автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Особенности структурной организации композиции "покрытие - металлическая основа" при экстремальном тепловом воздействии

На правах рукописи

КРЕИНИН Сергей Викторович

особенности структурной организации композиции «покрытие - металлическая основа» при экстремальном тепловом воздействии

Специальность 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение)

2 5 ипЯ ?П1П

автореферат <ил_ли

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону, 2010

004614244

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) на кафедре «Физическое и прикладное материаловедение».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор БРОВЕР Галина Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БЛЕДНОВА Жесфина Михайловна

(КубГТУ, г. Краснодар)

доктор технических наук, профессор ДОРОФЕЕВ Владимир Юрьевич

(ЮРГТУ, г. Новочеркасск)

Ведущее предприятие:

ГОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС) (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится 30 ноября 2010 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.058.01 при ГОУ ВПО «Донской государственный технический университет» по адресу: 344000, г.Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд.252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ДГТУ».

Автореферат разослан ^'октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент Г.В. Чумаченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Разработка и промышленное освоение новых методов поверхностной упрочняющей обработки и легирования позволяет создавать материалы, сочетающие износостойкую поверхность нанесенного покрытия и металлическую основу с заданным условиями эксплуатации уровнем свойств, что существенно повышает надежность и работоспособность изделий из инструментальных и конструкционных материалов, позволяет сократить затраты на производство и приобретение инструмента и деталей машин, увеличить производительность труда, улучшить качество механической обработки, уменьшить расход высоколегированных сгг(лей и т.д.

Существующие и промышленно освоенные методы нанесения покрытий имеют как достоинства, так и недостатки: недостаточная прочность сцепления покрытия с основой, пористость покрытия, высокий уровень остаточных напряжений, которые существенно снижают возможность их применение. .

Если термическая обработка покрытий производится при объемном нагреве изделий, то одновременно в структуре стальной основы может укрупняться зерно, понижаться твердость, при длительном термическом воздействии выгорают легирующие элементы покрытия. Это приводит к уменьшению твердости покрытий и снижению трещиностойкости изделия в целом.

Совершенствование продукции машиностроения затруднено без применения новых прогрессивных технологических процессов, позволяющих уменьшить- или устранить перечисленные выше недостатки, повысить надежность, обеспечить работоспособность деталей машин и инструмента в самых жестких условиях эксплуатации, при высоких температурах и в агрессивных средах. Этим вызвано расширяющееся применение упрочняющих технологий в ведущих отраслях машиностроения и широкие исследования, проводимые в нашей стране в области разработки новых способов и технологий нанесения и поверхностной тепловой обработки покрытий.

Проведение термической обработки покрытий без деградации структуры и ухудшения основных свойств металлической основы изделий возможно при воздействии на поверхность концентрированных потоков энергии (КПЗ), в частности, импульсного лазерного излучения.

Лазерная технология обработки покрытий обладает большими технологическими возможностями. Регулируя параметры энергетического воздействия, а также толщину, состав и структурное состояние нанесенных покрытий можно добиться заданного распределения температур по сечению изделий и регулировать строение и свойства как покрытия, так и переходной зоны, а также прилежащего к покрытию слоя металлической основы изделий в соответствии с требованиями условий эксплуатации и конструктивнб-

технологическими характеристиками облучаемых деталей машин и инструмента.

Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью структурно-фазовых превращений в поверхностных слоях материалов в условиях скоростного нагрева и легирования с использованием КГБ из покрытий разного состава, а также недостаточным объемом сведений о влиянии формирующихся структур на основные свойства упрочненных изделий и о возможности адаптации поверхностно-закаленного металла к условиям трения за счет протекания гаммы химических и структурных превращений, стимулируемых энергией, поглощаемой и рассеиваемой в зоне контакта, что осложняет практическую применимость процессов упрочнения и леги(5ования с использованием КПЭ для'повышения работоспособности деталей машин, инструмента и технологической оснастки.

В настоящей работе с научных позиций решается проблема оптимального использования концентрированных потоков энергии для поверхностной обработки и легирования сталей и сплавов. В частности, рассматриваются вопросы влияния энергетических характеристик и условий обработки на эффективность термообработки покрытий, а также изучаются особенности организации структуры покрытий разного состава в условиях гипернеравновесных фазовых переходов. На базе результатов систематических экспериментальных исследований процесса лазерного легирования сталей и сплавов из покрытий разного состава в работе созданы физические модели явлений, позволяющих конструировать структуру композиции «оплавленное покрытие - переходная зона - основной металл», обладающую заданным уровнем эксплуатационных свойств и трещиностойкостью. Рассмотрены также варианты вплавления в поверхностные слои сталей и сплавов твердых частиц разного состава из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием, ионно-плазменным напылением, что позволило получить структурные композиции, адаптируемые к температур-но-силовым нагрузкам при эксплуатации или индифферентные к ним. Рассмотрен структурный механизм уменьшения хрупкости и повышения качества твердых сплавов и керамики за счет лазерного жидкофазного граничного спекания и легирования поверхностных слоев.

Основные результаты работы получены в период 2007-2010 г.г. при выполнении фундаментальных научно-исследовательских работ по программе Федерального агентства по науке и инновациям «Развитие системы ведущих научных школ» на тему «Разработка программного мониторинга структурной самоорганизации металлических сплавов при экстремальном баротермическом воздействии в упрочняющих технологиях», фундаментальных научно-исследовательских работ по заданию Федерального агентства по образованию Минобрнауки России в рамках ЕЗН ДГТУ «Создание системы

новых научных знаний о возможности получения наноструктурных состоя^ ний за счет применения комбинированных методов лазерной, плазменной и объемной термической обработки при внешних механическом, ультразвуковом, магнитном и других воздействиях с целью разработки инновационных технологий упрочнения сталей и сплавов».

Цель работы. Разработка технологических принципов лазерного легирования изделий различного функционального назначения из покрытий разного состава на основе изучения структурной организации композиции «покрытие - металлическая основа» при высокоэнергетическом лазерном воздействии, обеспечивающем заданный уровень эксплуатационных свойств. Научная новизна Научная новизна диссертационной работы заключается в получении следующих научных результатов:

1. Металлофизическими методами показана возможность получения спектра структурных состояний в композиции «химические, гальванические, порошковые покрытия - переходная зона - металлическая подложка» путем импульсной лазерной обработки с оплавлением поверхности; установлено, что, в отличие от объемного нагрева, при этом сохраняются исходная структура и свойства подложки в целом, формируется переходной диффузионный слой большей глубины, в облученном покрытии достигаются высокие твердость и износостойкость; уменьшается уровень напряжений и опасность трещинообразования вследствие протекания в тонком, прилежащем к покрытию слое металлической подложки высокотемпературного отпуска или рекристаллизации.

2. Вскрыт механизм и объяснена природа ускоренного массопереноса в переходной зоне от покрытия к металлической подложке при гиперскоростной лазерной обработке, обусловленного несколькими причинами, в том числе большими значениями коэффициентов диффузии атомов в оплавленном покрытии, его конвективным перемешиванием (эффект Марангони), а также высокими градиентами температур в облученных зонах после кристаллизации покрытий (термодиффузия Соре).

3. Количественная оценка элементов структуры в зонах лазерной обработки- покрытий с использованием сканирующей зондовой микроскопии и программы компьютерной обработки изображений позволила выявить взаимосвязь исходного строения покрытий с эволюционирующей при лазерном воздействии структурой; показано, что лазерное облучение на оптимальных режимах приводит к диспергированию структурных составляющих покрытий (твердых растворов, химических соединений, интерметаллидов, карбидов, нитридов), что является доминирующей причиной повышения их механических и эксплуатационных свойств.

4. С использованием математического моделирования разработаны и подтверждены экспериментально принципы прогнозирования механических, технологических и эксплуатационных свойств покрытий, полученных элек-

троискровым легированием, ионно-плазменным напылением, химических, гальванических, порошковых покрытий на сталях и сплавах при лазерной обработке с разной плотностью мощности излучения; обоснованы оптимальные режимы лазерного облучения покрытий разного состава для изделий различного функционального назначения.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности■

В диссертации изложены научно обоснованные технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса. В частности, установлены основные технологические схемы лазерного упрочнения; даны рекомендации по практической реализации технологического процесса лазерного легирования деталей машин и инструмента из покрытий разного состава.

Разработанный в результате теоретических и экспериментальных исследований технологический процесс упрочнения изделий различного функционального назначения апробирован на ряде предприятий: ЗАО «РЗ СИТО» (г.Ростов-на-Дону ), ОАО «Тагмет» (г.Таганрог), ООО "Металлообработка" (г.Ростов-на-Дону), ОАО «Донпрессмаш» (г.Ростов-на-Дону).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в виде содержательной части текстов лекций, учебных пособий, раскрывающих теоретические и технологические особенности методов поверхностного легирования материалов концентрированными потоками энергии из покрытий разного состава; при чтении курсов "Упрочнение поверхности концентрированными потоками энергии", "Теория и технология термической и химико-термической обработки".

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены за период с 2008 по 2010 год на 10 международных научно-технических конференциях, в том числе: VI международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2008), 10-й международной научно-практической конференции «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (Санкт-Петербург, 2008), IV международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2008), VI международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2009), VI международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010), VIH международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2010), IX международной научно-технической конференции «Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии на преприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» (Ростов-на-Дону, 2010).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов научных исследований.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 234 страницах машинописного текста и состоит из введения; 8 глав основной части; выводов; списка литературных источников из 137 наименований; приложения, содержащего результаты математического моделирования те-плофизических процессов при лазерной обработке различных покрытий и документы об использовании технологического процесса лазерного легирования в производстве. В тексте диссертационной работы содержится 170 рисунков и 3 таблицы.

Работа выполнена на кафедре «Физическое и прикладное материаловедение» Донского государственного технического университета в период 2007-2010 годов при непосредственном участии к.т.н., доцента Бровера A.B., по научному направлению кафедры, научным руководителем которого является д.т.н., профессор, Заслуженный деятель науки РФ Пустовойт В.Н., которым автор выражает искреннюю признательность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В первой главе диссертации выполнен критический обзор литературных данных, иллюстрирующих современный уровень разработок в области поверхностного легирования сталей и сплавов из покрытий разного состава с использованием источников концентрированных потоков энергии, в том числе лазерного излучения.

Физическая картина процессов и технологическая перспективность гиперскоростной термической обработки конструкционных и инструментальных сталей сформулированы в работах ученых Рэди Дж,, Рыкалина H.H., Углова A.A., Кокоры А.Н., Миркина Л.И., Криштала H.A., Григорьянца

A.Г., Сафонова А.Н., Коваленко B.C., Веденова A.A., Зуева И.В., Крапошина

B.C., Тушинского Л.И., а также ученых научной школы кафедры "Физическое и прикладное материаловедение" Донского государственного технического университета (В.Н. Пустовойта, Г.И. Бровер, Ю.М. Домбровского, О.В. Кудрякова, В.Н.Варавка, A.B. Бровера, Л.Д. Дьяченко).

Анализ приведенных в литературе результатов исследований приводит к убеждению, что проблема термической обработки и микролегирования поверхности покрытий с использованием высококонцентрированных потоков энергии далеко не полностью решена в теоретическом и практическом отношениях. В частности, в настоящее время отсутствуют:

• единые представления о физической природе механизмов структурной самоорганизации в поверхностных слоях композиционных покрытий разного состава на сталях и сплавах при экстремальном тепловом воздействии с оплавлением поверхности;

• описание механизма массопереноса легирующих элементов в жидкой фазе, определяющего особенности строения зоны лазерной закалки из жидкого состояния, переходной зоны композиции «оплавленное покрытие -металлическая подложка» и тонкого прилежащего к покрытию слоя основного металла; 1

• сведения о влиянии формирующихся структур на основные свойства облученных изделий и о возможности адаптации поверхностно-легированного металла к условиям трения за счет протекания гаммы химических и структурных превращений, стимулируемых энергией, поглощаемой и рассеиваемой в зоне контакта, и ряд других вопросов.

Некоторые результаты экспериментов, обсуждаемые в литературе, противоречивы, что также свидетельствует об отсутствии единых взглядов на механизм взаимодействия лазерного излучения с различными покрытиями. Значительное количество нерешенных вопросов как теоретического, так и прикладного характера создает большие трудности в освоении и промышленном внедрении технологий лазерного легирования деталей машин, инструмента и технологической оснастки.

На основании вышеизложенного сформулирована цель и следующие задачи диссертационной работы,

1. Теоретический анализ топографии температурного поля для квазистационарного режима генерации импульсного лазера при нагревании и при охлаждении после прекращения действия лазерного импульса при обработке покрытий на сталях и сплавах. Выбор и обоснование оптимальных параметров режима лазерной обработки покрытий разного состава.

2. Создание физических представлений о возникновении и природе фазовых переходов, явлениях ускоренного массопереноса, струкгурообразова-ния в композиции «покрытие - переходная зона - металлическая подложка» при экстремальном тепловом воздействии.

3. Количественная оценка элементов структуры в лазерно-легированных зонах облученного пятна при вплавлении твердых частиц разного состава из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием поверхности и ионно-плазменным напылением.

4. Определение структурных особенностей процесса жидкофазного контактного плавления и легирования поверхностных слоев твердого сплава и керамики при воздействии лазерного излучения.

5. С использованием методик математического моделирования разработка и экспериментальное подтверждение принципов прогнозирования механических, технологических и эксплуатационных свойств материалов с учетом структурных особенностей процесса легирования при гиперскоростной лазерной обработке, зависящих от режима лазерной обработки, состава и способа создания покрытий, состава и объемной термообработки металлической подложки.

6. Формирование новой информационной базы, позволяющей обоснованно назначать режимы поверхностной лазерной обработки различных покрытий для получения заданной структуры композиции «покрытие - металлическая подложка» с повышенной трещиностойкостъю и необходимым уровнем эксплуатационных свойств.

7. Разработка технологических принципов лазерной поверхностной обработки покрытий разного состава на сталях и сплавах, используемых для изготовления деталей машин, инструмента и технологической оснастки.

Все многообразие вопросов, затронутых в диссертации, объединено общей идеей изучения закономерностей влияния энергетических характеристик и условий обработки на эффективность лазерного воздействия при поверхностном легировании и обработке покрытий разного состава, что позволит расширить пути целенаправленного воздействия на структуру и получить свойства поверхностных слоев, необходимые для различных условий эксплуатации.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Во второй главе описаны исследованные материалы и методики проведения экспериментов.

Материалами для исследований послужили стали: сталь 45, У8, У10А, У12, Х12М, Х12Ф1, PI8, Р6М5, латуни^ твердые сплавы ВКб, Т15К6, керамика на основе AI2O3.

В ходе выполнения работы проведено комплексное металлофизиче-ское исследование физической природы и механизма структурообразующих процессов лазерного легирования сталей и сплавов широкого технологического спектра из покрытий разного состава. Базовую экспериментальную основу работы составили методы исследования тонкой структуры: оптическая и сканирующая зондовая микроскопия, микрорентгеноспектральный, рентгеноструктурный анализ. Сформированная база данных обеспечивает поле для корреляционного и дисперсионного анализа с целью выявления наиболее значимых управляющих параметров для математического моделирования физических механизмов гипернеравновесных процессов фазовых и структурных превращений

Импульсное лазерное облучение проводились на технологических установках: "Квант-1б" и "ГОС-ЗОМ". Изменение энергии излучения, степени дефокусировки луча (3-6 мм), длительности импульса излучения (1-6) 10"3 с позволили варьировать плотность мощности излучения в широких пределах (50-250 МВт/м2).

Основные свойства материалов определялись на стандартном оборудовании по стандартным методикам.

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

3. ВЫБОР СОСТАВА ИССЛЕДУЕМЫХ ПОКРЫТИЙ, ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

В главе представлены результаты экспериментов, иллюстрирующих влияние легирующих элементов на особенности строения и свойств сталей после импульсной лазерной обработки. Приведенные данные имели целью проведение сравнительного анализа полученных ранее результатов по лазерному упрочнению с закалкой из твердого и жидкого состояний с возможностями, возникающими при лазерном легировании.

Обсуждается структура зон лазерной закалки, а также степень влияния параметров режима лазерной обработки на эффект упрочнения в них. Результаты металлографических, дюрометрических и рентгеноструктурных исследований убедительно доказывают, что наиболее существенными структурными факторами, регулирующими эффект упрочнения в покрытиях разного состава на сталях и сплавах при лазерной обработке, являются выбор оптимального исходного состава покрытий и формирование наиболее благоприятного режима выделения (либо растворения) упрочняющих фаз (карбидов, нитридов, интерметаллидов, химических соединений) в условиях температурно-силового воздействия при лазерном облучении или при последующей эксплуатации упрочненных изделий.

4. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ПОКРЫТИЯХ ПРИ ИХ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ С ГИПЕРВЫСОКИМИ СКОРОСТЯМИ. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Глава посвящена исследованию теплофизических особенностей процессов, • протекающих в покрытиях разного состава при их поверхностной термообработке, а также математическому моделированию тепловых процессов в зонах лазерной обработки

Информация о тепловом состоянии покрытой в процессе термообработки имеет большое значение, так как является исходной для анализа геометрии зо-

ны термического влияния, характера и степени завершенности фазовых превращений, напряженно-деформированного состояния, свойств легированной поверхности.

Поскольку экспериментальное измерение температуры в зонах скоростной импульсной лазерной обработки затруднено небольшой глубиной обработки и высокой скоростью изменения температуры, что не позволяет использовать в качестве регистрирующего элемента ни термопары, ни другие измерительные элементы, имеющие большую инерционность, в работе использовались методы математического анализа уравнений теплопроводности. Получен ряд интегральных характеристик процесса импульсного лазерного облучения для случая одномерной тепловой модели без учета зависимости теплофизических свойств материалов от температуры. Это дает возможность анализировать механизмы протекания теплофизических процессов в материалах в относительно простых соотношениях при сохранении их принципиальных свойств, что удобно для инженерных расчетов.

Современные средства ЭВМ позволяют получать объемное изображение распределения тепловых полей - термограмму (рис. 1,в), однако с её помощью не представляется возможным точно определить значения температур в заданной точке. Поэтому в работе пользовались двухмерными графиками представления результатов. Так на рисунке 1,а,б приведены результаты расчета максимальной температуры и скорости нагрева; достигаемых в процессе лазерного воздействия на покрытия по глубине, выполненные на ЭВМ с использованием пакета МаМСАО.

а

в

6

Рис. 1. Распределение температуры вглубь М-Р покрытия на стадии нагрева (а), скорость нагрева в покрытии по глубине (б) (1 - начало действия лазерного импульса, 2 - конец действия); температурное поле в Р покрытии во время лазерного облучения (в)

Исходя из теплофизического анализа процесса лазерного облучения материалов определена зависимость глубины оплавленного слоя покрытий разного состава от плотности мощности излучения. Это позволило обоснованно выбирать оптимальные режимы лазерной обработки для достижения в зоне контакта покрытия с металлической подложкой температуры плавления основного элемента покрытия, что является необходимым условием ускоренной взаимной диффузии компонентов покрытия и подложки и приводит к повышению прочности сцепления в композиции «покрытие - основа».

Установлено и экспериментально подтверждено, что рекомендуемая плотность мощности излучения при лазерной обработке никелевых покрытий составляет 100 МВт/м2, хромовых покрытий - 150 МВт/м2, цинковых покрытий - 70 МВт/м2. Лазерную обработку порошковых покрытий следует проводить при q < 150-175 МВт/мг, покрытий, полученных электроискровым легированием, при q < 150 МВт/мг, ионно-плазменным напылением q < 125 МВт/м2. Для твердых сплавов поверхностное легирование рекомендуется проводить с q < 175 МВт/м2.

Результаты расчета достигаемых температур по глубине покрытий позволили также определить температуру на поверхности и на заданной глубине металлической подложки и установить характер структурно-фазовых превращений в тонком прилежащем к покрытию ее слое. •.>•'■

5 ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИЦИИ «ХИМИЧЕСКИЕ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ - МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПОДЛОЖКА» В ПРОЦЕССЕ ЛАЗЕРНОГО ОПЛАВЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 5.1 Для определения возможностей и областей применения лазерного термоупрочнения химических покрытий получена надежная качественная и количественная информация об изменении их структуры и свойств после объемного нагрева при разных температурах в течение разного времени нагрева, а также с разной скоростью нагрева и охлаждения. Установлено, что повышение температуры нагрева химических покрытий оказывает более сильное влияние на фазозый состав и степень распада а-твердого раствора фосфора в никеле, чем увеличение времени выдержки при разных температурах; с повышением температуры нагрева происходит интенсификация выделения химических соединений и интерметалл ид ных фаз.

Перечисленным определяется выбор для термообработки химических покрытий высокотемпературной скоростной лазерной обработки, которая позволяет сочетать в поверхностных слоях изделий свойства, создаваемые отдельными элементами, с особыми свойствами их соединений с элементами подложки. При этом возможно формирование твердых растворов с различной концентрацией легирующих элементов или образование химических соединений и интерметаллидных фаз.

5.2. Рассмотрено строение зон лазерной обработки никелевых покрытий на стальной подложке. Показано, что непосредственно после осаждения

химические покрытия на никелевой основе имеют недостаточно высокую прочность сцепления с подложкой, в связи с чем появляется необходимость в проведении их термической обработки. Лазерная поверхностная термообработка имеет преимущества перед объемным нагревом, что объясняется сокращением времени распада твердых растворов, уменьшением возможности выгорания легирующих элементов из поверхностных слоев образцов, в том числе уменьшением окисляемости поверхности, формированием текстуры в поверхностных слоях материалов, что в совокупности приводит к повышению твердости и износостойкости упрочненных покрытий.

Взаимодействие импульсного лазерного излучения с покрытиями сопровождается сложным комплексом структурных и фазовых превращений. Облученные участки имеют гетерогенное строение. В общем случае они состоят из трех структурных зон, различающихся температурным интервалом образования, фазовым составом, степенью травимости и твердостью. В центральной части пятна поглощается максимальное количество энергии, достигается максимальная температура нагрева, формируется зона лазерной закалки из жидкого состояния. При лазерном облучении покрытий на стальной подложке в объемно-закаленном состоянии в тонком (20-40 мкм), прилежащем к покрытию слое формируется зона высокотемпературного кратковременного отпуска или закалки (полной или неполной) в зависимости от марки стали.

В процессе лазерной обработки химическое №-Р покрытие разогрева ется до таких температур, что переходит в жидкое состояние, а после прекращения нагрева затвердевает с очень большой скоростью охлаждения из-за быстрого теплоотвода внутрь холодного объема образца. При такой термообработке формируются длинные (в направлении теплоотвода) и тонкие дендриты а-твердого раствора фосфора в никеле и химических соединений №3Р, №5Р4, Ы12Р и др.

Рис. 2. Дендритное .строение покрытий №-Р, наблюдаемое в оптический микроскоп (поперечное сечение)(а); с использованием сканирующего зон-дового микроскопа (б) (вид с поверхности покрытия)

5100 s

WJiiWi Jlj

tЛ J riIXI^^uaji^ 1 ] ^rr

Рис. 3. Фрагменты дифрактограмм Ni-P-покрытий на стали Р18: 1 - без термообработки, 2 - после лазерной обработки с q=100 МВт/м2, 3 - после объемной термообработки при 400°С

Угол отражения 2®. град

Микроструктура химического №-Р покрытия, видимая в оптический и атомно-силовой микроскоп после лазерного оплавления приведена на рисунке 2.

Рентгеноструктурный анализ №-Р покрытий, содержащих -10% Р, показал, что до облучения покрытия имеют мелкокристаллическую структуру, дающую на дифрактограммах диффузное гало (рис. 3, кр. 1). После лазерной обработки с ч>90 МВт/м2 на его фоне появляются достаточно четкие линии кристаллических фаз (рис.3, кр. 2).

Установлено, что лазерная обработка позволяет достичь повышения качества химических покрытий за счет увеличения адгезии покрытий к подложке, улучшения морфологии поверхности; приводит к увеличению их твердости до 8-10 ГПа при облучении с плотностью мощности излучения -100 МВт/м2 из-за достаточно высокого количества выделившихся дисперсных соединений типа Ы|3Р, Г\115Р4, что в сочетании с незначительным тепловым влиянием на основу изделий приводит к минимизации износа.

5.3. Важным аспектом поверхностного легирования является строение зоны лазерной закалки из жидкого состояния. Отмечается, что в процессе лазерного оплавления поверхности сталей и нанесенных на поверхность легирующих покрытий из-за неоднородности распределения плотности мощности лазерного излучения по пятну нагрева, различий в скорости теплоот-вода разных участков зоны расплава, в ней возникают большие температурные и концентрационные градиенты, приводящие к изменению сил поверхностного натяжения и вызывающие интенсивное турбулентное перемешивание жидкого металла (эффект Марангони). В результате в жидкой фазе образуется система коаксиальных вихревых структур. Из-за высокой скорости движения расплава (-10 см/с) за время нахождения поверхностного слоя покрытий в жидком состоянии в переходной зоне от покрытия к основе имеет место интенсивный взаимный массоперенос атомов легирующих элементов из покрытий и металлической подложки по всей глубине облученной (оплавленной)зоны.

При анализе результатов металлографических и рентгеносгруктурных исследований никелевых покрытий на сталях учитывался тот факт, что система поверхностного легирования Ni-Fe относится к диаграммам с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии, но ограниченной растворимостью в твердом состоянии. При лазерной обработке с разными режимами существует возможность получения широкого диапазона химических и структурных состояний вследствие фиксирования при быстрой закалке твердых растворов различного состава.

При объемном нагреве превращения в покрытиях протекают в условиях постоянного подвода тепла извне, а также в условиях дополнительного локального тепловыделения, связанного с выделением скрытой теплоты превращений при выделении химических соединений и интерметаллидов.

Совершенно иной морфологический тип структуры реализуется в процессе кристаллизации покрытий в условиях скоростной лазерной обработки из жидкого состояния (см. рис. 2). При резком охлаждении кристаллизация покрытий протекает в условиях жесткого дефицита тепла: температура на фронте растущих кристаллов резко снижается. Это приводит к тому, что на определенном этапе рост кристаллов приостанавливается, а оставшийся не-превращенным расплав может затвердевать с образованием аморфноподоб-ного состояния. Причем, аморфные прослойки не имеют четких межфазных границ с кристаллической фазой. Образуется своеобразный жесткий каркас, который является барьером для дальнейшего роста кристаллов и способствует, наряду с образовавшимися химическими соединениями и интерметалли-дами, повышению прочности структурной «конструкции» покрытия.

Из результатов металлографического и рентгеноструктурного анализа следует, что формирующаяся в зоне лазерной закалки из жидкого состояния текстура кристаллизации приводит к анизотропии свойств облученного металла: уменьшает трещинообразование при деформации; повышает коррозионную стойкость упрочненных зон; снижает коэффициент трения три-босистем, повышает стационарность процессов в зоне трения, что способствует интенсификации режимов эксплуатации упрочненных деталей машин и инструмента.

5.4. Рассмотрена роль массопереноса в создании структурной картины при импульсной лазерной обработке с оплавлением поверхности покрытий.

Для решения задач по выяснению степени ускорения диффузии атомов легирующих элементов в композиции «покрытие - металлическая основа» при скоростной лазерной обработке вначале был проведен расчет диффузионной кинетики на границе Ni покрытия со стальной основой при объемном нагреве 400°С в течение 1 часа при помощи программы Math CAD Professional 2001.

Рис. 4. Пространственно-временное распределение № в зоне контакта покрытия со сталью; И - глубина диффузионной зоны, I - время нагрева при Т=400°С

Установлено, что в этих условиях максимальная глубина проникновения атомов никеля в стальную матрицу составляет 0,16 мкм (рис. 4).

В то же время металлографические исследования и спектральный анализ образцов из стали 45 с нанесенными на поверхность химическими никелевыми покрытиями, проведенный на растровом электронном микроскопе - микроанализаторе РЭММА-200, показал, что на границе

между слоем покрытия и основным металлом при лазерной обработке образовалась переходнаядиффузионная зона глубиной ~2 мкм (рис. 5).

а б

Рис. 5. Сканирование облученного образца с покрытием №-Р по железу (а) и по никелю (б)

Оценка коэффициента взаимной диффузии никеля и железа в переходной зоне «покрытие - стальная основа» при лазерной обработке по выражению I - (О т0)1/2 показала, что » 4- 10"9 м2/с, что на несколько порядков превышает соответствующее значение коэффициента диффузии никеля в железе (0=0,77-Ю"13 м2/с). То есть при лазерной обработке действуют дополнительные движущие силы и факторы, увеличивающие интенсивность диффузионных процессов.

Подтверждением высокой трещиностойкости переходной зоны являются результаты, представленные на рисунке б, которые получены при дю-рометрических и металографических исследованиях покрытий с использованием оптического и сканирующего зондового микроскопа. Как видно, несмотря на значительную величину изгибающих напряжений от индентора микротвердомера, трещин около отпечатков не наблюдается.

О повышении прочности сцепления покрытий с подложкой свидетельствуют также результаты испытаний облученных образцов с №-Р покрытием

на растяжение. Установлено, что следы отслаивания покрытий не наблюдаются даже под лупой.

а х800 б

Рис.6. Отпечатки индентора микротвердомера на химических покрытиях Ni-Р, наблюдаемые в оптический (а) и атомно-силовой микроскоп (б)

Сделан вывод, что аномальный ускоренный массоперенос в композиции «покрытие - металлическая подложка» при скоростном лазерном нагреве носит кооперативный характер и в первую очередь связан с конвективным перемешиванием расплава. Кроме того, известно, что растворимость и коэффициенты диффузии многих элементов в жидкой фазе выше, чем в твердой, в результате на границе жидкой и твердой фаз создаются условия для образования диффузионного слоя. Особое значение для ускорения мзссо-переноса в зонах лазерной обработки после кристаллизации покрытий имеют градиенты температур, достигающие огромных величин 10s К/м и приводящие к явлению термодиффузии (эффект Соре).

Показано, что общим требованием к условиям формирования структуры материалов композиции «покрытие - несущая основа» при лазерной обработке является одновременное формирование структуры материала покрытия в виде твердых фаз в высоколегированной матрице, несущей основы изделий с заданным уровнем свойств и создание в контактной зоне основного металла и покрытия условий для протекания взаимной диффузии атомов компонентов покрытия и подложки, что обеспечивает высокую адгезию и снижает пики внутренних напряжений. Кроме того, в процессе скоростного лазерного облучения коагулируют и завариваются поры, происходит релаксация внутренних напряжений в покрытиях с одновременным высокотемпературным отпуском или закалкой (полной или неполной) тонкого, прилежащего к покрытию слоя металлической основы.

Таким образом, в работе показана целесообразность замены операции объемного нагрева изделий с покрытиями после осаждения на их лазерную обработку, что позволяет повысить свойства и трещиностойкость композиции «покрытие - металлическая основа».

5.5. Для определения влияния режимов лазерной обработки Ni-P покрытий на сталях, позволяющих получить высокую степень упрочнения облученных зон, были проведены металлографические, рентгеноструктурные

и дюрометрические исследования. Установлено, что зависимость твердости от режима облучения (плотности мощности излучения) покрытий как после лазерной обработки, так и после последующего нагрева при 400°С, имеет вид кривой с максимумом, положение которого зависит от марки стали (рис.7).

& (3

Hs У8

V 2

Ч

g 10 é в

1 1 XI2М

\ v г

Г

О 40 80 120 Плотность мощности излучения,

40 80 120 Плотность мощности излучения, МВт/м2

0 40 80 120 Плотность мощности излучения,

Рис. 7. Графики зависимости твердости облученных Ni-P покрытий на различных сталях от режима облучения: 1 - до нагрева; 2 - после нагрева при 400°С, 1 ч

Как видно, после лазерной обработки сталей У8А, Р18 твердость поверхностных слоев достигает максимальных значений при плотности мощности излучения -100 МВт/м2, а стали Х12М - при 90 МВт/м2, значения твердости на 10-60% выше, чем у покрытий без лазерной обработки. Последующий нагрев при 400°С приводит к смещению максимума твердости в область более низких значений плотности мощности излучения.

С целью прогнозирования степени упрочнения и износостойкости химических покрытий после лазерной обработки на разных режимах и выбора оптимального режима облучения для разных условий эксплуатации изделий в работе использовалось статистическое моделирование - строились номограммы распределения значений твердости и коэффициента трения покрытий при изменении плотности мощности излучения, представленные на рисунке 8.

MVtW*« Т*"*<" ЫI

ГУУЭТК.«» жчлх* |Ï.W3*v>

ГЪФЧОСЬ «ИМ« (q} fctJvv-'

а б

Рис. 8. Твердость (а) и коэффициент трения (б) никелевого покрытия после лазерного облучения с разной плотностью мощности

5.6. При проведении металлографического анализа гальванических хромовых покрытий на латуни установлено, что в переходной зоне «хромовое покрытие - медная подложка» при лазерной обработке с оплавлением покрытия, согласно диаграмме состояния Сг-Си, проявляется явление несмешиваемости хрома и меди в жидком состоянии (рис.9).

Как видно, на границе появляются своеобразные «языки», имеющие разный цвет и, по-видимому, химический состав. В результате образования множества «мостиков» из твердых растворов меди и хрома в переходной зоне повышается адге-Рис. 9. Микроструктура хромового зия покрытия к основе. покрытия на латуни после лазерной обработки (х800)

Дополнительным фактором, способствующим повышению трещино-стойкости облученных хромовых покрытий, является протекание в контактирующих с покрытием слоях латуни рекристаллизационных процессов. Эти процессы проявляются в измельчении зерен и приводят к снятию напряжений, возникающих в покрытии как в процессе его нанесения, так и в процессе скоростной лазерной обработки.

б. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТРУКТУРНОГО МЕХАНИЗМА УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ЛЕГИРОВАНИИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ РАЗНОГО СОСТАВА

Особую группу покрытий, используемых при лазерном легировании поверхности сталей и сплавов, составляют шликерные порошковые покрытия. Лазерная химико-термическая обработка с использованием порошковых легирующих покрытий является сложным многофакторным процессом, в котором за малый промежуток времени происходит оплавление покрытия и тонкого поверхностного слоя основного материала, растворение и последующее рассредоточение в образующейся микрованне расплава легирующих элементов и соединений, содержащихся в покрытии, кристаллизация оплавленного слоя и фазовые превращения в твердом состоянии, развивающиеся в условиях высокоскоростного охлаждения зоны обработки. Основным механизмом распределения насыщающего легирующего элемента или его соединений в объеме оплавленного лазерным излучением слоя покрытия и стальной подложки являются, как было показано ранее, так называемые термокапиллярные процессы, проявляющиеся в формировании направленных от центра лазерного пятна вихреобразных потоков расплава. Эти потоки увлекают за собой обогащенные легирующими элементами

верхние слои лазерной микрованны и вызывают образование зон с повышенным содержанием легирующих элементов, расположенных в окрестностях центров вихрей.

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

На основании результатов комплексных металлофизических исследований в работе определены возможности управления структурообразовани-ем и целенаправленного изменения свойств упрочненных поверхностных слоев за счет лазерного легирования сталей из покрытий. Показано, что механизм упрочнения материалов при лазерном легировании многофакторный и включает следующие составляющие: твердорастворное упрочнение; упрочнение армированием вплавленными твердыми частицами из покрытий; упрочнение микролегированием при диссоциации включений из покрытий; упрочнение за счет сегрегации легирующих элементов на дислокациях и блокирования их перемещения; упрочнение дальнодействующими полями напряжений фазовых выделений, комплексов дефектов кристаллического строения; упрочнение за счет фазового наклепа.

Анализ распределения твердости по глубине легированных слоев позволил оценить степень достигнутого упрочнения и определить характер распределения структур по сечению. Максимальная степень упрочнения достигается при лазерном легировании поверхностных слоев образцов из порошков твердого сплава (до 12,3-12,8 ГПа) по сравнению со структурами лазерной цементации (11,3-11,8 ГПа) и лазерной закалки (10-10,8 ГПа).

а б

Рис. 10. Атомно-силовая микроскопия покрытий TiN до (а) и после (б) лазерного оплавления

Эксперименты по облучению стали Р18, на поверхность которой были нанесены методом КИБ покрытия TiN, ZrN показали возможность увеличения глубины легированного слоя при сохранении основных эксплуатационных свойств покрытий, обеспечения плавного перехода свойств от покрытия к подложке и снижения локализации напряжений на границе раздела «по-

крытие - подложка» за счет процессов диффузии при перемешивании оплавленного лазерным излучением металла.

Исследования на сканирующем зондовом микроскопе покрытий "Ш до и после лазерной обработки, представленные на рисунке 10, показали, что происходит уменьшение высоты рельефа поверхности покрытия до значений 0,1-0,9 мкм при исходном рельефе 0,2-1,3 мкм за счет лазерного оплавления поверхности покрытия и вплавления нитридов тугоплавких элементов в поверхностные подплавленные слои стальной подложки.

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

7. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И КЕРАМИКИ ЗА СЧЕТ ЛАЗЕРНОГО КОНТАКТНОГО ЖИДКОФАЗНОГО СПЕКАНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ

Анализ результатов измерения твердости образцов твердых сплавов и оксидной керамики по глубине облученных зон показал, что после лазерной обработки на выбранных оптимальных режимах твердость повышается на 30-40%. Наблюдаемый эффект упрочнения твердого сплава может быть связан с несколькими причинами: с формированием, карбида вольфрама УУ2С, имеющего более высокую микротвердость , чем исходный карбид (29,4 и 24 ГПэ соответственно), с зернограничным контактным подплавле-: нием основных фаз твердого сплава, приводящим к диспергированию карбидной и упрочнению связующей фазы. Исходные карбиды твердого сплава, за счет подплавления при лазерном облучении, приобретают не угловатую, а скругленную форму, что уменьшает опасность концентрации напряжений в поверхностном слое сплава и повышает трещиносгойкость облученных изделий. Дополнительный эффект для уменьшения хрупкости дает заполнение поверхностных трещин твердых сплавов расплавленными с помощью лазерного излучения никелем, кобальтом или железом.

С целью прогнозирования износостойкости твердых сплавов после лазерной обработки и выбора оптимального режима облучения для разных условий эксплуатации изделий в работе использовалось статистическое моделирование - строились номограммы распределения коэффициентов трения в зависимости от скорост и скольжения с помощью программы статистической обработки данных, приведенные на рисунке! 1.

Рис. 11. Зависимость коэффициента трения от времени испытаний при различной скорости скольжения для исходного (а) и лазерно-облученного твердого сплава (б)

Эксперименты, выполненные на машине трения МИ-1М, подтвердили результаты, полученные математическим моделированием, и показали, что коэффициент трения облученного твердого сплава уменьшается ~в 2 раза, что приводит к значительному повышению износостойкости по сравнению с исходным состоянием.

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА

На основании выявленных закономерностей структурных превращений в поверхностных слоях покрытий разного состава на сталях и сплавах при лазерном воздействии и вскрытии степени их влияния на эксплуатационные свойства облученных изделий разработаны и опробованы технологические приемы лазерного поверхностного упрочнения и легирования деталей машин и инструмента различного функционального назначения, включающие рекомендации по выбору схем облучения рабочей части изделий в зависимости от условий эксплуатации; оптимизации режимов легирования для получения требуемой глубины и твердости облученного покрытия при возможно меньшем нарушении исходной микрогеометрии поверхности.

Показано, что применение технологий лазерной обработки покрытий разного состава существенно улучшает основные свойства сталей и сплавов, что позволяет: повысить ресурс работы упрочненных изделий в 1,5-3 раза; сократить затраты на их производство и приобретение; увеличить производительность труда; уменьшить расход сталей.

а

б

На основе проведенных исследований разработаны технологические принципы лазерного поверхностного легирования деталей машин и инструмента, включающие технологические инструкции для проведения процесса, содержащие рекомендации по выбору оптимальных режимов и схем поверхностной обработки различных изделий, по контролю качества лазерного легирования.

Разработанные технологические процессы лазерного упрочнения и легирования металлообрабатывающего инструмента прошли апробацию на предприятиях различных отраслей машиностроения, в том числе на: ЗАО «СИТО» (г. Ростов-на-Дону), ОАО «Тагмет» (г. Таганрог); ООО «Металлообработка» (г. Ростов-на-Дону), ОАО «Донпрессмаш» (г.Ростов-на-Дону).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

1. Для решения проблемных вопросов оптимизации режимов поверхностной обработки'композиции «покрытия разного состава - металлическая подложка» использованы концептуальные положения теплофизической модели процесса импульсной лазерной обработки, что позволило:

• провести теоретический анализ топографии температурного поля для квазистационарного режима генерации импульсного лазера при нагревании и при охлаждении после прекращения действия лазерного импульса;

• аналитически определить параметры процесса лазерного легирования, глубину расположения заданных изотерм, которые могут быть использованы для инженерных расчетов режимов поверхностной лазерной термообработки и легирования, приводящих к максимально возможной степени оплавления композиции «покрытие - основа» в сочетании с ее высокой тре-щиностойкостью.

Установлено и экспериментально подтверждено, что рекомендуемая плотность мощности излучения при лазерной обработке никелевых покрытий составляет 100 МВт/м2, хромовых покрытий - 150 МВт/м2, цинковых покрытий - 70 МВт/м2. Лазерную обработку порошковых покрытий следует проводить при q s 150-175 МВт/м2, покрытий, полученных электроискровым легированием, при q s 150 МВт/м2, ионно-плазменным напылением q < 125 МВт/м2. Для твердых сплавов поверхностное легирование рекомендуется проводить с q < 175 МВт/м2.

2. Созданы физические представления о возникновении и природе фазовый переходов, явлениях массопереноса, структурообразования в композиции «покрытие - переходная зона - металлическая подложка» при лазерном оплавлении химических и гальванических покрытий. В частности, показано, что:

• при оплавлении поверхности материалов лазерным излучением .микрообъемы жидкого металла перемешиваются под действием гидродинамических сил и температурных градиентов. В лазерно-оплавленном слое покрытий формируется квазимодулированная структура, как результат зарождения химических соединений или интерметаллидов, имеющих после высокотемпературного нагрева направленный характер роста дендритов;

• текстура кристаллизации в зоне лазерной обработки из жидкого состояния, приводит к анизотропии основных эксплуатационных свойств облученных покрытий; уменьшает трещинообразование при деформации; снижает коэффициент трения трибосистем; повышает стационарность процессов в зоне трения; способствует интенсификации режимов эксплуатации пар трения;

• получены новые научные знания о механизмах структурной организации в процессе гипернеравновесных фазовых переходов в условиях огромной стесненности во времени процесса лазерного нагрева и ограниченности протекания классических диффузионных лроцессов. Установлено, что аномальный ускоренный массоперенос в покрытиях на сталях и сплавах при скоростном лазерном нагреве носит кооперативный характер и в первую очередь связан с выраженным влиянием присутствия на поверхности жидкой фазы, а в процессе кристаллизации с проявлением термоэффекта (термодиффузии Соре);

• варьируя параметры энергетического лазерного воздействия, а также состав нанесенных покрытий достигнуто такое распределение температур по сечению, когда в процессе кристаллизации оплавленного слоя покрытия образуется упрочняющий каркас из химических соединений и интерметаллидов, коагулируют и завариваются поры с одновременным образованием переходной зоны от покрытия к металлической подложке за счет протекания взаимной диффузии компонентов и образования твердых растворов переменной концентрации, что обеспечивает высокую адгезию покрытий к основе, а также повышает трещиностойкость и конструктивную прочность облученных деталей машин и инструмента;

• снижению уровня внутренних напряжений способствует протекающий в тонком (до 30 мкм), прилежащем к покрытию слое подложки кратковременный отпуск легированных сталей с исходной структурой мартенсит отпуска, закалка (полная или неполная) углеродистых сталей, рекристаллизация цветных сплавов при сохранения структуры и свойств несущей основы изделий в целом. ..

3. Проведена количественная оценка элементов структуры в лазерно-легированных зонах облученного пятна при жидкофазном вплавлении твердых частиц карбидов, оксидов, нитридов тугоплавких элементов из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием поверхности и ионно-плазменным напылением.

Путем лазерного легирования поверхностных оплавленных слоев сталей и сплавов созданы композиционные антифрикционные материалы, состоящие либо из пластичной матрицы (железо, никель) и твердых частиц наполнителя (УУС, П1\1, А120з и т.д.)/ либо из твердой матрицы (закаленная сталь) и пластичных включений (МоБг, а-ВЫ, графит и т.д.)

На основании результатов металлофизических исследований, с учетом основных положений теории конструктивной прочности, сформулированы требования к структуре композиции «покрытие - металлическая основа». Показано, что лучшее сочетание показателей прочности, трещиностойкости и износостойкости в созданной композиции обеспечивается при условии формирования при лазерном оплавлении на выбранных оптимальных режимах высоколегированной матрицы, закаленной из жидкого состоянии, с равномерно распределенными твердыми включениями карбидов и нитридов тугоплавких элементов из покрытий.

4. Принцип граничного жидкофазного сплавления распространен на лазерную обработку твердых сплавов. Описаны особенности фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях твердых сплавов и керамики в условиях гипернеравновесности. Предложены основные положения структурного механизма процессов лазерной обработки и легирования изделий порошковой металлургии:

• установлена возможность регулирования процессов растворения пограничных зон карбидов и кобальтовой связки путем изменения режимов лазерной обработки, что приводит к -диспергированию карбидной фазы с изменением ее стереологических характеристик и формированию легированных атомами вольфрама и титана прослоек кобальта большей ширины, в результате чего уменьшается хрупкость тонкого поверхностного слоя твердых сплавов при сохранении высокого уровня твердости изделия в целом; • зафиксировано заполнение поверхностных трещин и пор твердых сплавов и керамики расплавленными с помощью лазерного излучения покрытиями никеля, кобальта или железа.

5. На базе результатов комплексных металлофизических исследований количественно описаны закономерности влияния энергетических характеристик процессов, условий обработки и марки стальной подложки на эффективность лазерной обработки покрытий разного состава. Установлено, что зависимость твердости облученных покрытий от плотности мощности излучения имеет вид кривой с максимумом, который смещается в зависимости от режима облучения и марки стальной основы, то есть существует определенный интервал значений энергии, в котором наблюдается упрочнение композиции «покрытие - подложка».

6. С использованием методик математического моделирования разработаны и подтверждены экспериментально принципы прогнозирования механических и эксплуатационных свойств материалов с учетом структурных

особенностей процесса легирования при гиперскоросгной лазерной обработке, зависящих от режима лазерной обработки, состава и способа создания покрытий, состава и объемной термообработки металлической подложки. Установлено, что лазерное легирование позволяет повысить твердость поверхностных слоев сталей в 1,2-1,5 раза, износостойкость облученных изделий в 1,5-3 раза.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований сформирована новая информационная база, позволяющая обоснованно назначать режимы поверхностной лазерной обработки композиции «покрытия разного состава - металлическая подложка» для получения заданной структуры и необходимого уровня свойств. Разработаны технологические принципы импульсного лазерного облучения изделий различного функционального назначения с покрытиями, включающие в себя технологические инструкции по проведению процесса и контролю качества лазерного легирования, практическое использование который позволило повысить работоспособность изделий.

8. Результаты работы прошли апробацию на ряде предприятий различных отраслей машиностроения России. Внедрение носит характер комплексной работы, предусматривающей наряду с рекомендациями научного и технологического направлений использование созданной технологической документации.

Основные положения диссертации опубликованы в 13 научных работах, в том числе:

1. Бровер A.B., Крейнин C.B., Приймак A.B. Сопротивление разрушению инструментальных сталей, обработанных лазером// СТИН, 2010, №8.-С. 19-21.

2. Бровер Г.И., Крейнин C.B. Повышение качества никель-фосфорных покрытий лазерной обработкой// Металловедение и термическая обработка металлов, 2009, №7 (649).- С. 33-36.

3. Бровер A.B., Пустовойт В.Н., Крейнин C.B. Влияние режимов лазерной обработки на структуру и свойства инструментальных сталей// Металлообработка, 2008, №2(43).- С.28-32.

4. Бровер Г.И., Крейнин C.B. Структурные особенности лазерного легирования сталей и сплавов из покрытий разного состава// Современные проблемы науки и образования, 2008, №6.- С. 9.

5. Бровер Г.И., Крейнин C.B. Особенности структуры и свойств сталей после импульсной лазерной обработки// Материалы и технологии XXI века: Сб. статей VI Междунар. науч.-техн, конф.-Пенза, 2008.- С. 3-5.

6. Бровер Г.И., Крейнин C.B., Дьяченко Л.Д. Повышение эксплуатационных свойств сталей и качества химических покрытий лазерной обработкой// Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической

оснастки: В 2 ч. Часть 2: Материалы 10-й Междунар. науч.-практ. конф..-СПб, 2008.- С.53-56.

7. Бровер A.B., Дьяченко Л.Д., Крейнин C.B. Эффекты лазерно-акустической обработки поверхностных слоев сталей// Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сб. статей IV междун. науч.-техн. конф., Пенза, 2008.- С. 7-9.

8. G.I. Braver, S.V. Kreinin Raising the quality of nickel-phosphorus coatings by laser treatment// Metal Science and Heat Treatment, Springer New York, 2009, Volume 51, Number 7-8.- S. 349-351.

9. Бровер Г.И., Крейнин C.B., Дьяченко. Л.Д. Применение импульсного лазерного излучения для модификации поверхности и получения заданных эксплуатационных свойств титановых сплавов// Материалы и технологии XXI века: Сб. статей VI Междунар. науч.-техн. конф,-Пенза, 2009.- С, 9-11.

10. Бровер A.B., Крейнин C.B., Борщова A.C. Повышение износостойкости стали лазерной поверхностной обработкой// Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сб. статей VI Междунар. науч.-техн. конф..Пенза, 2010.-С.

И. Бровер A.B., Крейнин C.B., Приймак A.B. Трещиностойкость ла-зерно-облученных инструментальных сталей// Материалы и технологии XXI века: Сб. статей VIII междунар. науч.-техн. конф., Пенза, 2010.- С.3-5.

12. Бровер A.B., Крейнин C.B. Повышение эксплуатационных свойств сталей поверхностной лазерной обработкой// Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства: Труды IX междунар. науч.-техн. конф., Ростов-на-Дону, 2010, С. 837-838.

13. Бровер Г.И., Крейнин C.B., Бровер A.B., Дьяченко Л.Д. Применение импульсного лазерного излучения для модификации поверхности металлообрабатывающего инструмента и получения заданных эксплуатационных свойств// Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транс. порта и сельского хозяйства: Сб. сгатс ' IX междунар. науч.-техн.

конф., Ростов-на-Дону, 2010, С. 839-84С.

В печать iE.

Объем 'f/ Î) усл.п.л. Офсет. Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Заказ №-5"¿?¿Тираж/00.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина,!.

Введение.

1. Современное состояние вопроса и оценка перспектив исполь- 12 зования скоростного лазерного нагрева для целей термической обработки покрытий . Постановка задачи исследования.

2. Методические основы исследований. Метрологическое обес- 27 печение экспериментов.

2.1. Метрологическое обеспечение экспериментов.

2.2. Методика металлографических исследований лазерно- 28 облученного металла.

2.3. Автоматический анализ структуры покрытий после ла- 30 зерной обработки с использованием программы «Система КОИ».

2.4. Методика рентгеноструктурных исследований металла 31 после лазерного облучения.

2.5. Методика исследований зон лазерной обработки (JIO) с 34 использованием сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), работающего в режиме атомно-силового микроскопа (АСМ).

2.6. Методика статистического моделирования и прогнози- 44 рования свойств лазерно-облученного металла.

2.7. Устойчивость к разупрочнению при нагреве лазерно- 47 облученного металла и методика ее определения.

2.8. Износостойкость и методы ее определения.

2.9 Методика нанесения легирующих покрытий на поверхность изделий при легировании с использованием лазерного излучения.

3. Выбор состава исследуемых покрытий, основные положения 51 процесса лазерной химико-термической обработки.

4. Теплофизические особенности* процессов, протекающих в по- • 62 крытиях при их поверхностной обработке с гипервысокими скоростями. Численное моделирование тепловых процессов.

5. Особенности, организации структуры композиции «химиче- 74 ские и гальванические покрытия - металлическая подложка» в процессе лазерного оплавления покрытий.

5.1. Структура химических Ni-P покрытий до и после объ- 74 емного нагрева.

5.2. Морфология зон пятна лазерного облучения химиче- 86 ских покрытий Ni-P.

5.3. Роль диффузии и массопереноса в создании структур- 107 ной картины композиции «покрытие - основа» при обработке КПЭ.

5.4. Структурные особенности процесса лазерного микроле- 120 гирования химических покрытий.

5.5. Основные свойства Ni-P химических покрытий после 128 лазерного облучения.

5.6 Экспериментальные исследования хромовых и цинко- 137 вых покрытий на сталях и цветных сплавах после лазерного оплавления.

6 Основные положения структурного механизма упрочнения 149 поверхностных слоев сталей и сплавов при лазерном легировании из композиционных покрытий разного состава.

6.1. Особенности организации^ структуры поверхностных 149 слоев материалов при лазерном легировании из порошковых покрытий.

6.2 Лазерное легирование сталей и сплавов из покрытий, 163 полученные электроискровым легированием поверхности.

6.3. Влияние энергетических характеристик процесса на эффективность лазерной обработки покрытий, полученных ионно-плазменным напылением.

7 Повышение качества поверхностных слоев твердых сплавов и 172 керамики за счет лазерного контактного жидкофазного спекания и легирования.

8 Технологические принципы лазерного поверхностного леги- 189 рования деталей машин и инструмента.

8.1. Рекомендации по выполнению технологического процесса лазерного легирования.

8.2 Производственные испытания упрочненного инструмента и технологической оснастки.

Разработка и промышленное освоение новых методов поверхностной упрочняющей обработки и легирования позволяет создавать материалы, сочетающие износостойкую поверхность нанесенного покрытия и металлическую основу с заданным условиями эксплуатации уровнем свойств, что существенно повышает надежность и работоспособность изделий из инструментальных и конструкционных материалов, позволяет сократить затраты на производство и приобретение инструмента и деталей машин, увеличить производительность труда, улучшить качество механической обработки, уменьшить расход высоколегированных сталей и т.д.

Существующие и промышленно освоенные методы нанесения покрытий имеют как достоинства, так и недостатки (недостаточная прочность сцепления покрытия с основой, пористость покрытия, высокий уровень остаточных напряжений и др.), которые существенно снижают возможность их применение.

Если термическая обработка покрытий производится при объемном нагреве изделий, то одновременно в структуре стальной основы происходит фазовая перекристаллизация, может укрупняться зерно, при длительном термическом воздействии выгорают легирующие элементы покрытия. Это приводит к уменьшению твердости покрытий и снижению трещиностойкости изделия в целом.

Совершенствование продукции машиностроения затруднено без применения новых прогрессивных технологических процессов, позволяющих уменьшить или устранить перечисленные выше недостатки, повысить надежность, обеспечить работоспособность деталей машин и инструмента в самых жестких условиях эксплуатации, при высоких температурах и в агрессивных средах. Этим вызвано расширяющееся применение упрочняющих технологий в ведущих отраслях машиностроения и широкие исследования, проводимые в нашей стране в области разработки новых способов и технологий нанесения и поверхностной тепловой обработки покрытий.

Проведение термической обработки покрытий без деградации структуры и ухудшения основных свойств металлической основы изделий возможно лишь при воздействии на поверхность концентрированных потоков энергии (КПЭ), в частности, импульсного лазерного излучения.

В основе импульсной лазерной обработки лежит использование для нагрева покрытий и металлических материалов тепловых источников высокой энергонасыщенности, плотность мощности которых составляет сотни МВт/м", а время действия не выходит за пределы миллисекундного диапазона. При этом достигаются гипервысокие (106 град/с) скорости нагревания до закритических температур при наличии значительных температурных градиентов по глубине, обеспечивающих за счет отвода тепла в "холодную" массу по механизму теплопроводности охлаждение со скоростями 105-106 °С/с.

Лазерная технология обработки покрытий обладает большими технологическими возможностями. Регулируя параметры энергетического воздействия, а также толщину, состав и состояние нанесенных покрытий можно добиться заданного распределения температур по сечению изделий и регулировать структуру как покрытия, так и переходной зоны и прилежащего к покрытию слоя металлической основы изделий в соответствии с требованиями условий эксплуатации и конструктивно-технологическими характеристиками облучаемых деталей машин и инструмента.

Общим требованием к условиям формирования структуры материалов композиции «покрытие - несущая основа» при лазерной обработке является одновременное формирование структуры материала покрытия в виде твердых фаз в высоколегированной матрице, несущей основы изделий с заданным уровнем свойств и создание контактной зоны основного металла и покрытия со сглаженным структурным переходом за счет протекания взаимной диффузии компонентов покрытия и подложки, что обеспечивает высокую адгезию и снижает пики внутренних напряжений. Кроме того, в процессе скоростного лазерного облучения коагулируют и завариваются поры, происходит релаксация внутренних напряжений в покрытиях с одновременным отпуском или неполной закалкой тонкого, прилежащего к покрытию слоя металлической основы.

Исследования, проведенные в течение последних 30 лет ведущими учеными Рэди Дж., Рыкалиным H.H., Угловым A.A., Кокорой А.Н., Мирки-ным Л.И., Кришталом H.A., Григорьянцем А.Г., Сафоновым А.Н., Коваленко B.C., Веденовым A.A., Зуевым И.В., Крапошиным B.C., Тушинским Л.И., Пустовойтом В.Н., Бровер Г.И., Домбровским Ю.М., Кудряковым О.В., Ва-равка В.Н. и др., позволили установить, что природа упрочнения металлических материалов после воздействия лазерного излучения обусловлена уникальной морфологией сосуществующих фаз и особым способом структурной организации, в частности, повышенной плотностью дефектов кристаллического строения, дисперсностью блоков, концентрационной неоднородностью и т.д. Это обеспечивает аномально высокую твердость обработанных поверхностей (10-12,5 ГПа), а также оказывает положительное влияние на основные эксплуатационные свойства - теплостойкость, износостойкость, сопротивление процессам схватывания, коррозионную стойкость.

В настоящее время способы термической обработки и микролегирования поверхности материалов с использованием высококонцентрированных потоков энергии распространены недостаточно широко.

Следует отметить, что важнейшей чертой современного этапа развития технологии поверхностной упрочняющей обработки является переход от стадии накопления данных и их эмпирической обработки к стадии управляемого получения заданных структур и свойств разных материалов и покрытий в строго контролируемых условиях. Это становится возможным лишь после глубокого анализа механизмов, лежащих в основе этих процессов.

Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью структурно-фазовых превращений в поверхностных слоях материалов в условиях скоростного нагрева и легирования с использованием КПЭ из покрытий разного состава, а также недостаточным объемом сведений о влиянии формирующихся структур на основные свойства упрочненных изделий и о возможности адаптации поверхностно-закаленного металла к условиям трения за счет протекания гаммы химических и структурных превращений, стимулируемых энергией, поглощаемой и рассеиваемой в зоне контакта, что осложняет практическую применимость процессов упрочнения и легирования с использованием КПЭ для повышения работоспособности деталей машин, инструмента и технологической оснастки.

В ходе выполнения работы проведено комплексное металлофизическое исследование физической природы и механизма структурообразующих процессов лазерного легирования сталей и сплавов широкого технологического спектра из покрытий разного состава. Базовую экспериментальную основу работы составили методы исследования тонкой структуры: сканирующая зондовая микроскопия, микрорентгеноспектральный, рентгеноструктурный анализ. Сформированная база данных обеспечивает поле для корреляционного и дисперсионного анализа с целью выявления наиболее значимых управляющих параметров для математического моделирования физических механизмов протекающих гипернеравновесных процессов фазовых и структурных превращений

В настоящей работе с научных позиций решается проблема оптимального использования концентрированных потоков энергии для поверхностной обработки и легирования сталей и сплавов. В частности, рассматриваются вопросы влияния энергетических характеристик и условий обработки на эффективность термообработки покрытий, а также изучаются особенности организации структуры покрытий разного состава в условиях гипернеравновесных фазовых переходов. На базе результатов систематических экспериментальных исследований процесса лазерного легирования сталей и сплавов из разных покрытий в работе созданы физические модели явлений, позволяющих конструировать структуру композиции «основной металл - переходная зона — оплавленное химическое покрытие», обладающую заданным уровнем эксплуатационных свойств и трещиностойкостью. Рассмотрены также варианты вплавления в поверхностные слои сталей и сплавов твердых частиц разного состава из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием, ионно-плазменным напылением, что позволило получить структурные композиции, адаптируемые к температурно-силовым нагрузкам при эксплуатации или индифферентные к ним. Рассмотрен структурный механизм уменьшения хрупкости и повышения качества твердых сплавов и керамики за счет лазерного жидкофазного спекания и легирования поверхностных слоев.

Целью настоящей работы является разработка технологических принципов лазерного легирования изделий различного функционального назначения из покрытий разного состава на основе изучения структурной организации композиции «покрытие - металлическая основа» при высокоэнергетическом лазерном воздействии, обеспечивающем заданный уровень эксплуатационных свойств.

В результате выполненных исследований в настоящей работе получены новые научные знания в области теории гипернеравновесных фазовых переходов, которые стали основой для разработки технологии упрочнения и легирования сталей и сплавов с использованием экстремальных способов теплового воздействия из покрытий разного состава; определены корреляционные связи механических свойств со структурным состоянием поверхностных слоев материалов, разработаны технологические принципы лазерного легирования металлических изделий разного функционального назначения.

На защиту выносятся следующие научные результаты: • выполнен теоретический анализ топографии температурного поля для квазистационарного режима генерации импульсного лазера при нагревании и при охлаждении после прекращения действия лазерного импульса при обработке покрытий разного состава. Получены экспериментальные результаты, позволяющие оценить уровень достигаемых температур и скоростей охлаждения за разные промежутки времени действия импульса излучения и назначить оптимальные параметры режима лазерной обработки покрытий разного состава;

• созданы физические представления о возникновении И' природе фазовых переходов, явлениях ускоренного массопереноса, структурообразования. в. композиции «химическое или гальваническое покрытие — переходная зона - металлическая подложка»;

• проведена количественная оценка элементов структуры в лазерно-легированных зонах облученного пятна при вплавлении твердых частиц разного состава из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием поверхности и ионно-плазменным напылением;

• определены структурные особенности процесса граничного жидкофазного спекания и легирования поверхностных слоев твердого сплава и керамики при воздействии лазерного излучения;

• с использованием методик математического моделирования-разработаны и подтверждены экспериментально принципы прогнозирования механических, технологических и эксплуатационных свойств материалов с учетом структурных особенностей процесса легирования при гиперскоростной лазерной обработке, зависящих от режима лазерной обработки, состава и способа создания покрытий, состава и объемной термообработки металлической подложки;

• сформирована новая информационная база, позволяющая обоснованно назначать режимы поверхностной лазерной обработки различных покрытий для получения, заданной структуры, композиции- «покрытие - металлическая подложка» с повышенной трещиностойкостью и необходимым уровнем эксплуатационных свойств.

Разработанный: в результате теоретических и экспериментальных исследований технологические принципы процесса легирования? изделий различного функционального назначения включает в себя технологические инструкции по проведению процесса и контролю качества лазерного упрочнения.

Таким образом, выполненная работа представляется как решение научно-технической проблемы материаловедения, имеющей«важное значение для национальной экономики и заключающейся в комплексном металлофизиче-ском исследовании закономерностей структурообразования композиции «покрытия ¡разного состава -металлическая основа» при лазерном воздействии, в определении свойств легированных слоев, возможностей управления процессом упрочнения и легирования и в разработке на этой основе технологических принципов процесса лазерного упрочнения и микролегирования различных изделий, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК к опубликованию результатов научных исследований; 10 в сборниках статей международных научно-технических конференций.

Диссертационная работа изложена на 234 страницах машинописного текста и состоит из введения; 8 глав основной части; выводов; списка литературных источников,из 137 наименований; приложения, содержащего результаты математического моделирования теплофизических процессов при лазерной обработке различных покрытий и документы об использовании технологического процесса лазерного легирования в производстве. В тексте диссертационной работы содержится 170 рисунков и 3 таблицы.

8. Результаты работы прошли апробацию на ряде предприятий различных отраслей машиностроения России.

209

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

1. Для решения проблемных вопросов оптимизации режимов поверхностной обработки композиции «покрытия разного состава — металлическая подложка» использованы концептуальные положения теплофизической модели процесса импульсной лазерной обработки, что позволило:

• провести теоретический анализ топографии температурного поля для квазистационарного режима генерации импульсного лазера при нагревании и при охлаждении после прекращения действия лазерного импульса;

• аналитически определить параметры процесса лазерного легирования, глубину расположения заданных изотерм, которые могут быть использованы для инженерных расчетов режимов поверхностной лазерной термообработки и легирования, приводящих к максимально возможной степени оплавления композиции «покрытие - основа» в сочетании с ее высокой трещиностойкостью.

Установлено и экспериментально подтверждено, что рекомендуемая плотность мощности излучения при лазерной обработке никелевых покрытий

О л составляет 100 МВт/м , хромовых покрытий - 150 МВт/м , цинковых покрыА тий - 70 МВт/м . Лазерную обработку порошковых покрытий следует проводить при q < 150-175 МВт/м2, покрытий, полученных электроискровым легированием, при q < 150 МВт/м2, ионно-плазменным напылением q < 125 л

МВт/м . Для твердых сплавов поверхностное легирование рекомендуется проводить с q < 175 МВт/м2.

2. Созданы физические представления о возникновении и природе фазовых переходов, явлениях массопереноса, структурообразования в композиции «покрытие - переходная зона - металлическая подложка» при лазерном оплавлении химических и гальванических покрытий. В частности, показано, что:

• * при оплавлении поверхности материалов »лазерным излучением микрообъемы жидкого металла перемешиваются под действием гидродинамических сил и температурных градиентов. В лазерно-оплавленном слое покрытий формируется квазимодулированная структура, как результат зарождения химических соединений или интерметаллидов, имеющих после высокотемпературной деформации направленный характер роста дендритов;

• текстура кристаллизации в зоне лазерной обработки из жидкого состояния, приводит к анизотропии основных эксплуатационных свойств облученных покрытий; уменьшает трещинообразование при деформации; снижает коэффициент трения трибосистем; повышает стационарность процессов в зоне трения; способствует интенсификации режимов эксплуатации пар трения;

• получены новые научные знания о механизмах структурной организации в процессе гипернеравновесных фазовых переходов в условиях огромной стесненности во времени процесса лазерного нагрева и ограниченности протекания классических диффузионных процессов. Установлено, что аномальный ускоренный массоперенос в покрытиях на сталях и сплавах при скоростном лазерном нагреве носит кооперативный характер и в первую очередь связан с выраженным влиянием присутствия на поверхности жидкой фазы, а в процессе кристаллизации с проявлением термоэффекта (термодиффузии Соре);

• варьируя параметры энергетического лазерного воздействия, а также состав нанесенных покрытий достигнуто такое распределение температур по сечению, когда в процессе кристаллизации оплавленного слоя покрытия, образуется упрочняющий каркас из химических соединений и интерметаллидов, коагулируют и завариваются поры с одновременным образованием переходной зоны от покрытия к металлической подложке за счет протекания взаимной диффузии компонентов и образования твердых растворов переменной концентрации, что обеспечивает высокую адгезию покрытий к. основе, а также повышает трещино-стойкость и конструктивную прочность облученных деталей машин и инструмента;

• снижению уровня внутренних напряжений способствует протекающий в тонком (до 30 мкм), прилежащем к покрытию слое подложки кратковременный отпуск легированных сталей с исходной структурой мартенсит отпуска, закалка (полная или неполная) углеродистых сталей, рекристаллизация цветных сплавов при сохранения структуры и свойств несущей основы изделий в целом.

3. Проведена количественная оценка элементов структуры в лазерно-легированных зонах облученного пятна при жидкофазном вплавлении твердых частиц карбидов, оксидов, нитридов тугоплавких элементов из порошковых покрытий, покрытий, полученных электроискровым легированием поверхности и ионно-плазменным напылением.

Путем лазерного легирования поверхностных оплавленных слоев-сталей и сплавов созданы композиционные антифрикционные материалы, состоящие либо из пластичной матрицы (железо, никель) и твердых частиц наполнителя ^С, ТлЫ, А1гОз и т.д.), либо из твердой матрицы (закаленная сталь) и пластичных включений (МоБг, а-ВИ, графит и т.д.)

На основании результатов металлофизических исследований, с учетом основных положений теории конструктивной прочности, сформулированы требования- к структуре композиции «покрытие — металлическая основа». Показано, что лучшее сочетание показателей прочности, трещиностойкости и износостойкости в созданной композиции обеспечивается при условии формирования при лазерном оплавлении на выбранных оптимальных режимах высоколегированной матрицы, закаленной из жидкого состоянии, с равномерно распределенными твердыми включениями карбидов и нитридов тугоплавких элементов из покрытий.

4. Принцип граничного жидкофазного сплавления распространен на лазерную обработку твердых сплавов. Описаны особенности фазовых и структурных превращений в поверхностных слоях твердых сплавов и керамики' в условиях гипернеравновесности. Предложены основные положения структурного механизма процессов лазерной обработки и легирования, изделий порошковой металлургии:

• установлена возможность регулирования процессов растворения пограничных зон карбидов и кобальтовой связки путем изменения режимов лазерной обработки, что приводит к диспергированию карбидной фазы с изменением ее стереологических характеристик и формированию легированных атомами вольфрама и титана прослоек кобальта большей ширины, в результате чего уменьшается хрупкость тонкого поверхностного слоя твердых сплавов при сохранении высокого уровня твердости изделия в целом;

• зафиксировано заполнение поверхностных трещин и пор твердых сплавов и керамики расплавленными с помощью лазерного излучения покрытиями никеля, кобальта или железа.

5. На базе результатов комплексных металлофизических исследований количественно описаны закономерности влияния энергетических характеристик процессов, условий обработки и марки стальной подложки на эффективность лазерной обработки покрытий разного состава. Установлено, что зависимость твердости облученных покрытий от плотности мощности излучения имеет вид кривой с максимумом, который смещается, в зависимости от режима облучения и марки стальной основы, то есть существует определенный интервал значений энергии, в котором наблюдается упрочнение композиции «покрытие - подложка».

6. С использованием методик математического моделирования разработаны и подтверждены экспериментально принципы прогнозирования механических и эксплуатационных свойств материалов с учетом структурных особенностей процесса легирования при гиперскоростной лазерной обработке, зависящих от режима лазерной обработки, состава и способа создания покрытий, состава и объемной термообработки металлической подложки. Установлено, что лазерное легирование позволяет повысить твердость поверхностных слоев сталей в 1,2—1,5 раза, износостойкость облученных изделий в 2-5 раз.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований сформирована новая информационная база, позволяющая обоснованно назначать режимы поверхностной лазерной обработки композиции «покрытия разного состава - металлическая подложка» для получения заданной структуры и необходимого уровня свойств. Разработаны технологические принципы импульсного лазерного облучения изделий различного функционального назначения с покрытиями, включающие в себя технологические инструкции по проведению процесса и контролю качества лазерного легирования, практическое использование которых позволило повысить работоспособность различных изделий в 2-5 раз.

1. Скрыиченко Ю.М., Позияк JT.A. Работоспособность и свойства инструментальных сталей. Киев: Наукова Думка, 1979. 166 с.

2. Вельский С.Е., Тофпенец P.JI. Структурные факторы эксплуатационной стойкости режущего инструмента. Минск: Наука и техника, 1984. 127 с.

3. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. 319 с.

4. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973. 302 с.

5. Паршин A.M., Кириллов Н.Б. Повышение работоспособности штампового инструмента из высокохромистых инструментальных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. №12. С. 2-3.

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

7. Веденов A.A., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработки материалов. М.: Энегроатомиздат.1985. 224с.

8. Галенко П.К., Харанжевский Е.В., Данилов Д.А. Высокоскоростная кристаллизация конструкционной стали при лазерной обработке поверхности// Журнал технической физики. 2002, том 72, вып. 5, с.48-55

9. Рыкалин H.H., Углов A.A., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1988. 494 с.

10. Углов A.A., Смурнов И.Ю., Лапин A.M., Гуськов А.Г. и др. Моделирование теплофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы. М.: Наука, 1991. 285с.

11. Физико-химические процессы при обработке материалов концентрированными потоками энергии. /Под ред. A.A. Углова. М.: Наука. 1989.-270с.

12. Углов A.A. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы // Материаловедение. 1997. №5. С. 3-7

13. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.-294 с.

14. Гуреев Д.М. Фазовый состав быстрорежущих сталей при быстрой кристаллизации лазерного расплава // Физика и химия обработки материалов. 1994. №6. С. 126-138

15. Горячев Н.С., Комов Г.А., Коржиков Н.С. Исследование повышения твердости и износостойкости сталей под воздействием излучения ОКГ // Физика и химия обработки материалов, 1974. №2. С. 43-49.

16. Коваленко B.C., Головко Л.Ф. Анализ технологических характеристик процесса лазерного упрочнения конструкционных материалов // Электронная обработка материалов, 1978. №3. С. 25-27.

17. Науменко Н.Ф. Исследование зависимости параметров упрочненной поверхности от плотности энергии лазерного излучения // Известия АН БССР. Сер. физ.-техн. наук, 1977. №4. С. 34-35.

18. Физико-химические процессы при обработке материалов концентрированными потоками энергии. /Под ред. A.A. Углова. М.: Наука. 1989.-270с.

19. Углов A.A. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы // Материаловедение. 1997. №5. С. 3-7.

20. Веденов A.A., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработки материалов. М.: Энегроатомиздат.1985. 224с.

21. Гуреев Д.М., Ямщиков C.B. Основы физики лазеров и лазерной обработки материалов. Самара: Изд-во СГУ, 2001. 392с.

22. Ломаев Г.В, Харанжевский Е.В. Упрочняющая обработка поверхности методом высокоскоростной лазерной перекристаллизации // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. №3. С.27-32

23. Рыкалин H.H., Углов A.A., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975. — 296 с.

24. Лазерно-лучевая обработка материалов. Справочник / Рыкалин H.H. и др. М.: Машиностроение, 1985.-496 с.

25. Рыкалин H.H., Углов A.A., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1988. 494 с.

26. Углов A.A., Смурнов И.Ю., Лапин A.M., Гуськов А.Г. и др. Моделирование теплофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы. М.: Наука, 1991. 285с.

27. Физико-химические процессы при обработке материалов концентрированными потоками энергии. /Под ред. A.A. Углова. М.: Наука. 1989.-270с

28. Борисенко А.П., Дубко В.Д. Химико-термическая обработка режущего инструмента из быстрорежущей стали // Технология и организация производства, 1977. №3. С. 46-48.

29. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1965. 492 с.

30. Сафонов А.Н. Исследование структуры сталей при упрочнении и легировании поверхности непрерывными лазерами // Известия вузов. Машиностроение, 1981. №3 С. 94-98

31. Власов E.H., Каракозов Э.С., Петров В.А. Влияние модифицирования и обработки поверхности стали ШХ15 лазерным излучением на трение по твердому сплаву // Физика и химия обработки материалов, 1976. №1. С. 156159.

32. Бетанели А.И., Даниленко Л.П., Лоладзе Т.Н. Исследование возможности дополнительного поверхностного легирования стали PI8 с помощью луча лазера // Физика и химия обработки материалов, 1972. №6. С. 22-26.

33. Дунская И.М. Лазеры и химия. М.: Наука, 1979. 163 с.34: Миркин Л. И. О возможности насыщения железа углеродом под действием светового импульса лазера // Доклады АН СССР, 1969. т. 186, №2. С. 305-308.

34. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник. М.: Металлургия, 1981. — 120 с.3в. Беккерт М:, Клемм X. Справочник по металлографическому травлению. М.: Металлургия, 1979. 336 с.

35. Методы исследования материалов: Структура, свойства и процессы! нанесения неорганических покрытий./ Тушинский Л.И., Плохов A.B., Токарев А.О., Синдеев В.И. М.: Мир. 2004. 384с.:ил.

36. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов. М.: Наука. 1976, -230с.

37. Скаков Ю.А., Горелик С.С. Рентгенографический и электронно-микроскопический анализ. М.: Металлургия, 1975. 108 с.

38. Вишняков Я. Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов. М.: Металлургия, 1975. 479 с.

39. Русаков A.A. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.

40. Косолапов Г.Ф. Рентгенография. М.: Высшая школа, 1962. — 331 с.

41. Качанов H.H., Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ (поликристаллов). М.: Машгиз, 1960. 375 с.

42. Попов B.C., Титух Ю.И. Рентгеноструктурные исследования превращений в рабочей поверхности сплавов при абразивном изнашивании // Металловедение и термическая обработка металлов, 1975. №1. С. 24-27

43. Уманский Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургия, 1960. 447 с.

44. Бородкина М.М., Спектор Э.Н. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1981. 272 с.

45. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. Справочник. М.: Машиностроение, 1979. — 132 с.

46. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: МИСиС,,2002. — 358 с.

47. Углов A.A., Сагдединов O.F. О расчете плавления и затвердевания металла при импульсном воздействии // Физика и химия обработки материалов, 1991, №5, С. 36-40

48. Кравченко Г.Н., Алексеев B.B. Влияние пластического деформирования дробью и циклического нагружения на свойства поверхностного слоя стали 30ХГСН2А // Металловедение и термическая обработка металлов, 1986. №9." С. 23-25.

49. Куров И.Е., Нагорных С.Н., Сивухин Г.А. О легировании хромом поверхности конструкционных сталей при лазерной обработке // Физика и химия обработки материалов, 1987. №4. С. 74-78.

50. Ляхович Л.С., Исаков С.А., Картошкин В.М. Лазерное легирование // Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. №3. С. 14-19.

51. Андрияхин В.М., Еднерал Н.В., Мазорра Х.А. Лазерное легирование хромом стали У10 // Поверхность: Физика, химия, механика, 1982. №10. С.134-139.

52. Коваленко B.C., Волгин В.И. Лазерное легирование конструкционных материалов // Технология и организация производства, 1976. №7. С. 60-62.

53. Малинов Л.Е., Харианова Е.Я., Зареченский A.B. Армирование поверхности сталей за счет применения дифференцированной обработки // Известия вузов. Черная металлургия, 1992. №4. С. 37-39.

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

55. Винокур Б.Б., Бейнисович Б.Н. Легирование машиностроительной стали. М.: Металлургия, 1977. 199 с.

56. Лившиц Л.С., Гринберг H.A., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. М.: Машиностроение, 1969. 185 с.

57. Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. 190 с.

58. Бородин И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. М.: Машиностроение, 1982. 141 с.

59. Гинберг A.M., Иванов А.Ф. Износостойкие и антифрикционные покрытия. М.: Машиностроение, 1982. 42 с.

60. Мацевитый В.М. Покрытия для,режущих инструментов. Харьков: Вища школа, 1987. 127 с.

61. Воронкин Н.А. Покрытия в технике // Износостойкие и защитные покрытия. Киев. 1989. 45 е.

62. Шатинский В.Ф., Нестеренко. А.И. Защитные диффузионные покрытия. Киев: Наукова Думка, 1988. 265 с.

63. Ярошевич В.К., Белоцерковский М.А. Антифрикционные покрытия из металлических порошков. Минск: Наука и техника, 1981. 174 с

64. Тушинский Л.И. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий, 1986, 216 с.

65. Портной К.И., Бабич Б.Н. Дисперсноупрочненные материалы. М.: Металлургия, 1974. 199 с.

66. Лизунов В.И. Композиционные стали. М.: Металлургия^ 1978. 148 с.

67. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982.-168с.

68. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и' технология. Кн.6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов.- М.: Высш. шк., 1988.- 159 с.

69. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006. -664 с.

70. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. 584 с.

71. Самойлович Ю.А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. М.: Металлургия, 1986, 168с.

72. Вуд.Дж., Хоникомб Р.У. К. Быстрозакаленные кристаллические сплавы на основе железа //Сверхбыстрая закалка жидких сплавов. М.: Металлургия; 1986. 375с:

73. Пахомова Н.А., Артингер-И., Иванов Б.А. и др. Структурные изменения в стали. Р6М5 при поверхностном оплавлении электронным лучом // М и ТОМ. 1989. №12. С. 13-1516i Маннинг Дж. Кинетика.диффузии атомов в кристаллах. М.: Мир: 1971'. -277с.

74. Бекренев А.Н., Беркин А.Г., Дробязко С.Б. Образование- структуры-равноосных кристаллов^ при» лазерном» оплавлении^ быстрорежущей* стали // Металлофизика. 1989 • Т.11, №З.С.120-121

75. Касимовский A.A. Особенности кристаллизации переплавленного лазером сплава Fe38Bi7 // Металловедение и термическая обработка металлов, 1988. №5. С. 15-18.

76. Осипов К.А. Аморфные и ультрадисперсные кристаллические материалы. М.: Наука, 1972. 74 с.

77. Манохин А.И., Митин Б.С., Васильев В.А. Аморфные сплавы. М.: Металлургия, 1984. 157 с.

78. Молотилов Б.В., Макаров В.П., Глезер A.M. Аморфные сплавы. М.: Машиностроение; 1986. 47 с.

79. Борисов В.Г., Духин А.И. Закономерности образования пересыщенных твердых растворов и аморфных сплавов при закалке из жидкого состояния // Проблемы металловедения и физики металлов, 1978. №5. О. 4-11.

80. Елютин О.П. Сплавы с аморфной структурой // Металловедение и термическая обработка металлов, 1980. №8. С. 28-31.

81. Штремель М.А. "Лабораторный практикум по специальному курсу прочность сплавов". М., 1969.-78с.

82. Салтыков С.А. "Стереометрическая металлография". М.: Металлургия, 1976. - 270с.86: Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978.-248 с.

83. Ревун G.A., Балакирев В.Ф. Исследование диффузионных процессов при плазменном напылении металлических покрытий// Физика и химия обработки материалов, 1999, №6, С.24-30.

84. Галенко П.К., Харанжевский Е.В., Данилов Д.А. Высокоскоростная кристаллизация конструкционной стали при лазерной обработке поверхности// Журнал технической физики. 2002, том 72, вып. 5, с.48-55

85. Садовский В.Д. и др. Лазерный нагрев и структура стали: Атлас микроструктур. Свердловск: УрО АН СССР, 1989 102 с.

86. Бекренев А.Н., Беркин А.Г., Дробязко С.Б. Образование структуры равноосных кристаллов при лазерном оплавлении быстрорежущей стали // Металлофизика. 1989. Т.11, №3.С. 120-121

87. Гуревич М.Е., Журавлев А.Ф., Лариков Л.Н., Новицкий В.Г., Погорелов А.Е. Исследование направленного переноса атомов в металлах под воздействием импульсного излучения ОКГ // Металлофизика. 1981 т.З. №3. С. 108-112

88. Сазонов Б.Г. Экстремальная диффузионная активность в стали в состоянии предпревращения // Металловедение и термическая обработка металлов, 1990. №7. С.63-71

89. Криштал М.А., Филяев В.И. Диффузия примесных атомов в области дислокаций в металлах // Физика и химия обработки материалов. 1979. №1. С.115-126

90. Паркин A.A., Жаткин С.С. Особенности процессов нагрева и массопереноса в материале при импульсном лазерном воздействии // Физика и химия обработки материалов. 1994. №8. С.27-35

91. Мазанко В.М., Погорелов А.Е. Аномальный массоперенос циркония в а-железе при короткоимпульсном лазерном излучении // Металлофизика. 1986.Т6.В.4. С.108-109

92. Гуреев Д.М. Влияние лазерного воздействия на перераспределение углерода в поверхностных слоях инструментальных сталей // Физика и химия обработки материалов. 1994. №1. С. 27-39

93. Углов A.A., Смуров И.Ю., Тагиров К.И. Термокапиллярный массоперенос при лазерном легировании* металлов // Физика и химия обработки материалов. 1988. №6. С. 24-29

94. Сахаров А.Н. Влияние фазового перехода в металле на распределение примеси при лазерной активации процессов диффузионного массопереноса // Физика и химия обработки материалов. 1991. №4. С. 53-59

95. Путилин, A.M. Штеренберг. Массоперенос в металлах под действием коротких импульсов лазера. Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. физ.-мат. науки, Самара. 1999 № 7. С. 185-187

96. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Изд-во Физ.-мат. лит. 1960. —564 с.

97. Гуревич М.Е., Журавлев А.Ф., Корнюшин Ю.В., Погорелов А.Е. О природе массопереноса в металлах при лазерном облучении // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. №3. C.17-18f

98. Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкий A.A. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. М.: Металлургия, 1974.-280 с.

99. Ревун С.А., Балакирев В.Ф. Исследование диффузионных процессов при плазменном напылении металлических покрытий// Физика и химия обработки материалов, 1999, №6, С.24-30.

100. Гуревич М.Е., Лариков Л.Н., Мазанко В.Ф. Влияние лзерного излучения на подвижность атомов железа// Физика и химия обработки материалов, 1977, №2, с. 7-9.

101. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. Новосибирск: Наука, 1991.- 183'с.

102. Углов A.A., Фомин А.Д., Наумкин А.О. Модификация газотермических покрытий излучением лазера // Физика и химия обработки материалов, 1987. №4. С. 78-82.

103. Васильев М.А., Панарин В.Е., Ткачук A.A. Покрытия из нитрида титана, осажденные методом вакуумного дугового разряда (обзор)// Металлофизика и новейшие технологии, 2000, т.22, №11, С.58-71.

104. Бецофен С.Я., Петров Л.М., Лазарев Э.М. Структура и свойства ионно-плазменных покрытий TiN// Металлы, 1990, №3, С. 158-165.

105. Тинклпо Дж.Р., Крэндалл У.Б. Керметы. М.: Иностр. литература, 1962. 366 с.

106. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев: Наукова Думка, 1980. 403 с.

107. Янагид X. Тонкая техническая керамика. М.: Металлургия, 1986. 278 с.

108. Кислый П.С. Керметы. Киев: Наукова Думка, 1985. 270 с.

109. Войлович Р.Ф. Тугоплавкие соединения. Киев: Наукова Думка, 1975. 224с.

110. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. Киев: Наукова Думка, 1984. 317 с.

111. Маргулес А.У. Резание металлов керметами. М.: Машиностроение, 1980. 160 с.

112. Андриевский P.A., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Челябинск: Металлургия, 1989. 368 с.

113. Куклин Л.Г., Сагалов В.И., Серебровский В.Б. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента. М.: Машгиз, 1960. 140 с.

114. Миркин Л.И., Пилипецкий Н.Ф. Упрочнение твердого сплава при воздействии светового луча // Известия АН СССР. Металлы, 1960. №3. С. 137-139.

115. Верхотуров А.Д., Тимофеева И.И. Влияние импульсного лазерного облучения на микроструктуру поликристаллических карбидов и боридов // Порошковая металлургия, 1989. №10. С. 52-57.

116. Артамонов А .Я. Развитие методов обработки металлокерамических материалов//Порошковая металлургия, 1967. №11. С. 19-28.

117. Хает Л.Г. Упрочнение твердосплавного режущего инструмента поверхностным деформированием. М.: НИИмаш, 1981. 54 с.

118. Калия М.А., Лошак М.Г. К вопросу о механизме упрочнения твердых сплавов термической обработкой // Порошковая металлургия, 1990. №1. С. 94-96.

119. Оликер В.Е. Физико-химическая оценка совместимости материала в триботехнических парах //Порошковая металлургия, 1989. №2. С. 65-70.

120. Пилянкевич А.Н., Олейник Г.С. Структурные механизмы диспергирования зеренной структуры в керамических материалах // Порошковая металлургия, 1990. №1. С. 35-41.

121. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982.- 320 с.

122. Гольдштейн М.И., Фарбер Б.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.: Металлургия, 1979.- 208 с.

123. Александрова Л.И., Лошак М.Г., Горбачева Т.Б. Рентгенографическое исследование термообработанных твердых сплавов WC-Co// Порошковая металлургия, 1986, №5, С. 93-98.

124. Чапорова И.Н., Чернявский К.С. Структура спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1975.-248 с.

125. Гуреев Д.М., Катулин В.А., Лалетин А.П. Исследование структурных превращений в твердом сплаве ВК8 в зоне импульсной лазерной обработки// Физика и химия обработки материалов, 1986, №5, С. 46-50.

126. Самотугин С.С., Ковальчук A.B., Овчинников В.М. Обработка поверхности спеченных твердых сплавов высококонцентрированной' плазменной струей// Сварочное производство, 1994, №2, С. 17-20.

127. Залкин В.М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления. М.: Металлургия, 1987.-152 с.

128. Лисовский А.Ф., Линенко Ю.П. Металлокерамические твердые сплавы с переменным содержанием кобальта // Порошковая металлургия, 1972. №3. С.38-41.

129. Кюбарсепп Я.П., Вальдма Л.Э., Аннука Х.Н. Некоторые проблемы изготовления и применения карбидотитановых сплавов со стальными связками // Металловедение и термическая обработка металлов, 1987. №3. С. 43-49.221