 24-26 К, = 50%, «дорожки» наносят по диагонали для плоских поверхностей и по спирали навстречу друг другу для цилиндрических и конических поверхностей а) (= 540° С, 29 ч + старение при < = 250°С, 1 ч, б) (= 510° С, 7 ч + <=560°С,6ч

Детали с высокой поверхностной твердостью, теплостойкостью, воспринимащие динамические нагруки, например: матрицы, пуансоны для холодного и горячего деформирования ЗОХ; 30*' V, Сг Мо Е = 20-22 Дж Е = 22-24 Дж Р = 1 кВт, \/= 10-20 мм/с Р = 1 кВт, \/ = 10мм/с 24-26 22 К, =5 0%, в импульсном режиме «пятна» расположены в шахматном порядке, в непрерывном - «дорожки» наносят по диагонали для плоских поверхностей и по спирали навстречу друг другу для цилиндрических и конических поверхностей после импульсного режима легирования: < = 570°С, 3-4,5 ч + старение при t = 250°С, 1 ч, после непрерывного: а) < = 540° С, 29 ч + старение при ( = 250°С, 1 ч б) <= 510°С, 7 ч + 4= 560° С, 6 ч

*' Предварительная термическая обработка: закалка + высокий отпуск.

2. На основе анализа дислокационных теорий прочности и механизмов упрочнения, возможностей и ограничений их применения для расчета отдельных составляющих упрочнения и прогнозирования характеристик конструкционной прочности сталей и сплавов впервые определены наиболее приемлемые для применения на практике аналитические зависимости.

3. На основе аналитических зависимостей разработаны графоаналитические модели расчета различных видов упрочнения: проведены расчеты упрочнения феррита от дислокационного, субструктурного, зернограничного, твердорастворного (элементами внедрения и замещения) и дисперсионного упрочнения частицами вторичных фаз. При разработке графоаналитических моделей использованы экспериментальные данные, полученные автором и другими исследователями.

4. На основе дислокационной теории прочности разработаны расчетные модели прогнозирования уровня прочности железной матрицы после лазерной термообработки, лазерного легирования и процесса азотирования двойных Ре - ЛЭ сплавов, включающие методику, алгоритм и компьютерную программу расчета.

5. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными показало хорошую сходимость результатов и подтвердило адекватность разработанных моделей для расчета упрочнения и прогнозирования уровня прочности металлов и сплавов при использовании различных упрочняющих технологий.

6. На основании анализа экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями, установлено, что наиболее благоприятными механизмами, обеспечивающими сочетание высокой прочности с достаточным запасом пластичности, являются зерногра-ничное упрочнение, твердорастворное упрочнение, если легирующие элементы измельчают зерно, а также упрочнение за счет образования субструктуры полигонально-ячеистого типа. Дисперсионное упрочнение эффективно повышает прочностные характеристики, при этом отрицательное влияние частиц на характеристики вязкости разрушения можно минимизировать путем регулирования параметров структуры технологическими методами. Увеличение плотности неорганизован-

ных дислокаций, повышая прочность, в наибольшей степени снижает вязкость разрушения.

7. Выявлены пути повышения конструкционной прочности на основе оптимизации структурных параметров. Показано, что повышение конкретных характеристик конструкционной прочности возможно на основе реализации тех или иных механизмов упрочнения путем целенаправленного формирования заданной структуры. Определены основные технологические процессы, наиболее эффективно реализующие различные упрочняющие механизмы.

8. Разработаны расчетные модели для прогнозирования уровня прочности конструкционных сталей, подвергнутых комбинированному упрочнению (закалка ТВЧ + УЗО), (закалка ТВЧ + ВУЗО), (ЛЛ + N и (ЛЛ + N + старение). Показано, что вследствие реализации максимально возможного числа упрочняющих механизмов, наиболее высокий уровень упрочнения достигается при использовании комбинированной технологии (ЛЛ + N + старение).

9. На основе расчетных моделей прогнозирования уровня прочности и экспериментально определенных параметров тонкой структуры стали 45 после закалки ТВЧ и последующего ультразвукового ППД разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: (закалка ТВЧ + УЗО) и (закалка ТВЧ + ВУЗО). При комбинированной обработке (ТВЧ + УЗО) микротвердость стали 45 возрастает до 7800 МПа против 6000 МПа после ТВЧ, а при (ТВЧ + ВУЗО) до 8800 МПа, за счет повышения плотности дислокаций, дробления субзерен и увеличения микродеформаций кристаллической решетки. Толщина упрочненного слоя также увеличивается. Основной вклад в упрочнение при ультразвуковой обработке с постоянным прижимом вносит субструктурный механизм (37%), а при ультразвуковой виброударной обработке - дислокационный механизм (27%) и механизм дальнодействующих напряжений (35%). Показано, что износостойкость сталей 30 и 45, подвергнутых комбинированной обработке (закалка ТВЧ + УЗО и закалка ТВЧ +ВУЗО), в 2-6 раз выше износостойкости сталей после закалки ТВЧ, что объясняется не только более высокой микротвердостью упрочненных слоев, но и формированием регулярного микрорельефа при ультразвуковом воздействии, способствующего лучшему удерживанию смазки на поверхности. Наи-

большая износостойкость наблюдается после виброударной ультразвуковой обработки.

10. На основе анализа вклада наиболее значимых упрочняющих механизмов и установления взаимосвязи между технологическими параметрами, структурой и свойствами предложены оптимальные технологические режимы упрочняющей ультразвуковой обработки, обеспечивающие максимальный уровень упрочнения.

11. На основе расчетных моделей прогнозирования уровня прочности и экспериментально определенных параметров структуры после лазерного легирования, азотирования и старения разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: (ЛЛ + N и (ЛЛ + N + старение).

12. Экспериментально установлено, что после лазерного легирования поверхности железной матрицы одним из нитридообразующих элементов (V, Mo, AI) формируется структура легированного феррита с размером зерна 2...5 мкм. Микротвердость в зонах, легированных V, Сг и AI, составляет примерно 6000 МПа, а Мо - до 11000 МПа. Упрочнение достигается за счет зернограничного, субструктурного, дислокационного, твердорастворного механизмов, а также за счет микронапряжений в кристаллической решетке.

13. Определены оптимальные технологические параметры лазерного легирования конструкционных сталей в импульсном и непрерывном режимах излучения, обеспечивающие мелкозернистую структуру, равномерное распределение и требуемую концентрацию легирующих элементов, а также заданную толщину упрочненного слоя.

14. Впервые выявлены закономерности влияния различных нит-ридообразующих элементов на упрочнение ферритной матрицы при лазерном легировании с последующим азотированием. Установлено, что после азотирования микротвердость зоны лазерного легирования дополнительно повышается до 12000...21000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента и материала матрицы за счет дополнительного действия механизма твердорастворного упрочнения азотом: максимальные значения твердости достигаются лазерным легированием с последующим азотированием армко-железа: ЛЛ(А1) + N -21000 МПа, ЛЛ(Ч) + N - 18500 МПа, ЛЛ(Сг) + N - 18000МПа; ЛЛ(Мо^ - 12000 МПа. Рентгеноструктурным анализом установлено, что после

азотирования в упрочненном слое формируется либо однофазная структура а - твердого раствора, легированного азотом, без включений частиц нитридов, если сталь легирована V, Сг или Мо, либо двухфазная структура а + у' - фаза (Ре, А!^, если сталь легирована AI.

15. Установлено, что для достижения высокого уровня упрочнения поверхности при лазерном легировании с последующим азотированием предпочтительны низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1-0,3% , а в качестве легирующих элементов - нитридообразующие элементы V, Сг, Мо и А1.

16. Для определения оптимальных режимов азотирования разработана математическая модель процесса диффузионного насыщения азотом дискретно легированной железной матрицы, позволяющая определить условия, при которых достигается сквозное азотирование зон лазерного легирования. Приведены номограммы режимов азотирования стали, легированной ванадием с концентрацией 1, 5 и 15%. Экспериментальные исследования распределения азота внутри зон лазерного легирования подтвердили адекватность математической модели.

17. Экспериментально установлено, что старение зон ЛЛ + N приводит к ещё большему упрочнению железной матрицы. Микротвердость армко-железа после ЛЛ(\/) + N + старение составляет - 21000 МПа, ЛЛ(Сг) + N + старение - 18000 МПа, ЛЛ(Мо) + N + старение -14000 МПа. Дополнительное повышение микротвердости поверхностного слоя, легированного V, Сг и Мо, происходит за счет дисперсионного механизма упрочнения. Рентгеноструктурным анализом установлено, что в результате старения происходит выделение нитридов легирующих элементов полностью или частично когерентных с матрицей. В зонах ЛЛ(А1) + N + старение твердость снижается до 10000 МПа, так как в этом случае наблюдается коагуляция и частичное растворение нитридных фаз. Экспериментально установлено, что максимальный уровень упрочнения достигается старением при температуре 250°С в течение 0,5... 1 часа за счет выделения дисперсных частиц оптимальной степени когерентности.

18. На основе расчетной модели и экспериментально определенных структурных параметров была рассчитана прогнозируемая прочность стали 20 после лазерного легирования различными нитридооб-

разующими элементами, азотирования и старения. Расчеты показали, что наиболее существенный вклад вносят два механизма: твердорас-творный - азотом и дисперсионный - частицами нитридов легирующих элементов. Причем доля дисперсионного упрочнения максимальна. Она тем больше, чем выше термодинамическая стабильность нитрида

при упрочнении нитридами ванадия эта доля достигает 83%. Расчеты и экспериментальные результаты показали, что уровень дисперсионного упрочнения ферритной матрицы при образовании когерентных нитридных частиц существенно выше, чем некогерентных. Поэтому для достижения максимального уровня упрочнения следует обеспечить формирование структуры с дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, находящихся в оптимальной степени когерентности с матрицей, что регулируется путем оптимизации технологических параметров комбинированной обработки на каждой ее стадии.

19. Экспериментально установлено, что легирование стали с применением лазерного нагрева, как правило, приводит к образованию неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений как на поверхности, так и на границе зоны ЛЛ с матрицей. Причем уровень растягивающих напряжений тем выше, чем больше углерода в стали. Экспериментально показано, что последующее азотирование оказывает положительное влияние на характер распределения остаточных напряжений. После комбинированной обработки на поверхности стали формируются незначительные по величине остаточные напряжения сжатия, а неблагоприятные растягивающие напряжения исчезают.

20. Фрактографическими исследованиями установлено, что в изломе сталей, упрочненных по комбинированной технологии, наблюдаются вязкие составляющие, тогда как после лазерного легирования изломы стали 20 имеют явно выраженный хрупкий характер, что обусловлено значительным вкладом дислокационного механизма в общий уровень упрочнения. При комбинированной обработке на поверхности стали формируется структура, упрочненная дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, затрудняющая зарождение трещины и способствующая эффективному её торможению, особенно на ранней стадии роста, а вклад дислокационного механизма упрочнения существенно уменьшается.

21. Установлено, что применение комбинированной технологии упрочнения позволяет повысить износостойкость азотированной стали 20 в 15 раз и получить поверхностный слой, обладающий в 1.5...3 раза большей износостойкостью, чем нитраллои типа 38Х2МЮА, азотированные по аналогичным режимам, за счет высокой твердости поверхностного слоя и формирования на поверхности рельефа по типу Шар-пи. Наилучшие результаты достигаются легированием алюминием, ванадием и хромом с последующим азотированием.

22. Экспериментально показано увеличение трещиностойкости образцов с покрытиями, полученными в результате комбинированного упрочнения, как в условиях статического, так и циклического нагруже-ния в 1,5... 1,8 раза по сравнению с нормализованной сталью 20.

23. На основании результатов прогнозирования упрочнения, математического моделирования процесса азотирования, экспериментальных исследований влияния параметров каждого этапа технологического процесса и проведенных испытаний разработаны рекомендации по оптимальным технологическим режимам комбинированной технологии (ЛЛ+М+старение) для различных групп деталей машин. Внедрение разработанных технологий позволяет заменить дорогостоящие высоколегированные традиционно азотируемые стали на низкоуглеродистые, повысить в 1,5-1,8 раза срок службы изделий, эксплуатируемых в условиях интенсивного изнашивания, динамических и циклических нагрузок при повышенных температурах (автомобильные двигатели, инструмент, изделия для технологической оснастки и т.д.).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ.

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

2. Чудина О.В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева: теория и технология. - М.: МАДИ (ГТУ), 2003. - 248 с.

3. Коган Я.Д., Чудина О.В. Комбинированное упрочнение мало- и среднеуглеродистых сталей// Лазерная технология: Сб. тр., Вып. 3, г.Вильнюс, 1987. - С. 49 - 51.

4. Коган Я.Д., Чудина О.В. Комплексная химико-термическая обработка мало- и среднеуглеродистых сталей // Прогрессивные технологические процессы термической и химико-термической обработки деталей машин и инструмента: Тез. докл. науч.-техн. конф., г. Ижевск, 1987.-С. 23-24.

5. Чудина О.В., Просолов B.C. Поверхностное легирование мало- и среднеуглеродистых сталей с помощью луча лазера с последующим азотированием // Технология и оборудование для новых прогрессивных методов химико-термической обработки деталей тракторов и сельскохозяйственных машин: Тез. докл. Всесоюзного научно-технического семинара, г. Волгоград, 1988. - С. 142-143.

6. Чудина О.В. Комбинированное упрочнение мало- и среднеуглеродистых сталей // Ресурсосберегающие технологии поверхностного упрочнения деталей машин: Сб. тр. МАДИ. - М., 1988, - С. 121-124.

7. Лахтин Ю.М., Чудина О.В., Крапошин B.C. Комплексная лазерная химико-термическая обработка малоуглеродистых сталей // Методы повышения конструктивной прочности металлических материалов: Материалы семинара / МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. - М., 1988. - С. 116.

8. Чудина О.В. Особенности формирования упрочненного слоя при лазерном легировании стали с последующим азотированием // Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции, г. Хмельницкий, 1988. -С. 132-133.

9. Чудина О.В., Зеленов А.Е., Лобанов С.Г. Математическая модель процесса азотирования матрицы, подвергнутой предварительному лазерному легированию // Современные технологические методы повышения надежности и долговечности деталей машин и инструмента. Сб. науч. тр. МАДИ. - М., 1988. - С. 72-80.

10. Лахтин Ю.М.; Коган Я.Д., Чудина О.В., Зеленов А.Е. Математическая модель диффузионного насыщения азотом гетерофазной матрицы, полученной предварительным лазерным легированием // Современное оборудование и технологии термической обработки

металлических материалов: Материалы семинара / МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. - М., 1989. - С.146-151.

11. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Чудина О.В., Боровская Т.М. Исследование поверхности сталей упрочненных лазерным легированием с последующим азотированием // Материалы и поверхностное упрочнение деталей машин и инструмента для повышения их надежности и долговечности. Сб. науч. тр. МАДИ. - М., 1989. - С. 95- 108.

12. Способ низкотемпературного азотирования сталей: А.С. 1509420 СССР / Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Чудина О.В. - № 4305457; заявл. 17.09.1987.

13. Способ низкотемпературного азотирования сталей: А.С. 1611983 СССР / Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Чудина О.В., Терентьев В.Ф., Боч-вар А.Г. - № 4620997; заявл. 16.12.1988.

14. Способ лазерного легирования поверхности металла: А.С. 1557193 СССР/ Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Чудина О.В., Зеленов А.Е. -№4460435; заявл. 04.07.1988.

15. Коган Я.Д., Синайский В.М., Чудина О.В. и др. Исследование влияния упрочняющей лазерной обработки на напряженное состояние и фазовый состав азотированных и не азотированных сталей // Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур: Сб. тез. докл. Всесоюз. конф. 24-26 октября, г. Каунас, 1989.

16. Чудина О.В., Скиданов Е.В. Свойства малоуглеродистой стали после комбинированной обработки (легирование при лазерном нагреве + азотирование) // Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки в машиностроении и металлургии: Сб. тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. 24-26 сентября, г. Новокузнецк, 1991. - С. 155-156.

17. Петров В.И., Чудина О.В., Кузнецова В.А., Челышев И.А. Исследование трещиностойкости микрообразцов после комбинированного поверхностного упрочнения // Известия вузов. Черная металлургия. -1991 .-№8.-С. 107-110.

18. Чудина О.В. Влияние лазерной обработки и азотирования на малоцикловую трещиностойкость стали // 1-е Собрание металловедов России: Тез. докл. - Пенза, 1993. - Ч. 2. - С. 46-47.

19. Чудина О.В. Комбинированное поверхностное упрочнение стали (лазерное легирование + азотирование) // Металловедение и термическая обработка металлов. -1994. - № 3. - С. 2-5.

20. Чудина О.В. Поверхностное легирование железоуглеродистых сплавов с использованием лазерного нагрева // Металловедение и термическая обработка металлов. -1994. - № 12. - С. 2-7.

21. Чудина О. В. Напряженное состояние и свойства поверхности, упрочненной лазерным легированием с последующим азотированием // Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин: Материалы конф. ЦРДЗ, сб. 2. - Москва, 1994. - С. 23-27.

22. Чудина О.В. Формирование легированных поверхностей на малоуглеродистых сталях с использованием лазерного нагрева // 2-е Собрание металловедов России. - Пенза, 20-22 сентября, 1994. - С. 39-41.

23. Сафонов А.Н., Тарасова Т.В., Чудина О.В. // Лазерное легирование сталей: Лазерные технологии- 95 / Материалы 5-ой Международной конференции, 24-26 июня, г. Шатура, 1995.

24. Chudina О. // Nitriding of laser - alloying steel: 10-th Congress of the International Federation for the Heat Treatment and Surface Engineering / Book of abstracts, 1-5 September, 1996, Brighton, UK. - P. 151-152.

25. Чудина О.В., Боровская Т.М. Упрочнение поверхности мало- и среднеуглеродистых сталей легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой / 3-е Собрание металловедов России: Тез. докл., г.Рязань, 24-27 сентября, 1996. - С. 15-17.

26. Чудина О.В. Кунавин С.А. .// Повышение сопротивления усталостному разрушению сталей, подвергнутых лазерной обработке / 3-е Собрание металловедов России: Тез. докл., г.Рязань, 24-27 сентября, 1996.-С. 119-120.

27. Чудина О.В., Боровская Т.М. Упрочнение поверхности стали легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1997. - №7. - С. 11-14.

28. Чудина О.В., Кунавин С.А. // Поверхностное упрочнение сталей легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой: Передовые термические технологии и ма-

териалы / Первый международный симпозиум: Сб. трудов, г. Кациве-ли, Крым, Украина, 22-26 сентября, 1997. - С. 34-36.

29. Лахтин Ю.М., Чудина О.В. Химико-термическая обработка лазер-нолегированных сталей // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1997.-№9. -С. 64-67.

30. Чудина О.В. // Азотирование лазернолегированных сталей / 4-е Собрание металловедов России: Тез. докл., 4.1, г. Пенза, 23-25 сентября, 1998.-С. 90-91.

31. Петрова Л.Г., Чудина О.В. // Оптимизация технологии азотирования на основе механизмов нитридного упрочнения сталей и сплавов / Материалы и упрочняющие технологии -98: Тез. докл. 4-й Российской науч.-техн. конф. 15-17 декабря 1998 г. - Курск, 1998. - С. 25-28.

32. Чудина О.В., Кунавин С.А. // Комбинированное поверхностное упрочнение низкоуглеродистых сталей / Машиностроительные технологии: Тез. докл. Всероссийской конф., Москва, 1998. - С. 33-36.

33. Петрова Л.Г., Чудина О.В. Оценка дисперсионного упрочнения различными когерентными нитридами при азотировании сплавов на основе железа, никеля и кобальта // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1999. - № 6. - С. 5-9.

34. Петрова Л.Г., Чудина О.В., Кольцов В.Е. Технологические пути интенсификации процессов азотирования сталей и сплавов // Материалы и упрочняющие технологии -99: Тез. докл. 7-й Российской на-уч.-техн. конф. 6-8 октября, 1999. - Курск. - С. 13-15.

35. Чудина О.В., Петрова Л.Г. Прогнозирование упрочнения двойных сплавов железа при азотировании на основе расчетных моделей // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2000. - № 4. - С. 38-43.

36. Петрова Л.Г, Чудина О.В. Сравнение дисперсионного упрочнения когерентными и некогерентными нитридами при азотировании сплавов на основе железа, никеля и кобальта // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2000. - № 5. - С. 26-31.

37. Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей: Патент 2148676 // Чудина О.В., Петрова Л.Г. - №98112418/02; Заявл. 26.06.1998; Опубл. 10.05.2000. - Бюл. № 13. - 8 с.

38. Способ высокотемпературного азотирования хромоникелевых сплавов, легированных титаном: Патент 2148675 // Петрова Л.Г., Чу-

дина О.В. - 98112569/02; Заявл. 26.06.1998; Опубл. 10.05.2000. - Бюл. №13.-6 с.

39. Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей: Патент 2148677 // Чудина О.В., Петрова Л.Г. - № 98112570/02; Заявл. 26.06.1998; Опубл. 10.05.2000. Бюл. № 13. - 8 с.

40. Петрова Л.Г, Чудина О.В., Кольцов В.Е. Исследование технологических способов интенсификации внутреннего азотирования сталей и сплавов // Методы поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов: Сб. науч. тр. МАДИ(ТУ). - М., 2000. - С. 18-23.

41. Петрова Л.Г, Чудина О.В. Разработка технологии азотирования сталей и сплавов на основе расчета уровня нитридного упрочнения // Методы поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов: Сб. науч. тр. МАДИ (ТУ). - М., 2000. - С. 71-79.

42. Чудина О.В. Комбинированная химико-термическая обработка с применением лазерного нагрева // Новые материалы и технологии на рубеже веков: Сб. материалов Международной науч.- техн. конф. 14-16 июня 2000 г. - Пенза, 2000. - 4.1. - С. 188-191.

43. Петрова Л.Г, Чудина О.В. Жаростойкость и теплостойкость азотированных слоев в легированных сталях и сплавов // Температуро-устойчивые функциональные покрытия: Сб. трудов 18 совещания 1517 мая 2001 г. - Тула, 2001. - 4.1. - С. 231 -235.

44. Чудина О.В. Азотирование лазернолегированных сталей // Строительные и дорожные машины. - 2001. - № 5. - С. 31 -32.

45. Петрова Л.Г., Чудина О.В. Методы повышения конструктивной прочности сталей и сплавов. Прогнозирование твердости сплавов после химико-термической обработки: Учебное пособие. - М., МАДИ(ТУ), 2000. - 49 с.

46. Чудина О.В., Петрова Л.Г, Яшкин Д.М. Алгоритм расчета прогнозируемых прочностных характеристик железа после лазерного легирования и азотирования // Методы поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов: Сб. науч.тр. МАДИ(ГГУ). - М., 2002. -С. 76-91.

47. Чудина О.В., Петрова Л.Г, Боровская Т.М. Механизмы упрочнения железа при лазерном легировании и азотировании // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2002. - № 4. - С. 20-26.

48. Чудина О.В. Структурные аспекты упрочнения сталей при лазерном легировании с последующим азотированием // Динамические и

технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Сб. материалов VIII Международного симпозиума 11-15 февраля 2002 г. - Ярополец. - 2002. - С. 135-136.

49. Чудина О.В., Кунавин С.А. Эффективная технология комбинированного упрочнения сталей - лазерное легирование + азотирование // Технология металлов. - 2002.- № 11. - С. 16-19.

50. Кунавин С.А., Чудина О.В. Сопротивление разрушению низкоуглеродистых сталей, легированных при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой // Сб. трудов Sympozium mechaniki zniszczena materialow i konstrukcji, Bialostok, 2001. - C. 153161.

51. Чудина О.В. Технологические пути повышения механических свойств сталей на основе структурной теории прочности // Технология металлов. - 2003. - № 6. - С. 16-23.

52. Приходько. В.М., Чудина О.В. Высокоэффективные упрочняющие комбинированные технологии с применением лазерного нагрева / технология ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - С. 253-258.

53. Чудина О.В., Кунавин С.А. Эффективная упрочняющая технология с применением лазерного нагрева // Актуальные проблемы кон-структорско-технологического обеспечения машиностроительного производства: Сб. материалов Международной конференции 16-19 сентября 2003 г. - Волгоград. - 2003. - С. 18-26.

54. O.V.Chudina Nitriding of laser beam alloyed steels // Nitriding technology. Theory & Practice: Proceedings of the 9th International Seminar International Federation For Heat Treatment and surface engineering. 2325 September, 2003, Warsaw, Poland. - 2003. - P. 205-210.

55. Приходько В.М., Чудина О.В. Комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей с применением ультразвукового воздействия // Вестник МАДИ(ГТУ). - 2003. - Вып. 1. -С. 11-20.

56. Чудина О.В. Азотирование сталей, легированных при лазерном нагреве // Металловедение и термическая обработка металлов. -2004. -№1 .- С. 35-40.

Подписано в печать 12.02.2004г. Формат 60x84/16

Печать офсетная Усл.печ.л. 2,7 Уч.-иэд.л. 2,4

Тираж 100 экз._Заказ 92_

Ротапринт МАДИ-ГТУ. 125319, Москва, Ленинградский просп , 64.

»-4129

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

1.1. Анализ существующих дислокационных теорий и механизмов упрочнения металлических сплавов.

1.2. Влияние структурных факторов на характеристики конструкционной прочности.

1.3. Анализ технологических способов реализации различных механизмов упрочнения при разработке упрочняющих технологий.

1.4. Пути повышения конструкционной прочности стали на основе оптимизации структурных параметров.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕМ С ЦЕЛЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ СТРУКТУРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ.

2.1. Графо-аналитические модели расчета уровня прочности при реализации различных механизмов упрочнения.

2.2. Расчетные модели прогнозируемой прочности стали на основе анализа существующих дислокационных теорий прочности и механизмов упрочнения.

2.2.1. Основные этапы разработки расчетных моделей.

2.2.2. Расчет прогнозируемого упрочнения а - железа после лазерной термообработки.

2.2.3. Расчет прогнозируемого упрочнения железной матрицы после лазерного легирования нитридообразующими элементами.

2.2.4. Расчет прогнозируемого упрочнения двойных Fe-ЛЭ сплавов в результате азотирования.

2.2.5. Оценка вклада различных упрочняющих механизмов в общий уровень прочности при лазерной термообработке, лазерном легировании и азотировании.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И УЛЬТРАЗВУКА.

3.1. Методы ультразвукового поверхностного пластического деформирования.

3.1.1. Ультразвуковая обработка (У30).

3.1.2. Виброударная ультразвуковая обработка (ВУЗО).

3.2. Исследование влияния параметров ультразвукового ППД на структуру и свойства поверхностного слоя сталей аустёнитного (12Х18Н9Т) и мартенситного (Х15Н5Д2Т) классов.

3.3. Исследование влияния параметров комбинированных обработок на структуру и свойства упрочненной поверхности закаленной стали 45.

3.3.1. Микротвердость, структура и фазовый состав.

3.3.2 Расчет уровня упрочнения сталей после комбинированной обработки.

3.3.3 .Оценка вклада различных механизмов упрочнения.

3.3.4. Влияние комбинированной обработки на распределение остаточных напряжений в поверхностном слое стали.

3.4. Исследование влияния параметров ультразвуковой обработки на износостойкость и усталостную прочность сталей.

3.5. Исследование влияния ультразвуковой обработки на изменение геометрических характеристик поверхностного слоя сталей.

3.6. Рекомендации по выбору технологических режимов упрочняющей обработки с применением ультразвука.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И АЗОТИРОВАНИЯ.

4.1. Выбор материала матрицы и типа легирующих элементов.

4.2. Выбор технологических параметров лазерного легирования и азотирования.

4.2.1. Исследование кинетики формирования зон лазерного легирования.

4.2.2. Математическое моделирование процесса диффузионного насыщения азотом дискретно легированной железной матрицы с целью выявления оптимальных режимов азотирования.

4.2.3. Рекомендации по выбору технологических режимов лазерного легирования и азотирования.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЕ РЕГЛАМЕНТИРУЕМОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ

СТАЛИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКЕ.

5.1. Влияние технологических режимов комбинированной обработки на структуру, фазовый состав и свойства упрочненного слоя.

5.1.1. Влияние лазерного легирования на микротвердость, строение и фазовый состав поверхностного слоя.

5.1.2. Влияние азотирования на микротвердость, строение и фазовый состав поверхностного слоя лазернолегированной стали.

5.1.3. Влияние старения на микротвердость, строение и фазовый состав поверхностного слоя.

5.2. Расчет уровня упрочнения поверхностного слоя.

5.3. Оценка вклада различных упрочняющих механизмов в общий уровень упрочнения.

5.4. Механические свойства конструкционных сталей, упрочненных лазерным легированием и комбинированной обработкой (лазерное легирование + азотирование).

5.4.1. Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое

5.4.2. Прочность и пластичность.

5.4.3. Износостойкость.

5.4.4. Трещиностойкость и характер разрушения.

5.4.5. Коррозионная стойкость.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ТЕХНОЛОГИИ И РЕЖИМОВ КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

Обеспечение научно-технического прогресса в машиностроении связано, прежде всего, с созданием новых конструкционных материалов и совершенствованием технологий их упрочнения. Благодаря успехам современного материаловедения создан широкий спектр материалов различного назначения с высокими эксплуатационными свойствами. Увеличилась доля пластмасс и композитов, а доля металлических материалов сократилась до 60-65%. Однако в ближайшем будущем наиболее распространенными среди металлических конструкционных материалов останутся сплавы на основе железа и, прежде всего, стали [1]. Поэтому проблема совершенствования технологических методов упрочнения конструкционных сталей остается весьма актуальной.

Уже с конца XX века в большой степени уделяется внимание развитию технологий поверхностного упрочнения, а не объемного. Это связано с новым подходом в оценке роли материала в обеспечении конструкционной прочности изделий, согласно которому ведущая роль принадлежит поверхности, а не объему, как это было принято ранее. Именно состояние поверхности во многом определяет уровень прочности и эксплуатационные свойства деталей машин. 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 управляющей обработки, использующих в качестве теплового источника концентрированные потоки энергии: ионные, лазерные, ультразвуковые, высокочастотные индукционные и другие.

В июне 2003 года Президентом РФ объявлена экологическая доктрина, в которой особое место отведено- инновационным технологиям, в частности разработке новых ресурсосберегающих, безотходных, экологически безопасных технологий.

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. В литературе имеются весьма ограниченные сведения о применении некоторых комбинированных технологических схем, при использовании которых удается получить материалы с высоким уровнем физико-механических свойств. Несмотря на несомненный научный и практический интерес, комбинированные технологии в настоящее время не получили должного развития и внедрения. Опубликованные экспериментальные результаты малочисленны и, как правило, не имеют теоретического обоснования применения той или иной схемы. Отсутствуют научные исследования и модели, связывающие структурные характеристики материалов с предполагаемым уровнем упрочнения.

В настоящее время при разработке упрочняющих технологий наиболее распространенным является эмпирический подход, базирующийся на анализе взаимосвязей структуры и свойств материалов. Такой подход не позволяет управлять структурообразованием в технологическом процессе упрочнения и влиять на ожидаемый уровень физико-механических свойств.

Решение важной научной проблемы повышения конструкционной прочности сталей возможно на основе существующих металлофизических теорий прочности путем разработки методологии управления структурообразованием, как совокупности логически последовательных теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое сталей структуры, обеспечивающей высокий уровень характеристик конструкционной прочности. Однако разработка такой методологии затруднена из-за отсутствия научных исследований по применению металлофизических теорий для прогнозирования уровня упрочнения при разработке комбинированных технологий, моделированию кинетики диффузионных процессов дискретно легированной матрицы, влиянию легирующих элементов и технологических параметров на структурообразование в поверхностном слое и уровень характеристик конструкционной прочности стали. В свете выше изложенного,

Целью настоящей работы является разработка комбинированных технологий поверхностного упрочнения с использованием лазерного и ультразвукового воздействий, обеспечивающих высокий уровень физико-механических свойств поверхностного слоя конструкционных сталей на основе металлофизических теорий управления структурообразованием.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка методологии управления структурообразованием.

2. Анализ существующих дислокационных теорий и механизмов упрочнения металлов и возможности их применения для прогнозирования характеристик конструкционной прочности стали в зависимости от структурного состояния.

3. Выявление количественных соотношений структурных составляющих с условиями формирования в технологическом процессе и оценка их вклада в упрочнение поверхностного слоя.

4. Разработка графоаналитических моделей расчета уровня прочности по отдельным механизмам упрочнения, основанных на использовании экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями, а также ряда аналитических зависимостей.

5. Разработка моделей расчета прогнозируемой прочности стали, учитывающих связи параметров структуры с характеристиками конструкционной прочности при реализации различных механизмов упрочнения. Сравнительная оценка работоспособности расчетных моделей с результатами экспериментов.

6. Разработка комбинированной технологии поверхностного упрочнения, включающей лазерное легирование, азотирование (с математическим моделированием процесса насыщения азотом дискретно легированной матрицы) и старение с учетом наиболее значимых механизмов упрочнения.

7. Разработка комбинированной технологии поверхностного упрочнения, включающей закалку ТВЧ и ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование (ППД) с учетом наиболее значимых механизмов упрочнения.

8. Исследование влияния технологических параметров разработанных комбинированных технологий на структурообразование в поверхностном слое и характеристики конструкционной прочности сталей.

9. Оптимизация параметров разработанных комбинированных технологий поверхностного упрочнения конструкционных сталей с применением лазерного и ультразвукового воздействий.

10. Разработка методик и рекомендаций по использованию результатов исследований на практике.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны научные и практические основы управления структурообразованием и принципы разработки комбинированных технологий поверхностного упрочнения, обеспечивающих высокую конструкционную прочность деталей машин и инструмента.

1. Разработана методология управления структурообразованием поверхностного упрочнения конструкционных сталей, как совокупность теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленных на формирование в поверхностном слое оптимальных структур, обеспечивающих высокий уровень характеристик конструкционной прочности сталей.

2. На основе анализа дислокационных, теорий прочности и механизмов упрочнения, возможностей и ограничений их применения для расчета отдельных составляющих упрочнения и прогнозирования характеристик конструкционной прочности сталей и сплавов впервые определены наиболее приемлемые для применения на практике аналитические зависимости.

3. На основе аналитических зависимостей разработаны графоаналитические модели расчета различных видов упрочнения: проведены расчеты упрочнения феррита от дислокационного, субструктурного, зернограничного, твердорастворного (элементами внедрения и замещения) и дисперсионного упрочнения частицами вторичцых фаз. При разработке графоаналитических моделей использованы экспериментальные данные, полученные автором и другими исследователями.

4. На основе дислокационной теории прочности разработаны расчетные модели прогнозирования уровня прочности железной матрицы после лазерной термообработки, лазерного легирования и процесса азотирования двойных Fe -ЛЭ сплавов, включающие методику, алгоритм и компьютерную программу расчета.

5. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными показало хорошую сходимость результатов и подтвердило адекватность разработанных моделей для расчета упрочнения и прогнозирования уровня прочности металлов и сплавов при использовании различных упрочняющих технологий.

6. На основании анализа экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями, установлено, что наиболее благоприятными механизмами, обеспечивающими сочетание высокой прочности с достаточным запасом пластичности, являются зернограничное упрочнение, твердорастворное упрочнение, если легирующие элементы измельчают зерно, а также упрочнение за счет образования субструктуры полигонально-ячеистого типа. Дисперсионное упрочнение эффективно повышает прочностные характеристики, при этом отрицательное влияние частиц на характеристики вязкости разрушения можно минимизировать путем регулирования параметров структуры технологическими методами. Увеличение плотности неорганизованных дислокаций, повышая прочность, в наибольшей степени снижает вязкость разрушения.

7. Выявлены пути повышения конструкионной прочности на основе оптимизации структурных параметров. Показано, что повышение конкретных характеристик конструкционной прочности возможно на основе реализации тех или иных механизмов упрочнения путем целенаправленного формирования заданной структуры. Определены основные технологические процессы, наиболее эффективно реализующие различные упрочняющие механизмы.

8. Разработаны расчетные модели для прогнозирования уровня прочности конструкционных сталей, подвергнутых комбинированному упрочнению (закалка ТВЧ + УЗО), (закалка ТВЧ + ВУЗО), (ЛЛ + N) и (ЛЛ + N + старение). Показано, что вследствие реализации максимально возможного числа упрочняющих механизмов, наиболее высокий уровень упрочнения достигается при использовании комбинированной технологии (ЛЛ + N + старение).

9. На основе расчетных моделей прогнозирования уровня прочности и экспериментально определенных параметров тонкой структуры стали 45 после закалки ТВЧ и последующего ультразвукового ППД разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: (закалка ТВЧ + УЗО) и (закалка ТВЧ + ВУЗО). При комбинированной обработке (ТВЧ + УЗО) микротвердость стали 45 возрастает до 7800 МПа против 6000 МПа после ТВЧ, а при (ТВЧ + ВУЗО) до 8800 МПа, за счет повышения плотности дислокаций, дробления субзерен и увеличения микродеформаций кристаллической решетки. Толщина упрочненного слоя также увеличивается. Основной вклад в упрочнение при ультразвуковой обработке с постоянным прижимом вносит субструктурный механизм (37%), а при ультразвуковой виброударной обработке - дислокационный механизм (27%) и механизм дальнодействующих напряжений (35%). Показано, что износостойкость сталей 30 и 45, подвергнутых комбинированной обработке (закалка ТВЧ + УЗО и закалка ТВЧ +ВУЗО), в 2-6 раз выше износостойкости сталей после закалки ТВЧ, что объясняется не только более высокой микротвердостью упрочненных слоев, но и формированием регулярного микрорельефа при ультразвуковом воздействии, способствующего лучшему удерживанию смазки на поверхности. Наибольшая износостойкость наблюдается после виброударной ультразвуковой обработки.

10. На основе анализа вклада наиболее значимых упрочняющих механизмов и установления взаимосвязи между технологическими параметрами, структурой и свойствами предложены оптимальные технологические режимы упрочняющей ультразвуковой обработки, обеспечивающие максимальный уровень упрочнения: для стали 20 при силе прижима ультразвукового инструмента FN = 100 Н, амплитуде колебательных смещений £т= 13 мкм, скорости перемещения инструмента vR= 7 м/мин достигается минимальная шероховатость Rz= 0,13 мкм и максимальная твердость 2800 МПа, а для стали 45 при FN = 140 Н, £т= 13 мкм, скорости перемещения инструмента vr= 15 м/мин формируется поверхностный слой с шероховатостью Rz= 0,2 мкм и максимальной твердостью 5000 МПа.

11. На основе расчетных моделей прогнозирования уровня прочности и экспериментально определенных параметров структуры после лазерного легирования, азотирования и старения разработаны комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: (ЛЛ + N) и (ЛЛ + N + старение).

12. Экспериментально установлено, что после лазерного легирования поверхности железной матрицы одним из нитридообразующих элементов (V, Сг, Мо, А1) формируется структура легированного феррита с размером зерна 2.5 мкм. Микротвердость в зонах, легированных V, Сг и А1, составляет примерно 6000 МПа, а Мо - до 11000 МПа. Упрочнение достигается за счет зернограничного, субструктурного, дислокационного, твердорастворного механизмов, а также за счет микронапряжений в кристаллической решетке.

13. Определены оптимальные технологические параметры лазерного легирования конструкционных сталей в импульсном и непрерывном режимах излучения, обеспечивающие мелкозернистую структуру, равномерное

9.74 распределение и требуемую концентрацию легирующих элементов, а также заданную толщину упрочненного слоя. При легировании V и Сг оптимальное количество легирующей обмазки - 24.26 мг/см у при легировании Мо - 22

2 ^ мг/см, а при легировании А1 - 28.30 мг/см. Лазерное легирование в импульсном режиме излучения рекомендуется проводить в фокальной плоскости при AF = 0, с длительностью импульса т = Змс и энергией импульса

Е = 20.22 Дж для Уи Сг, для Мо - 22.24 Дж, а для AI - 12.16 Дж.

Легирование в непрерывном режиме излучения на лазерной установке мощностью 1 кВт рекомендуется проводить со скоростью перемещения

К=10.20 мм/сек для V и Сг, для Мо - 10 мм/сек, а для А1 - 20.25 мм/сек.

14. Впервые выявлены закономерности влияния различных нитридообразующих элементов на упрочнение ферритной матрицы при лазерном легировании с последующим азотированием. Установлено, что после азотирования микротвердость зоны лазерного легирования дополнительно повышается до 12000.21000 МПа в зависимости от типа легирующего элемента и материала матрицы за счет дополнительного действия механизма твердорастворного упрочнения азотом: максимальные значения твердости достигаются лазерным легированием с последующим азотированием армко-железа: ЛЛ(А1) + N - 21000 МПа, ЛЛ(У) + N - 18500 МПа, ЛЛ(Сг) + N -18000МПа; ЛЛ(Мо)+К - 12000 МПа. Рентгеноструктурным анализом установлено, что после азотирования в упрочненном слое формируется либо однофазная структура а - твердого раствора, легированного азотом, без включений чатиц нитридов, если сталь легирована V, Сг или Мо, либо двухфазная структура а + у' - фаза (Fe, A1)4N, если сталь легирована А1.

15. Установлено, что для достижения высокого уровня упрочнения поверхности при лазерном легировании с последующим азотированием предпочтительны низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1 -0,3% , а в качестве легирующих элементов - нитридообразующие элементы V, Сг, Мо и А1.

16. Для определения оптимальных режимов азотирования разработана математическая модель процесса диффузионного насыщения азотом дискретно легированной железной матрицы, позволяющая определить условия, при которых достигается сквозное азотирование зон лазерного легирования. Приведены номограммы режимов азотирования стали, легированной ванадием с концентрацией 1, 5 и 15%. Экспериментальные исследования распределения азота внутри зон лазерного легирования подтвердили адекватность математической модели.

17. Экспериментально установлено, что старение зон JIJ1 + N приводит к ещё большему упрочнению железной матрицы. Микротвердость армко-железа после ЛЛ(У) + N + старение составляет - 21 ООО МПа, ЛЛ(Сг) + N + старение — 18000 МПа, ЛЛ(Мо) + N + старение — 14000 МПа. Дополнительное повышение микротвердости поверхностного слоя, легированного V, Сг и Мо, происходит за счет дисперсионного механизма упрочнения. Рентгеноструктурным анализом установлено, что в результате старения происходит выделение нитридов легирующих элементов полностью или частично когерентных с матрицей. В зонах ЛЛ(А1) + N + старение твердость снижается до 10000 МПа, так как в этом случае наблюдается коагуляция и частичное растворение нитридных фаз. Экспериментально установлено, что максимальный уровень упрочнения достигается старением при температуре 250°С в течение 0,5. 1 часа за счет выделения дисперсных частиц оптимальной степени когерентности.

18. На основе расчетной модели и экспериментально определенных структурных параметров была рассчитана прогнозируемая прочность стали 20 после лазерного легирования различными нитридообразующими элементами, азотирования и старения. Расчеты показали, что наиболее существенный вклад вносят два механизма: твердорастворный - азотом и дисперсионный -частицами нитридов легирующих элементов. Причем доля дисперсионного упрочнения максимальна. Она тем больше, чем выше термодинамическая стабильность нитрида (в ряду Mo2N —> Cr2N —» VN), при упрочнении нитридами ванадия эта доля достигает 83%. Расчеты и экспериментальные результаты показали, что уровень дисперсионного упрочнения ферритной матрицы при образовании когерентных нитридных частиц существенно выше, чем некогерентных. Поэтому для достижения максимального уровня упрочнения следует обеспечить формирование структуры с дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, находящихся в оптимальной степени когерентности с матрицей, что регулируется путем оптимизации технологических параметров комбинированной обработки на каждой ее стадии.

19. Экспериментально установлено, что легирование стали с применением лазерного нагрева, как правило, приводит к образованию неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений как на поверхности, так и на границе зоны JIJI с матрицей. Причем уровень растягивающих напряжений тем выше, чем больше углерода в стали. Экспериментально показано, что последующее азотирование оказывает положительное влияние на характер распределения остаточных напряжений. После комбинированной обработки на поверхности стали формируются незначительные по величине остаточные напряжения сжатия, а неблагоприятные растягивающие напряжения исчезают.

20. Фрактографическими исследованиями установлено, что в изломе сталей, упрочненных по комбинированной технологии, наблюдаются вязкие составляющие, тогда как после лазерного легирования изломы стали 20 имеют явно выраженный хрупкий характер, что обусловлено значительным вкладом дислокационного механизма в общий уровень упрочнения. При комбинированной обработке на поверхности стали формируется структура, упрочненная дисперсными частицами нитридов легирующих элементов, затрудняющая зарождение трещины и способствующая эффективному её торможению, особенно на ранней стадии роста, а вклад дислокационного механизма упрочнения существенно уменьшается.

21. Установлено, что применение комбинированной технологии упрочнения позволяет повысить износостойкость азотированной стали 20 в 15 раз и получить поверхностный слой, обладающий в 1,5. .3 раза большей износостойкостью, чем нитраллои типа 38Х2МЮА, азотированные по аналогичным режимам, за счет высокой твердости поверхностного слоя и формирования на поверхности рельефа по типу Шарпи. Наилучшие результаты достигаются легированием алюминием, ванадием и хромом с последующим азотированием.

22. Экспериментально показано увеличение трещиностойкости образцов с покрытиями, полученными в результате комбинированного упрочнения, как в условиях статического, так и циклического нагружения в 1,5. 1,8 раза по сравнению с нормализованной сталью 20. Показано, что лазерные дорожки следует наносить без перекрытия. Наилучшие результаты при циклическом нагружении с частотой 0,1 Гц достигаются легированием ванадием и хромом с последующим азотированием, а при циклическом нагружении с частотой 200 Гц - молибденом. Легирование алюминием - не рекомендуется.

23. На основании результатов прогнозирования упрочнения, математического моделирования процесса азотирования, экспериментальных исследований влияния параметров каждого этапа технологического процесса и проведенных испытаний разработаны рекомендации по оптимальным технологическим режимам комбинированной технологии (ЛЛ+Ы+старение) для различных групп деталей машин:

- детали, работающие в условиях интенсивного изнашивания, от поверхности которых требуется высокая твердость и износостойкость, высокое сопротивление схватыванию, образованию выбоин, вмятин и т.д., рекомендуется изготавливать из стали 20, лазерное легирование рекомендуется проводить в импульсном режиме, если обрабатываемые площади невелики, и в непрерывном режиме - если поверхность достаточна обширна. После лазерного легирования в импульсном режиме излучения рекомендуется кратковременное азотирование в течение 3.4,5 ч при t = 570°С. После легирования в непрерывном режиме рекомендуется либо азотирование при t = 540° С, 29 ч, + старение при t = 250°С, 1 ч, либо только азотирование при / = 510° С, 7ч + / =

560° С, 6 ч. Наилучшие результаты достигаются при легировании алюминием (5.7%) или ванадием (15. 17%) с коэффициентом заполнения поверхности легированными зонами К3= 50%.

- детали машин, подвергающиеся контактным усталостным разрушениям, износу, заеданию, поломкам из-за усталости или кратковременных перегрузок, обладающие удовлетворительной вязкостью, например, валы, шестерни и т.д., рекомендуется изготавливать из стали с содержанием углерода 0,2.0,3%. Для тяжелонагруженных деталей, от сердцевины которых требуется повышенная прочность, рекомендуется использовать экономно легированные стали, например, 20Х, 30Х. Лазерное легирование поверхности рекомендуется проводить в непрерывном режиме. Наилучшие результаты достигаются при легировании ванадием (15. 17%) с нанесением лазерных дорожек по спирали навстречу друг другу для упрочнения деталей цилиндрической или конической формы с коэффициентом заполнения К3=50%. Легирование алюминием не рекомендуется. Далее - либо азотирование при <=540° С, 29 ч + старение при t = 250°С, 1 ч, либо только азотирование при f = 510° С, 7 ч + f = 560° С, 6 ч.

- детали, работающие при ударных нагрузках и повышенных температурах, от поверхности которых требуется высокая твердость и теплостойкость, а от сердцевины — повышенная вязкость, рекомендуется изготавливать из сталей преимущественно с содержанием углерода 0,3%. Предварительная термическая обработка - закалка + высокий отпуск. Лазерное легирование рекомендуется проводить в импульсном режиме для малогабаритных изделий и в непрерывном режиме - для крупногабаритных. Коэффициент заполнения поверхности упрочненными зонами К3 = 50%. Наилучшие результаты, удовлетворяющие требованиям, достигаются при легировании молибденом (5.8%), ванадием или хромом (15. 17%) с нанесением лазерных зон в шахматном порядке при импульсном режиме легирования и по диагонали для плоских поверхностей при непрерывном режиме' легирования. Легирование алюминием не рекомендуется. Азотирование - при t=570° С в течение 3.4,5 ч для поверхностей, легированных в импульсном режиме, и при t = 540° С, 29 ч для поверхностей, легированных в непрерывном режиме.

24. Внедрение разработанных технологий позволяет заменить дорогостоящие высоколегированные традиционно азотируемые стали на низкоуглеродистые, повысить в 1,5-1,8 раза срок службы изделий, эксплуатируемых в условиях интенсивного изнашивания, динамических и циклических нагрузок при повышенных температурах (автомобильные двигатели, инструмент, изделия для технологической оснастки и т.д.).

1. Прусаков Б.А. Проблемы материалов в XXI веке (обзор) // Металловедение и термообработка металлов. 2001№1. - С.3-5.

2. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. -М.: Металлургия. 1979. - 176 с.

3. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М.: Машиностроение. - 1979. - 191 с.

4. Хорнбоген Э. Получение гетерогенных микроструктур с использованием рекристаллизации // Проблемы разработки конструкционных сплавов: Пер. с англ. М.: «Металлургия», 1980. - С. 229-246.

5. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.: Металлургия. - 1979. - 208 с.

6. Orovan Е. in Dislocations in Metals, New York,AIME, 1954.

7. Прнка Т. Количественные соотношения между параметрами дисперсных выделений и механическими свойствами сталей//Металловедение и термическая обработка металлов. 1975. - № 7. - С. 3-8.

8. Кокс Ю.Ф. Статистическая теория упрочнения сплавов//Физика прочности и пластичности: Пер. с англ. М.: Металлургия. - 1972. С. 117132.

9. Nabarro F.R.N.//Rep. Conf. Strenght of Solids. Physical Society. London, 1948. P. 75-81.11 .Sanders W.T.//Phys. Rew. 1962. - V. 128. - P. 1540-1551.

10. Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Бронфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов: Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия. -1986. 312 с.

11. Келли А. Высокопрочные материалы: Пер. с англ. -М.: Мир, 1976.-262 с.

12. Н.Гуляев А.П. Металловедение. — М.: Металлургия. 1986. - 544 с.

13. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. Акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат. - 1976. - 1008 с.

14. Коган Я.Д., Булгач А.А. Расчет упрочнения металлов дисперсными нитридами по механизму Мотта-Набарро и Орована: Сб. науч. тр. Повышение надежности и долговечности машин и инструмента методами химико-термической обработки.-М.: МАДИ, 1981.-С. 12-21.

15. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние. - 1990. - 306 с.

16. Cottrell А.Н. Dislocations and plastic flow in crystals. Oxford, 1953.-412 p.

17. Nabarro F.R.N., Basinski Z.S., Holt D. B.//Adv. Phys. 1964. - V. 13. - № 50. -P. 840-856.

18. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение металлов. М.: Мир. - 1970.-403 с.

19. Лахтин Ю.М. Основы выбора материалов и упрочняющей технологии. Конструкционные стали: Учебное пособие/М.: МАДИ. 1993. - 80 с.

20. Саррак В.И., Суворова С.О., Ширяев В.И./ЛЗзаимодействие между дислокациями и атомами примесей и свойства металлов. Тула: ТПИ, 1974.-С. 20-38.

21. Мак-Лин Д. Механические свойства металлов: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1965. - 431 с.

22. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972.-408 с.

23. Бернер Р., Кронмюллер Г. Пластическая деформация монокристаллов. -М.: Мир, 1969.-272 с.

24. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия. - 1982. — 584 с.

25. Ashby M.F. Strengthening Methods in Crystals. Elsevier, Amsterdam, 1971. -p.137.

26. Kuhlmann-Wilsdorf D. //Trans. AIME. 1962. - V.224. - P. 1047-1051.

27. Гилман Дж. Дж. Физическая природа пластического течения и разрушения// Механика. -М.: Мир, 1962.-С. 99-151.

28. Тришкина Л.И., Попов С.Н., Подковка В.П., Конева Н.А. Дислокационная структура и деформационное упрочнение сплава PdaFe// Дислокационная и доменная структура и деформационное упрочнение сплавов. Томск: Изд-во Томск. Ун-та, 1984. - С. 14-27.

29. Мартин Дж. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов: Пер. с англ. М.: Металлургия. - 1983. - 167 с.

30. Конрад Х.//Сверхмелкое зерно в металлах. М.: Металлургия, 1973. - С. 206-219.

31. Тихонов А.С. Элементы физико-химической теории деформируемости сплавов. М.: Наука, 1972. - С. 7-68.

32. Petch N.J.//Phil. Mag. 1958. - V.3. - P. 1089-1097.

33. Но11 E.O.//Proc. Phys. Soc. Ser. B. 1951. - V. 64. - P. 747-756.

34. Петч Н.Д.// Атомный механизм разрушения. М.: Металлургия, 1963. -С. 30-58.

35. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: Пер. с англ. М.: Металлургия. - 1982. - 184 с.

36. Шашков Д.П. Дислокационный механизм упрочнения: Учебное пособие. М.: Литературный Фонд РФ, 1995.- С.60.

37. Langford G., Cohen М.// Trans. ASM. 1969. - V.69. - P. 623-638.

38. Hornbogen E., Staniek G. //J. Mat. Sci. 1974. - №9. - p. 879.

39. Беленький Б.З., Фарбер B.M., Гольдштейн М.И. // ФММ. 1975. - т.39. -№ 2. - С. 403-409.

40. Young S.M., Sherby O.D.//JISI. 1973. - V. 211. - № 9 . - P. 640-647.

41. Fleisher R.L. & W.R.Hibberd, N.P.L. Conf. «Structure & Properties of metals». H.M.S.O., 1964, 261.

42. F.B. Pickering, T. Gladman, «Metallurgical Developments in Carbon Steels». Spec. Rep. №81, Iron & Steel Inst., 1963, 10.

43. K.J. Irvine et al., J. Iron & Steel Inst, 1969,207,1017.

44. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. М.: Металлургия. - 1993. - 448 с.

45. Фридель Дж. О химическом упрочнении когерентными частицами выделений. В кн. Физика прочности и пластичности, М.: Металлургия.-1972.-С. 152-158.

46. Фридель Ж. Дислокации. Пер. с англ. М., Мир.- 1967. 643 с.

47. Mott N. F., Nabarro F.R.N., Rep. Conf. Strength of Solids, Physical Society, London, 1948, p. 1.

48. V. Ceroid, H. Haberkorn, Phys. Status Solidi, 1966, 16, 675.

49. L.M. Brown, R.K. Ham, Strengthening Methods in Crystals, 1971, Elsevier, 9.

50. Knowles G., Kelly P. «Effect of Second-Phase Particles on the Mechanical Properties of Steel», The Iron and Steel Institute, London, 1971, p. 1.

51. Келли А., Николсон P. Дисперсионное твердение, пер. с англ. М.: «Металлургия», 1966, 300 с.

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

53. Foreman A.Y.E., Makin M.I., Phil. Mag., 1966, v. 14, p. 911.

54. Эшби И.Ф. О напряжении Орована в кн. Физика прочности и пластичности, М.: «Металлургия», 1972. 88-106.

55. Хирш П.Б., Хэмпфри Ф.Дж. Пластическая деформация двухфазных сплавов, содержащих малые недеформируемые частицы в кн. Физика прочности и пластичности, М.: Металлургия.- 1972.- С. 158-185.

56. Fisher I.L., HartF.W., Prep. R.H., Acta Met., 1953, № 1, p. 336.

57. Гольдштейн М.И., Гринь А.В., Блюм Э.Э., Панфилова Л.М., Упрочнение конструкционных сталей нитридами. М.: Металлургия. 1970. - 223 с.

58. Nicholson R.B. Proc. Conf. «Effect of Second-Phase Particles on the Mechanical Properties of Steel», The Iron and Steel Institute, London, 1971, p. 1-8, 60-67.

59. Коттрелл A.X. В кн. «Атомный механизм разрушения», М.: Металлургия. - 1963.- С. 30-58.

60. W. Е. Duckworth and J.D. Baird, J. Iron Steel Inst., 1969,207,861.

61. W. Koster et al., Arch. f.d. Eisen., 1954, 25,569.

62. T.Gladman and F.B. Pickering, J. Iron Steel Inst., 1966, 204, 112.

63. F.B. Pickering, Transformation and Hardenability in Steel, 1967,Climax Molibdenum Co., 109.

64. Тихомирова Л.Б., Каллойда Ю.В., Тушинский Л.И. Упрочнение углеродистой эвтектоидной стали способами ВТМДИО // Структура и конструктивная прочность стали // Под ред. Л.И. Тушинского. -Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т, 1974,- С. 110-114.

65. Тушинский Л.И., Токарев А.О. Регулируемое термопластическое упрочнение малоуглеродистой стали // Оптимальная структура стали для повышения конструктивной прочности / Под ред. Л.И. Тушинского. -Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т. 1983.- С. 15-23.

66. Evans A. G. Phil. Mag., 1972, 26, 1327. .

67. Kotilainen Н., Тбгтбпеп К. Fracture 1977 : Proceedings of the Fourth International Conference on Fracture (Waterloo, Canada), (Ed. D.M.R. Taplin), University of Waterloo Press, Canada, Vol. 2, p. 57, 141.

68. J. Gurland and J. Plateau, Trans. A.S.M., 1963, 56,442.

69. Тьен К.Дж. Разработка сплавов, упрочненных дисперсными оксидами и выделениями в кн. Проблемы разработки конструкционных сплавов. -М.: Металлургия. 1980. - С. 204-228.

70. Hornbogen, Е. '& Lutjering, G. Proceedings of the Fourth International Conference on Light Metals (Leoben, Vienna) Al-Verlag. Dusseldorf, 19753.85

71. Материаловедение и технология металлов: Учебник для вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2000. -638 с.

72. Wanatabe Т. // Res/ Mechanica. 1984. Vol.11, № 1.- P. 47-84.

73. Hodros E.D., McLean D. // Phil. Mag. 1974. - Vol. 29, № 4/ - P. 711-795.

74. McMahon C., Vite K.V. // Acta Met. 1979.- Vol. 27, № 4. - P. 507-513.

75. Lin I.M., Shen B.W. // Scripta Met. 1983. - Vol. 17, № 5. - P. 635- 638.

76. Валиев P.3., Кайбышев O.B. // Докл. АН СССР. 1981. - Т. 258Б № 1. - С. 92-95.

77. Тушинский Л.И. Новые пути создания оптимальных структур сплавов // Новые методы упрочнения и обработки металлов. Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т. - 1981.- С. 3-10.

78. Hahn, G. Т. and Rosenfield, A.R., Met. Trans., 1975, 6A, 653.

79. Rice, J. R. & Johnson, M.A. Inelastic Behaviour of Solids, (Ed. M.F. Kanninen et al.), McGraw-Hill, New York, 1970, P. 641.

80. Рыкалин H.H., Углов A.A., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. М.: Машиностроение. - 1985. - 496 с.

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

82. Allan Н., Sokol David W. Лазерный ударный наклеп многократной обработкой усеченными лазерными лучами. Патент 5911891, США МПК6 С21Д1109, В23К26/00, LSP. Technol., Опубл. 15.06.1999.

83. Allan Н. Лазерный наклеп при повышенных температурах. Патент 6203633, США МПК6 , С21Д1109, В23К26/00: LSP. Technol., Опубл. 20.03.2001.

84. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Лазерная химико-термическая обработка и наплавка сплавов. М.: Машиностроение. - 1986. - 59 с.

85. Андрияхин В.М., Еднерал Н.В., Мазорра Х.А., Скаков Ю.А. Лазерное легирование хромом стали У10 // Поверхность. Физика, химия, механика. № 10.-С. 134-139.

86. Архипов В.Е.,. Смоленская Т.А., Особенности лазерного легирования стали У10 при использовании наплавочного порошка на основе вольфрама // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. № 11.-С. 6-8.

87. Полетика И.М., Борисов М.Д., Гладышев С.А. Легирование малоуглеродистой стали с помощью интенсивных источников // Физика и химия обработки материалов. 1986. № 3. С. 135-138.

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

89. Булгач. А.А., Солодкин Г.А., Глиберман Л.А. Моделирование на ЭВМ кинетики роста нитридов в азотированном слое // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984.- №1. С. 30-35.

90. Миркин И.Л., Мариненко Л.С., Любчик М.А. Основные факторы структуры сплавов, определяющие их жаропрочные свойства//Структура и свойства жаропрочных металлических материалов. М.: Наука, 1973. — С. 140-147.

91. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2002. Юбилейный научно-технический сборникЛ1од. Ред. Е.Н. Каблова. МИСИС, «ВИАМ», М.: 2002. -422 с.

92. Фаткуллин О.Х., Зверева Е.А., Гриц Н.М. Гранулируемые никелевые сплавы. В кн. «Новые цветные сплавы». М.: 1990. С. 118-126.

93. Мровец С., Вербер Т. Современные жаростойкие материалы. Пер. с польск. М.: Металлургия, 1986. - 360 с.

94. Goto Shoji, Shiqeyasu Koda. Internal Oxidation of Dilute Ni-Al Solid Solution//! Jap. Inst. Metals. 1968. - V.32. - P.334-339.

95. Whittle D.P., Shida Y., Wood G.C. Enhanced diffusion of Oxygen During Internal Oxidation of Nickel-Base Alloys//Phill. Mag. 1982. - A46. -№6. -P.931-946.

96. Hindam H., Whittle D. P. High Temperature Internal Oxidation Behavior of Dilute Ni-Al Alloys//J. Mater. Sci. 1983. - V.18. - №5. -P.1389-1404.

97. Данелия Е.П., Розенберг B.M. Внутреннеокисленные сплавы. М.: Металлургия. - 1978. -231 с.

98. Murphy R. J., Grant N J. Titanium carbide Dispersion-Strengthened Nickel by Internal Carburization//Trans. AIME. 1967. - V.60. - P.29-36.

99. Christie W., Christ H.J., Sockel H.G. Aufkohlung von Hochtemperaturwerkstoffen. Teil II. Experimentelle von Uberprufung der rechnergestutzten Beschreibung von Eindiffiision und Ausscheiolung//Werkstf. und Korros. 1986. - Bd 37. - №8. - S.437-443.

100. Norton J .F., Blidegn L., Canetoli S. e. a. Factors affecting the High-Temperature Carburization Behaviour of Chromium-Nickel Alloys in Caseous Environment//Werkstf. und Korros. 1981. - Bd 32. - №11. - S.467-478.

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

102. Iden D. I., Himmel L. Internal Nitriding of Tungsten-Base Alloys Containing Hafnium//Acta Met. 1969. - V. 17. - №12. - P. 1483-1499.

103. Левинский Ю.В., Левин И.Б., Батаева Л.А., Хвостиков В.Д. Влияние внутреннего азотирования на свойства сплава Мо-0,3%Ш//Изв. Ан СССР. Металлы. 1979.-№5.-С.150-153.

104. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Голубева О.Г., Данелия Е.П. Внутреннее азотирование сплавов системы хром-титан // Йзв. АН СССР. Металлы. -1984. — №1. -С.188-190.

105. Driver J.H., Handly J.R., Jack К.Н. Substitutional-Interstitial Solute-Atom Interaction in Nitrided Austenitic Steel // Scand. J. Met. 1972. - №1. — P.211-216.

106. Петрова Л.Г. Физико-химические закономерности внутреннего азотирования многокомпонентных сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. №2. - 1995. - С. 2-9.

107. Петрова Л.Г. Внутреннее азотирование жаропрочных сталей и сплавов// Металловедение и термическая обработка металлов. №1. -2001.-С. 10-17.

108. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В. Азотирование тугоплавких металлов. М.: Металлургия. - 1972. - 160 с.

109. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Голубева О.Г., Данелия Е.П. Азотирование хрома и его сплавов при 1000-1200°С//Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. - №1. - С. 2-5.

110. Лахтин Ю.М. Высокотемпературное азотирование/УМеталловедение и термическая обработка металлов. 1991. - №2. - С.25-29.

111. Mukherjee А. X., Martin J. W. Hardening of a Molybdenum Alloy by Nitride Dispersions//J. Less-Common Metals. 1960. - V.2. - №5. - P.392-398.

112. Podgurski H.H., Knechtel H.E. Nitrogenation of Fe-Al Alloys. I. Nucleation and Growth of Aluminium Nitride//Trans. AIME. 1969. - V.245. - P.1595-1602.

113. Podgurski H.H., Oriani R.A., Davis F.N. Nitrogenation of Fe-Al Alloys. II. The Adsorption and Solution of Nitrogen in Nitrogenated Fe-Al Alloys//Trans. AIME. 1969.-V.245. - P. 1603-1608.

114. Cuddy L.J., Podgurski H.H. Mechanical Properties of Internally Nitrided Fe-Ti and Fe-Nb Alloys//Metal. Trans. 1977. - V.8A. - №2. - P.245-251.

115. Miyamura Hiroshi, Takada Jun, Kuwahara Hideyuki. Ion-Nitriding Behavior of Fe-Ti alloys in the a-phase region//J. Mater. Sci.-1986.-V.21— №7.-P.2514-2518.

116. Pope M., Grieveson P., Jack K.H. Nitride Precipitation in Ferritic Iron-Vanadium Alloys//Scand. J. Met. 1973. - V.2. -№1. -P.29-43.

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

118. Лахтин Ю.М., Силина Н.В. Природа высокой твердости легированного феррита после азотирования, Металловедение и термическая обработка металлов. № 6. - 1977. - С. 23-31.

119. Гаврилова А.В., Герасимов С.А., Косолапое Г.Ф., Тяпкин Ю.Д. Исследование тонкой сруктуры азотированных сталей, Металловедение и термическая обработка металлов. № 3. - 1974. - С. 14-20.

120. Окамото М., Миякава О. Улучшение свойств хромоникелевых сплавов с 20% хрома методом азотирования. Азот как легирующий элемент в жаропрочных сплавах, Тэцу то хаганэ. 1961. 7. - № I. - С. 4352.

121. Evans Н. Е. New High Resisting Stainless Steels, Nature, 1972, 235, 219-220.

122. Ozbaysal K., Inal O.T. Precipitation hardening of maraging steels during ion nitriding, Ind. Heat., 1990, 57, № 3, c.35-37.

123. Kuwahara Hideyuki, Matsuoka Hiroaki, Takada Jun, Kikuchi Shiomi, Tomii Youchi, Takayama Toru. Ammonia gas nitriding of Fe-18Cr-9Ni alloy at lower than 823K, J. Mater. Sci., 1990, 25, №9, c. 4120-4124.

124. Hamaishi K., Sueuoshi H. Gas Nitriding without Chemical Treatment ofth

125. Austenitic Stainless Steels, 11 Congr. Int. Fed. Heat Treat, and Surface Eng. and 4th ASM Heat Treat, and Surface Eng. Conf. Eur., Florence, 19-21 Oct., 1998. Proc. Vol. 1. Milano, 1998, p.331-340.

126. Яхнина В.Д., Мещеринова Т.Ф. Азотирование низкоуглеродистых нержавеющих сталей, Металловедение и термическая обработка металлов. № 3. - 1974. - С. 34-37.

127. Петрова Л.Г. Высокотемпературное азотирование аустенитных сталей//«Методы поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов». Сб. науч. трудов МАДИ(ТУ), М., 2000. С. 50-58.

128. Sridharan К., Conrad J. R., Worzala F. J., Dodd R.A. Elevated temperature nitrogen ion implantation of incoloy 908 and 909 using the plasms source ion implantation process, Mater. Sci and Eng. A., 1990, 128, № 2. C. 259-268.

129. Коган Я.Д., Шашков Д.П., Лихачева Т.Е. Влияние деформации с последующим азотированием на свойства сплавов ниобия, Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. - № 10. - С. 35-37.

130. Панайоти Т.А. Влияние закалки и старения на сопротивление малым пластическим деформациям азотированного ниобия и его сплава МН-1, Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. - № 7. -С. 33-36.

131. Лахтин Ю.М. Влияние азотирования на свойства жаропрочных сплавов// Структура и свойства жаропрочных металлических материалов. М.: Наука. - 1973. - С. 225-228.

132. Лахтин Ю.М., Фетисова И.П. Влияние высокотемпературного азотирования на механические свойства жаропрочных сталей//3ащитные покрытия на металлах. 1971. - Вып.83. - №5. - С. 83-88.

133. Коган Я.Д., Лахтин Ю.М., Шашков Д.П. Влияние азотирования на жаропрочность и температурный порог хрупкости молибденовых сплавов// Металловедение и термическая обработка металлов. 1968. — №9.-С. 20-26.

134. Шашков Д.П. Влияние азотирования на жаропрочность и хрупкость ниобиевого сплава ВН2АЭ//Физика металлов и металловедение. 1978. -Вып.46. - №2. - С. 396-403.

135. Михалев М.С., Богачев И.Н.//Технология производства черных металлов: Сб. № 1. Труды УралНИИЧМ, Металлургиздат, 1961. С. 145159.

136. Иванова B.C., Гордиенко Л.К., Геминов В.Н. и др. Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов. М.: Наука. - 1965. - 180 с.

137. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. М.: Металлургия. - 1993. - 448 с.

138. Greday Т., Luttz A. //Centre National de Recherches Metallurgiques. -1966. — V.8. P.29-47

139. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Г.-И. Шпис, 3. Бемер. Теория и технология азотирования.- М.: Металлургия. 1991. - 320 с.

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

141. Белоцкий А.В., Пахаренко О.Г., Пермяков В.Г., Самсонюк И.М. О растворимости азота в легированном феррите// Украинский физический журнал. 1968. Т.13. №10. с. 1749-1751.

142. Матюнин.В.М. Механические и технологические испытания и свойства конструкционных материалов. М.: Изд-во МЭИ, 1986. - 124 с.

143. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Булгач А.А. Влияние легирующих элементов на термодинамическую активность и растворимость азота в фазах азотированного слоя // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1982.-№4.-С. 15-18.

144. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов, М.: «Металлургия», 1982, 176 с.

145. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение. -1978.- 184 с.

146. Папшев Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. М.: Машиностроение. - 1968. - 152 с.

147. Муханов И.И., Голубев Ю.М. Упрочнение стальных деталей шариком, вибрирующим с ультразвуковой частотой // Вестник машиностроения. 1966. - №11. - С. 52-53.

148. Абрамов О.В., Хорбенко И.Г., Швеглаш Ш. Ультразвуковая обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1984. 268 с.

149. Казанцев В.Ф. Особенности пластического деформирования при ударном ультразвуковом воздействии // Акустика и ультразвуковая техника. Киев, 1980. - Вып.16. - С. 58-76.

150. Казанцев В.Ф., Статников Е.Ш. Ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование твердых тел // Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов / Под ред. А.И. Манохина. М. - 1986. - С. 186-216.

151. Кулемин А.В., Кононов В.В., Стебельков И.А. Применение ультразвука для упрочнения деталей // Пути повышения эффективности использования ультразвукового технологич. оборудования для обработки материалов в 11-й пятилетке / ЛДНТП. Л., 1981. - С. 40-44.

152. Муханов И.И. Ультразвуковая упрочняюще-чистовая обработка стали и чугуна // Вестник машиностроения. 1968. - № 6. - С. 51-54.

153. Марков А.И., Устинов И.Д. Ультразвуковое алмазное выглаживание деталей режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979.- 54 с.

154. Грабчак В.П., Кулемин А.В. Влияние ультразвука на диффузию атомов примесей и дислокационную структуру. Акуст. журнал., 1976, т. 22.-№6.- С. 838-844.

155. Зиненкова Г.М., Штропс Е.В. Кухаренко Е.А. Источники дислокаций в монокристаллах хлористого натрия под влияниемультразвукового поля. В кн.: Динамика дислокации. Харьков: ФТИНТ,1968. С. 235-242.

156. Тянушина Н.А., Штрале Е.В. Размножение дислокаций в монокристаллах цинка под влиянием ультразвука. ФММ, 1967, т. 23, № 4, С. 744-747.

157. Пинес В.Я., Омельяненко И.Ф. Размножение дислокаций в металлических и ионных кристаллах под действием ультразвука. — ФММ,1969, т. 28. -№ 1,С. 110-114.

158. Технологические остаточные напряжения / Под ред. А.В. Подзея. — М.: 1973.-212 с.

159. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. М.: Машиностроение. - 1992. - 480 с.

160. Влияние акустических параметров режима ультразвуковой упрочняющей обработки на характеристики поверхностного слоя / Е.А. Дрожжина, В.В. Зубенко, В.Ф. Казанцев, З.И. Поляков // Физика и химия обработки материалов. 1982. - №6. - С. 18-24.

161. Марков А.И. Применение ультразвука при механической обработке и поверхностном упрочнении труднообрабатываемых материалов // Применение ультразвука в пром. / Под ред. А.И. Маркова. М., 1975. - С. 157-180.

162. Приходько В.М., Каттос А.И., Карпов Л.И. Регуляризация микрорельефов поверхностей деталей машин с помощью ультразвуковых колебаний. М., 1987. - Деп. в ЦНИИТЭИАВТОПРОМ, №1544-АП 87.

163. Лужнов Ю.М. Строение поверхности и свойства тел при трении и износе. В кн. «Основы трибологии», М.: Изд-во «Центр наука и техника», 1995,778 с.

164. Браславский В.М. Технология обработки круглых деталей роликами. -М.: Машиностроение. 1975. - 160 с.

165. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Авергенков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника. 1977. -255с.

166. Булат СМ., Тихонов А.С., Дубрович А.И. Деформируемость структурно-неоднородных сталей и сплавов. М.: Металлургия. - 1975. -352 с.

167. Муханов И.И., Голубев К.М. Поверхностный слой стальных деталей машин после ультразвуковой чистовой и упрочняющей обработки // Металловедение и терм, обработка металлов. 1969. - №9. -С. 141-147.

168. Муханов И.И. Применение ультразвука при механической обработке и поверхностном упрочнении труднообрабатываемых материалов // Применение ультразвука в пром. М.; София, 1975. - С. 172-179.

169. Муханов И.И., Куроедов К.Б. Влияние упрочняюще-чистовой обработки ультразвуковым инструментом на контактную выносливость закаленных сталей // Опыт пром. применения ультразвуковой техники и технологии. М., 1976. - С. 100-104.

170. 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.

171. Хаскин В.Ю., Павловский С.Ю., Гаращук В.П., Шелягин В.Д. Лазерное термоупрочнение комплексно легированных сталей с низким и средним содержанием углерода./ Дом Нац. Акад. Наук Украши: 2000, №2, С. 102- 106.

172. Wear and fatigue properties of laser melted cast iron. Bergmann H. W., Henning W., Mordike B.L., " Strength Metals and Alloys (ICSMA7): Proc. 7th Int. Conf., Montreal, 12-16 Aug., 1985. Vd.2" Oxford e. a., 1986, 1595-1600 (англ.).

173. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки// Лазерная техника и технология. М.: Высшая школа, 1987.191 с.

174. Веденов А.А., Гладуш Г.Т. Физические процессы при лазерной обработке материалов. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.

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

176. Горшкова Т. А. Качественное рассмотрение процессов при лазерном легировании // «Материаловедение и металлургия»: Сб. науч. тр./ Нижегородского ГТУ, Н. Новгород.: 2002, С. 233-237.

177. Чалков Э.Ю., Скуднов В.А., Кикин П.Ю. Лазерное легирование стали 45 молибденом // Физические технологии в машиноведении. Сб. науч. тр. Нижегород. Гос. Техн. ун-т.Н. Новгород. 1998, С. 100-102.

178. Зеленов А.Е., Сазонова З.С., Александров В.Д., Н. Абдель Магид Расчет перемешивания при лазерном легировании металлов. -//Ресурсосберегающая технология поверхностного упрочнения деталей машин: Сб. науч. тр./МАДИ, М., 1987. С.101-105.

179. Массоперенос при обработке поверхности металлов оплавлением непрерывным лазерным излучением / Боровский И.Б., Городской Д.Д., Шарафеев И.М., Морящев С.Ф. // Докл. АН СССР. 1982. - Т.263. - № 3. -С. 616-618.

180. Архаров В.И., Яр Мухамедов И.Х. Прочностные свойства стали с карбидицированными и азотированными хромовыми покрытиями.

181. Металловедение и термическая обработка металлов, 1974., № 5. — С. 5152.

182. Шарлат Е.С. Свойства комбинированных покрытий на сталях // Сб. науч. трудов МАДИ. М., 1982. С. 49-53.

183. Бреббия К., Геллес Ж., Вроубел JL. Методы граничных элементов. П.: Мир, 1987.

184. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Булгач А.А. и др. Прогнозирование поверхностной прочности и твердости азотированного слоя сталей // Изв. АН СССР. Металлы. -1985. № 4. - С.165.

185. Рентгенографическое исследование остаточных напряжений, возникающих после импульсной лазерной закалки сталей / Великих B.C., Воронов И.Н., Гончаренко В.П. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1982. - № 6. - С. 138-143.

186. Влияние коэффициента перекрытия "пятен" закалки на остаточные напряжения после лазерной обработки /Великих B.C., Гончаренко В.П., Зверев А.Ф., Рудычев В.Г. //Металловедение и термическая обработка металлов. -1984. №. - С.23-24.

187. Распределение остаточных напряжений на поверхности сталей, упрочненных непрерывным СОг-лазером / Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Майоров B.C., Басков А.Ф., Ивашов Г.П. Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. № 9. - С.45-49.

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

189. Андрияхин В.М., Васильев В.А., Седунов В.К., Чеханова Н.Т. Влияние схемы упрочнения гильз цилиндров лазерным излучением // Металловедение и термическая обработка металлов.-1982.-№ 9-С.41-43.

190. Терентьев В.Ф., Федоров А.В. Влияние лазерного облучения на циклическую прочность стали ЗОХГСНА // Физика и химия обработки материалов. 1983. - № 6. - С. 146-147.

191. Терентьев В.Ф., Бочвар А.Г., Великих B.C., Романенко А.В., Квядарас В.П. Влияние импульсной лазерной закалки на статическую и циклическую прочность сталей 45 и 48 // Физ. и химия обработки материалов. 1985.-№ 2 .-С.137-138.

192. Чюплис В.А. Повышение циклической прочности деталей машин упрочнением поверхностей: Автореф. дис. канд. техн. наук. Каунас, 1984.-27 с.

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

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

195. Влияние лазерного упрочнения поверхности на усталостную прочность стали / Г.Г. Бородина, B.C. Крапошин, Ю.В. Курочкин, В.В. Степанов // Поверхность. Физика, химия, механика. 1986. - № 1.- С. 123127.

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

197. С о ленов С.В., Сироткин В.Б. и др. Особенности развития разрушения в легированных сталях, обработанных лазером //Лазерная технология. Вып. 6. 1988. - С.84-85.

198. Морозов Е.М. Концепция предела трещиностойкости. Заводская лаборатория. 1997. №12. - С. 42-46.

199. Расчеты и испытания на прочность. Экспериментальные методы определения напряженно-деформированного состояния элементов машин и конструкций. Определение макронапряжений рентгеновскими методами. Методические рекомендации. М.: ВНИИНМАШ, 1982. 61 с.

200. Иванов А.В., Челышев Н.А., Цвигун В.Н. Трещиностойкость объемно-закаленной рельсовой стали // Известия вузов, Черная металлургия. 1985. № 2. - С.37-41.

201. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыскин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. — Д.: Химия, 1978.-С.58.