автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение конструктивной прочности углеродистых сталей путем формирования градиентной структуры с использованием вневакуумной электронно-лучевой поверхностной обработки

На правах рукописи

Батаева Екатерина Александровна

ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПУТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДИЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ

ОБРАБОТКИ

05 02 01 - «Материаловедение (в машиностроении)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОТ1371

Новосибирск - 2007

003071371

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Тушинский Леонид Иннокентьевич

Официальные оппоненты доктор технический наук, профессор

Околович Геннадий Андреевич

кандидат технических наук, профессор Тихомирова Людмила Борисовна

Ведущая организация Сибирский государственный

индустриальный университет, г Новокузнецк

Защита диссертации состоится 24 мая 2007 г в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212 173 07 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан

» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Никитин Ю В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Особенности внешнего нагружения многих реальных изделий определяют повышенные требования к комплексу механических свойств поверхностных слоёв По этой причине на практике часто возникает необходимость обеспечения поверхностным слоям деталей высоких значений твердости, износостойкости, контактно-усталостной выносливости, усталостной трещиностойкости Эта задача может быть выполнена путем применения различных методов поверхностного упрочнения Выбор конкретного способа упрочнения зависит от многих факторов, в том числе от условий внешнего воздействия, геометрических параметров деталей, типа производства, экономической целесообразности

Одним из методов эффективного воздействия на поверхностные слои стальных изделий является электронно-лучевая обработка, в частности поверхностная закалка электронным лучом Имеются многочисленные примеры успешного применения этого способа упрочнения в машиностроительном производстве Известно, что взаимодействие электронного пучка с воздухом приводит к рассеянию электронов В связи с этим обработку выполняют в вакуумных камерах Это обстоятельство существенно ограничивает возможности применения электронно-лучевой обработки в реальном производстве Обработка изделия связана с необходимостью помещения детали в вакуумную камеру, откачки воздуха из нее и последующего напуска воздуха для извлечения детали Перечисленные операции резко снижают производительность электронно-лучевых установок Крупногабаритные изделия вообще не пригодны для обработки на указанных установках в связи с ограниченными габаритами используемых вакуумных камер

Указанных выше недостатков полностью лишена технология внева-куумной электронно-лучевой обработки, реализуемая на промышленных ускорителях производства Института ядерной физики СО РАН им Г И Будкера В ряде работ были подробно изучены возможности применения электронного пучка, выведенного в воздушную атмосферу, для поверхностной закалки углеродистых и легированных сталей Было показано, что обработка на промышленных ускорителях электронов позволяет существенно улучшить свойства поверхностных слоев Однако было установлено, что в ряде случаев материал поверхностного слоя после обработки электронным пучком высокой мощности может иметь сугубо неоднородную структуру Эта неоднородность негативно отражается на комплексе важнейших механических свойств материалов, в первую очередь на контактно-усталостной выносливости и усталостной трещиностойкости Представленная работа направлена на решение задачи повы-

шения однородности структуры поверхностных слоев, формируемых при вневакуумной электронно-лучевой обработке, поиска технических решений, способствующих повышению уровня конструктивной прочности углеродистых сталей, главным образом усталостной трещиностойкости и контактно-усталостной выносливости. Учитывая перспективы промышленного применения вневакуумной электронно-лучевой обработки, в первую очередь крупногабаритных (валков прокатных станов, валов крупных электрических машин, головок рельсов), тема представленной работы является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с ведомственной научной программой «Развитие научного потенциала высшей школы» (Проект «Развитие научных исследований по проблемам объемного и поверхностного упрочнения металлических материалов, выполняемых коллективом кафедры «Материаловедение в машиностроении» НГТУ с участием аспирантов очной формы обучения»; государственным контрактом № 20 438 11 7025 «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области машиностроения и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок», в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы по приоритетному направлению программы - «Индустрия наносистем и материалы»

Цель диссертационной работы: Выявить структурные особенности, объясняющие охрупчивание поверхностных слоев при вневакуумной электронно-лучевой обработке углеродистых сталей и обосновать предложения, обеспечивающие высокий комплекс прочностных свойств, показателей ударной вязкости, трещиностойкости, износостойкости, контактно-усталостной выносливости

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

1 Выявление особенностей разрушения поверхностных слоев, сформированных по технологии вневакуумной электронно-лучевой закалки углеродистых сталей

2 Исследование влияния типа исходной структуры углеродистых сталей на однородность поверхностного слоя, упрочненного методом вневакуумной электронно-лучевой закалки

3 Исследование влияния микролегирования углеродистой стали ниобием и титаном на структуру мартенсита закаленного слоя, образующегося при вневакуумной электронно-лучевой закалке

4 Разработка эффективных технологических решений, обеспечивающих повышение стойкости поверхностно-упрочненных сталей в условиях усталостного и контактно-усталостного нагружения

На защиту выносятся:

1 Результаты экспериментальных исследований процессов разрушения поверхностных слоев, сформированных по технологии вневакуум-ной электронно-лучевой закалки углеродистых сталей

2 Результаты экспериментальных исследований, отражающие влияние исходной структуры углеродистых сталей на степень однородности мартенсита, образующегося в условиях поверхностной закалки, реализуемой с использованием высококонцентрированных потоков энергии

3 Предложения по формированию эффективной градиентной структуры поверхностного слоя путем микролегирования высокоуглеродистой стали титаном и ниобием

4 Результаты исследований влияния вневакуумной электроннолучевой обработки на основные показатели конструктивной прочности высокоуглеродистых сталей

Научная новизна:

1 Выявлены механизмы охрупчивания закаленных слоев, формирующихся при вневакуумной электронно-лучевой закалке углеродистых сталей В ходе металлографических и электрономикроскопических исследований установлено, что наиболее опасный дефект поверхностных слоев, полученных путем вневакуумной электронно-лучевой закалки, обусловлен перегревом поверхностной зоны до температур, близких к точке солидуса или превышающих ее Даже кратковременный перегрев стали длительностью менее одной секунды приводит к образованию по границам зерен хрупких пленочных выделений, разрушающихся под действием закалочных напряжений, т е еще до начала эксплуатации упрочненного изделия

2. С позиции повышения уровня конструктивной прочности сталей обоснована необходимость повышения степени однородности структуры тонких закаленных слоев Формирование при вневакуумной электроннолучевой обработке сталей неоднородной градиентной структуры обусловлено различием температуры нагрева по глубине облучаемого объекта и химической неоднородностью составляющих исходной структуры Различие размеров бывшего аустенитного зерна и кристаллов образующегося мартенсита по глубине слоя достигает 6 8 кратной величины Для получения наиболее однородной структуры мартенситного слоя целесообразно использовать сталь со структурой глобулярного перлита и мартенсита Наименее однородная структура поверхностного слоя характерна для образцов, находившихся перед электронно-лучевой обработкой в феррито-перлитном состоянии

3 С целью получения при вневакуумном электронно-лучевом нагреве мелкозернистого аустенита предложено легировать сталь У8 микродобавками титана и ниобия в количестве 0,06 0,1 % Труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ниобия и титана сдерживают рост аустенит-ного зерна в процессе нагрева сталей Размер зерна аустенита в стали У8, легированной 0,1 % Nb, уменьшается по сравнению с нелегированной сталью в 2 2,5 раза Установлено, что микродобавки ниобия и титана, обеспечивая измельчение зерен аустенита и образующихся из них кристаллов мартенсита, способствуют увеличению контактно-усталостной долговечности сталей в ~ 1,5 2 раза

Научная и практическая ценность работы:

1 Выявленные в работе закономерности формирования поверхностных слоев углеродистых сталей, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, позволяют выбрать наиболее эффективные режимы электронно-лучевого упрочнения, обеспечивающие повышение комплекса механических свойств углеродистых сталей

2 На основании проведенных исследований сделаны технические предложения прикладного характера, направленные на повышение комплекса механических свойств упрочняемых сталей В ходе проведенных исследований установлено, что повышению ударной вязкости, циклической трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности поверхностно упрочненных высокоуглеродистых сталей способствует ограничение максимальной температуры нагрева материала при закалке до значений на 100 150 °С ниже точки солидуса, а также отпуск закаленного слоя при 350 450 °С путем дополнительного прохода электронным лучом

3 Выявленные особенности образования структуры в поверхностных слоях углеродистых сталей под действием электронного пучка расширяют представление о формировании структуры упрочненной зоны в зависимости от исходной структуры металла Результаты работы могут быть полезны при оптимизации технологических режимов упрочнения сталей другими методами высокоэнергетического воздействия на материалы

4 Результаты проведенных исследований были использованы при оптимизации структуры материалов, выполненной с целью повышения показателей конструктивной прочности изделий промышленного назначения усталостной трещиностойкости, контактно-усталостной выносливости, износостойкости Предложения и рекомендации по комбинированному упрочнению раскатных роликов, используемых при производстве высокопрочных бесшовных труб, переданы в ОАО НПО «Сибсель-маш» Стойкость инструмента, обработанного по предлагаемой технологии, в 3 раза больше по сравнению с используемыми в промышленном производстве роликами Акционерным обществом «МКК-Саянмрамор»

испытаны поверхностно упрочненные детали перфоратора РР-630 Долговечность поршня ударника перфоратора, изготовленного по предложенной технологии, в 2,5 раз больше по сравнению с деталями производства ОАО «МКК-Саянмрамор»

5 Результаты выполненной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» Созданная триботехническая установка применяется в учебных курсах «Основы трибологии» и «Механические и физические свойства материалов»

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука Технологии Инновации» (г Новосибирск, 2003, 2004, 2005 2006 г), на всероссийской научно-технической конференции «Наука Промышленность Оборона» (г Новосибирск, 2004, 2005 г), 6 российско-корейском международном симпозиуме «К01Ш8'2002» (г. Новосибирск, 2002 г), на VI и VII Уральских школах -семинарах металловедов - молодых ученых (г Екатеринбург, 2004, 2006 г), на 17-й и 18-й Уральских школах металловедов - термистов (г Киров, 2004 гиг Тольятти 2006 г), на 2-й международной школе «Физическое материаловедение» (г Тольятти, 2006 г ), на всероссийской научной школе - семинаре «Новые материалы Создание, структура и свойства - 2006» (г Томск, 2006 г), на международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г Томск, 2006 г), на научных семинарах кафедры «Материаловедение в машиностроении» Новосибирского государственного технического университета

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, из них 4 научные статьи - в реферируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 — в материалах международных и всероссийских конференций

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 217 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 214 наименований Работа содержит 79 рисунков и 3 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и описан круг вопросов, решаемых в диссертационной работе

В первой (обзорной) главе «Повышение механических свойств деталей машин и элементов конструкций методами, основанными на высо-

коэнергетическом воздействии на материал» проведен анализ современных технологических процессов обработки стальных изделий, реализация которых связана с использованием концентрированных потоков энергии Показано, что одним из наиболее эффективных методов поверхностного упрочнения, пригодных для обработки крупногабаритных изделий из углеродистых и низколегированных сталей, является метод внева-куумной электронно-лучевой обработки, характеризующийся высоким коэффициентом полезного действия, высокой мощностью и производительностью Отмечено, что концентрированный электронный пучок, выведенный в атмосферу и используемый для поверхностной закалки деталей, по ряду важных параметров превосходит все высокоэнергетические методы обработки

Анализ литературных данных свидетельствует о неоднозначном влиянии методов поверхностной закалки, реализуемых с использованием высококонцентрированных потоков энергии, на структуру и комплекс важнейших механических свойств упрочняемых сталей Особо противоречивые сведения касаются влияния упрочненных слоев на показатели усталостной и контактно-усталостной трещиностойкости На основе анализа результатов литературного обзора сделан вывод о том, что изучение процессов формирования структуры при вневакуумной электронно-лучевой обработке представляет собой актуальную научную задачу Целесообразно развитие исследований, ориентированных на формирование в процессе быстрого высокотемпературного нагрева мелкозернистой аустенитной структуры и последующее образование из нее однородной мелкодисперсной структуры мартенсита с повышенным уровнем механических свойств

На основании выводов, сделанных в первом разделе диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования

Во второй главе «Материалы и методы экспериментальных исследований» обоснован выбор материалов, методов исследования их структуры и механических свойств, а также конструкций испытательных установок, использованных при проведении экспериментов

В качестве основного материала в работе использовали углеродистую сталь эвтектоидного состава У8 Этот выбор обоснован удобством анализа структурных преобразований, протекающих при реализации методов высокоэнергетического воздействия на материал Ряд экспериментов выполнен на стали 45, широко применяемой в промышленном производстве Комплекс исследуемых материалов, а также видов термической обработки позволил получить широкий набор структурных состояний и оценить влияние различных типов исходной структуры на особенности строения и механические свойства поверхностных слоев сталей, формируемых при вневакуумной электронно-лучевой обработке

Вневакуумную электронно-лучевую обработку осуществляли в Институте ядерной физики СО РАН на промышленном ускорителе электронов типа ЭЛВ-6 Основные параметры технологического процесса имели следующие значения расстояние от выпускного отверстия до поверхности образца Н = 100 130 мм, сила тока пучка электронов I = 12 20 тА, скорость перемещения электронного луча относительно упрочняемых образцов V = 50 90 мм/с Энергия электронного пучка Е была равной 1,4 МэВ

Структурные исследования сталей проводили с использованием методов металлографического анализа (микроскоп ИШЕ), просвечивающей электронной микроскопии (ТеБ1а В8-500) и растровой электронной микроскопии (Ьео-420) Рентгеноструктурный анализ с использованием ди-фрактометрии синхротронного излучения выполняли в Сибирском центре СИ на базе Института ядерной физики СО РАН Для решения поставленных задач был применен дифрактометр высокого разрешения, обеспечивающий высокомонохроматизированное синхротронное излучение (ДАЛ, = 4 10'4) ускорителя ВЭПП-3, использующего встречные элек-трон-позитронные пучки

Определение прочностных свойств и показателей пластичности упрочненного слоя при статическом нагружении осуществляли по ГОСТ 1497-73 на испытательной машине растяжения-сжатия 2167Р-50 Испытания на ударный изгиб с определением значений ударной вязкости выполняли на образцах с и-образным надрезом в соответствии с ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре КМ-5Т Износостойкость исследуемых материалов оценивали в условиях трения о закрепленные частицы абразива по ГОСТ 17367-71

Неоднородность упрочненного слоя, сформированного в процессе вневакуумной электронно-лучевой обработки, определяли металлографически, а также путем измерения микротвердости в соответствии с ГОСТ 9450-76 При оценке циклической трещиностойкости в качестве показателей, характеризующих сопротивление развитию усталостных трещин, использовали параметры, определяемые путем построения кинетических диаграмм усталостного разрушения (КДУР)

Исследование контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев осуществляли на установке, реализующей схему пульсирующего контакта и позволяющей применять в качестве объектов исследования плоские образцы За критерий контактно-усталостной выносливости принималось количество циклов нагружения до момента интенсивного питтингообразования по контуру пятна контакта

В третьей главе «Особенности формирования эффективной градиентной структуры в поверхностных слоях углеродистых сталей при вне-вакуумной электронно-лучевой обработке» проанализированы структур-

ные превращения, происходящие при нагреве и последующем охлаждении исследуемых сталей.

Было показано, что закаленный слой, формируемый при вневакуум-ной электронно-лучевой обработке, является очень сложным по своему строению. В зависимости от режимов обработки в нем могут образовываться дефекты различного происхождения. Одна из важнейших задач, решаемых в данной работе, заключалась в выявлении природы происхождения этих дефектов и разработке рекомендаций по их устранению.

Методами металлографии и растровой электронной микроскопии было установлено, что в верхней части упрочненной зоны в процессе пере! рева может происходить образование дефектов по границам аусге-ниткых зерен. Как правило, речь идет об окислении границ. В случае нагрева до температур, лежащих между линиями солидуса и ликвидуса, происходит подплавление границ. Проведенные исследования показали, что материал с такого рода дефектами разрушается с образованием интеркристалл иг н о го излома (рис. 1а). Низкоэнергоемкий характер разрушения объясняется тем, что дефектные границы зерен являются низкопрочными, охрупченными. На самом деле они могут разрушаться еще до начала эксплуатации изделия, то есть до приложения внешней нагрузки (рис. 16).

а б

Рис. !. Охрупчивание границ аустенитних зерен, обусловленное перегревом стали при электрон но-луче вей обработке.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при выполнении вневакуумной электронно-лучевой обработки необходимо тщательно контролировать максимальный уровень температуры, достигаемой в упрочненном слое. Единственным методом, позволяющим решить эту задачу, является математическое моделирование процесса нагрева. Для решения этой задачи были использованы данные, полученные В.В. Иванцив-ским и В.Л. Батаевым. В каждом конкретном случае задачу нужно решать отдельно, применительно к плакируемым технологическим режи-

Время, с

I = м. ■ -

V п 7

Н - ТЙ01*

БрЁМ», с

мам. Например, для значений Е = 1,4 МэВ, Н = 130 мм, V = 70 мм/с во избежание перегрева поверхностного слоя рекомендуется величину силы тока электронного пучка ограничивать значениями 12...14 мА (рис. 2).

Проведенными исследованиями, в первую очередь дюрометр иче-скими, было установлено, что после яке вакуум ной электронно-лучевой обработки, закаленный слой является сугубо неоднородным, Степень неоднородности может быть такова, что фактически речь следует вести о слоистой структуре с резко различающимися механическими свойствами. Объяснение этого факта связано с исходным состоя-

ние. 2. Кривые нагрева и охлаждения стали УВ при ине-шку) Vмои электронно-лучевой обработке, а - дня различных значений силы тока, б - дня различных ¡!0 глубине слоён материала.

нием материала. Наиболее неоднородная структура закаленного слоя формируется в том случае, если сталь в исходном состоянии имела феррите-перлитное стро ение (рис. За). Объясняется это тем, что процесс нагрева является кратковременным. Этого времени не достаточно для диффузионного перераспределения углерода в аустените и получения однородной по химическому составу у-фазы.

Экспериментально было показано, что наиболее однородная по химическому составу и механическим свойствам структура образуется при использовании в качестве исходной структуры мартенсита. В этом случае разброс микротвердости достигает 200...600 МПа. Если исходной структурой является глобулярный перлит, разброс в значениях микротвердости закаленного электронным лучом слоя достигает 500. ..800 МПа (рис. 36). Пластинчатый перлит и бейнит обеспечивают колебания в закаленном слое на уровне до 1500 МПа. Следует отметить, что наиболее неоднородная структура мартенсита зафиксирована в переходной зоне. В ней можно наблюдать микрообъемы мелкокристаллического мартенсита с

прерывистыми строчками не растворившихся

8000

: 2000

250 450 650 850 1050 1250 1450 Расстояние от поверхности, мим

го 12000 2 11000 л'ЮООО <3 8000 ä 8000 8 7000

В 6000

§ 5000 2 4000 3000

г

гч н \

У

у

\

\

-

50 250 450 650 850 1050 1250 1450 Расстояние от поверхности, мкм

1650

Рис 3 Микротвердость сталей 45 (а) и У8 (б) закаленных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки

Исходная структура стали 45- феррит + перлит, стали У8 - глобулярный перлит

цементитных пластин Температура нагрева переходного слоя была достаточно низкой, а время нахождения микрообъема в аусте-нитном состоянии малым для завершения процесса гомогенизации аустенита С позиции обеспечения высокого уровня конструктивной прочности упрочненных деталей и получения более однородного по структуре поверхностного слоя в качестве наиболее оптимального перед закалкой исходного состояния следует рекомендовать структуру глобулярного перлита Среди всех структур гетерофазно-го типа именно при растворении глобулярного перлита величина пути диффузии углерода является наи-

меньшей

Явно выраженная градиентность мартенситного слоя обусловлена не только его неоднородностью по химическому составу, но также и тем, что каждый слой, который можно выделить в упрочненной зоне нагревается до различных температур Это приводит к тому, что размер аусте-нитных зерен в зависимости от глубины залегания изменяется Используя метод выявления бывшего аустенитного зерна в мартенситной структуре, было показано, что на стали У8 размер аустенитного зерна может изменяться от ~ 40 до 6 мкм (рис 4) Наибольший размер наблюдается в самых верхних слоях мартенситной зоны В том случае, если при нагруже-нии объекта реализуется интеркристаллитный механизм разрушения,

а б

Рис. Я. Структура мартенсита, сформироваиного при внеиакуумной аггектроино-лучепой обработке, а - сталь УК; б - сталь У 8 с добавками О,! "/Я! , ем дифрактометрии синхротронного излучения.

В четвертой главе «Влияние электронно-лучевого упрочнения на показатели конструктивной прочности» приведены результаты исследо-

различия в размерах аустенитного зерна отчетливо видны на фракто-граммах.

Таким образом, несмотря на кратковременность процесса нагрева, размер аустенитного зерна в поверхностных слоях может достигать десятков микрометров. Для измельчения ау-стенита и образующихся из него мартен-ситных кристаллов было предложено использовать принцип микролегирования стали добавками титана и ниобия. Располагаясь в объеме аустенита, мелкодисперсные труднорастворимые частицы легированных карбидов сдерживают рост аустенитного зерна. Структурные исследования, выполненные на трансмиссионном электронном микроскопе Те я 1а ВЗ-500, позволяют сделать вывод о том, что средний размер бывшего аустенитного зерна, а, следовательно, и кристаллов мартенсита, сформированных при электронно-лучевой обработке микролегированных сталей, в 2...3 раза меньше по сравнению со сталью У8 (рис. 5). Присутствие карбидов титана в закаленном слое было зафиксировано методами рентге но структурно го анализа с использовани-

Глубина упрочненного слоя, мкм

Рис. 4. Изменение размера бывшего аустенитного зерна по глубине упрочненных слоев, 1 - сталь У8; 2 - сталь УК с добавками 0,1 % МЬ,

Проведенные в работе исследования свидетельствуют о высокой эффективности метода вневакуумной электронно-лучевой обработки и об эффективности предложенных технологических решений, направленных на устранение дефектов поверхностного слоя

Пятый раздел диссертации «Повышение конструктивной прочности изделий ответственного назначения методами поверхностного упрочнения» носит прикладной характер Результаты проведенных исследований были применены при оптимизации технологических режимов упрочнения роликов, используемых для прокатки высокопрочных бесшовных труб, а также перфоратора, предназначенного для сверления глубоких отверстий на карьерах акционерного общества «Саянмрамор» Эффективность предложенных решений подтверждена актами промышленных испытаний

Результаты диссертационной работы используются в Новосибирском государственном техническом университете в учебном процессе, реализуемом на кафедре «Материаловедение в машиностроении»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Выявлены механизмы охрупчивания закаленных слоев, формирующихся при вневакуумной электронно-лучевой закалке углеродистых сталей В ходе металлографических и электрономикроскопических исследований установлено, что наиболее опасный дефект поверхностных слоев, полученных путем вневакуумной электронно-лучевой закалки, обусловлен перегревом поверхностной зоны до температур, близких к точке солидуса или превышающих ее Даже кратковременный перегрев стали длительностью менее одной секунды приводит к образованию по границам зерен хрупких пленочных выделений, разрушающихся под действием закалочных напряжений, т е еще до начала эксплуатации упрочненного изделия. При реализации поверхностной закалки углеродистых сталей целесообразно использовать такие технологические решения, которые способствуют снижению степени неоднородности конечной структуры и устраняют причины проявления интеркристаллитного механизма разрушения поверхностного слоя

2 В ходе металлографических исследований установлено, что формирование при вневакуумной электронно-лучевой обработке сталей неоднородной градиентной структуры обусловлено различием температуры нагрева по глубине облучаемого объекта и химической неоднородностью составляющих исходной структуры Различие размеров бывшего аусте-нитного зерна и кристаллов образующегося мартенсита по глубине слоя достигает 6 8-кратной величины Неоднородность структуры, формируемой при закалке сталей, обусловлена высокими скоростями процессов

нагрева и охлаждения, а, следовательно, недостатком времени для выравнивания химического состава аустенита Для получения наиболее однородной структуры мартенситного слоя, целесообразно использовать сталь со структурой глобулярного перлита Наименее однородная структура поверхностного слоя характерна для образцов, находившихся перед электронно-лучевой обработкой в феррито-перлитном состоянии

3 С целью получения при вневакуумном электронно-лучевом нагреве стали мелкозернистого аустенита предложено легировать сталь У8 микродобавками титана и ниобия в количестве 0,06 0,1 % Труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ниобия и титана сдерживают рост аустенитного зерна в процессе нагрева сталей Размер бывшего зерна аустенита в стали У8, легированной 0,1 % Nb, уменьшается по сравнению с нелегированной сталью в 2 2,5 раза Установлено, что микродобавки ниобия и титана, обеспечивая измельчение зерен аустенита и образующихся из них кристаллов мартенсита, способствуют увеличению контактно-усталостной долговечности сталей в ~ 1,5 2 раза

4 По сравнению с отожженным состоянием электронно-лучевая закалка высокоуглеродистых сталей способствует увеличению стойкости в условиях трения о закрепленные частицы абразива в 1,8 . 2,1 раза Наиболее высокий уровень износостойкости зафиксирован при испытании сталей со структурой мелкокристаллического мартенсита, сформированного при закалке микролегированных сталей

5 Реализации наименее энергоемкого механизма разрушения закаленного слоя, связанного с зарождением и распространением микротрещин по границам бывших аустенитных зерен, способствуют напряжения закалочного характера. Анализ результатов структурных исследований свидетельствует о том, что применение сталей с тонким, закаленным по электронно-лучевой технологии и впоследствии неотпущенным слоем не допустимо

6 В ходе проведенных исследований установлено, что повышению ударной вязкости, циклической трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности поверхностно упрочненных сталей способствует ограничение максимальной температуры нагрева материала при закалке до значений на 100 150 °С ниже точки солидуса, а также отпуск закаленного слоя при 350 450 °С путем дополнительного прохода электронным лучом

7 Результаты проведенных исследований были использованы при оптимизации структуры материалов, выполненной с целью повышения показателей конструктивной прочности изделий промышленного назначения усталостной трещиностойкости, контактно-усталостной выносливости, износостойкости Предложения и рекомендации по комбинированному упрочнению раскатных роликов, используемых при производст-

ве высокопрочных бесшовных труб, переданы в ОАО НПО «Сибсель-маш» Стойкость инструмента, обработанного по предлагаемой технологии, в 3 раза больше по сравнению с используемыми в промышленном производстве роликами Акционерным обществом «МКК-Саянмрамор» испытаны поверхностно упрочненные детали перфоратора РР-630 Долговечность ударника перфоратора, изготовленного по предложенной технологии, в 2,5 раз больше по сравнению с деталями производства ОАО «МКК-Саянмрамор» Результаты выполненной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» Созданная триботех-ническая установка применяется в учебных курсах «Основы трибологии» и «Механические и физические свойства материалов»

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Rybinskaya Y G Electron-Beam Alloing of a Carbon Steel Surface by Manganese / Y G Rybinskaya, E A Bataeva / Materials the 6th Russian-Korean international symposium on science and technology - Novosibirsk, 2002 - P 149 [Электронно-лучевое легирование поверхности углеродистой стали марганцем]

2 Батаева Е А Вневакуумная электронно-лучевая обработка крупногабаритных стальных изделий / ЕА Батаева / Наука Промышленность Оборона материалы всероссийской научно-технической конференции - Новосибирск Изд-во НГТУ, 2004 - С 134-135

3 Батаева ЕА Особенности формирования поверхностных слоев стальных изделий при облучении электронным лучом / Е А Батаева, JIИ Тушинский / Наука Промышленность Оборона материалы всероссийской научно-технической конференции — Новосибирск Изд-во НГТУ, 2005 - С 76

4 Влияние микролегирования на структуру поверхностного слоя стали при высокоэнергетическом воздействии / Е А Батаева, А М Кручи-нин, А А Батаев, В Г Буров, С В Веселов // Обработка металлов - 2005 -№3(28) -С 20

5 Тушинский JI И. Влияние высокоскоростного нагрева на однородность структуры поверхностных слоев углеродистых сталей /ЛИ Тушинский, Е А Батаева // Обработка металлов - 2005 - №4 (29) - С 2931

6 Батаева Е А Особенности поведения углеродистых сталей, упрочненных электронным пучком, в условиях контактного нагружения / Е А Батаева, Л И Тушинский // Обработка металлов - 2006 - №3 (32) - С 25-26

7 Батаева Е А Влияние вневакуумной электронно-лучевой обработки на механические свойства поверхностных слоев углеродистых сталей / Е А Батаева // Труды III международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения" -Томск, 2006 - С 8183

8 Батаева Е А Структурные особенности поверхностных слоев углеродистых сталей, упрочненных методом вневакуумной электроннолучевой обработки / Е А Батаева // Труды VI всероссийской школы-семинара "Новые материалы, создание, структура, свойства - 2006" -Томск, 2006 -С 95-97

9 Особенности разрушения поверхностного слоя стали, перегретого электронным лучом / Батаева Е А , Буров В Г , Батаев В А // Известия высших учебных заведений Черная металлургия - 2006 - № 12 — С 60

Подписано в печать 20 04 2007 г Формат 84x60x1/16 Бумага офсетная Тираж 100 экз Печ л 1,25 Заказ

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДАМИ, ОСНОВАННЫМИ НА ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА МАТЕРИАЛ литературный обзор).

Анализ методов поверхностной обработки металлических материалов высококонцентрированными потоками энергии.

1.1.1. Электронно-лучевая обработка.

1.1.2. Лазерная обработка.

1.1.3. Плазменное упрочнение металлических материалов.

1.2. Закономерности формирования структуры поверхностных слоев сталей при высокоэнергетическом воздействии.

1.3. Особенности напряженного состояния в поверхностных слоях металлических материалов, обусловленные нагревом и последующим ускоренным охлаждением.

1.4. Изменение комплекса механических свойств сталей в результате воздействия на поверхность высококонцентрированных источников энергии.

1.5. Выводы.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Материалы исследования.

2.2. Предварительная термическая обработка.

2.3. Оборудование и режимы вневакуумной электронно-лучевой обработки металлических материалов.

2.4. Структурные исследования материалов.

2.4.1. Оптическая металлография.

2.4.2. Растровая электронная микроскопия.

2.4.3. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.4.4. Рентгеноструктурный анализ с использованием синхротронного излучения.

2.5. Методы определения механических свойств.

2.5.1. Измерение микротвердости.

2.5.2. Определение прочностных свойств и показателей пластичности при статическом нагружении.

2.5.3. Определение циклической трещиностойкости.

2.5.4. Испытание материалов на ударный изгиб.

2.5.5. Контактно-усталостные испытания.

2.5.6. Определение износостойкости металлических сплавов в условиях трения о закрепленные частицы абразива.

3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ГРАДИЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ В ПРИ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКЕ.

3.1. Образование аустенита при вневакуумной электронно-лучевой обработке.

3.2. Влияние предварительной термической обработки на формирование поверхностного слоя углеродистых сталей, упрочненных электронным лучом.

3.3. Моделирование процессов нагрева и охлаждения поверхностных слоев стали У8 в условиях вневакуумной электронно-лучевой обработки.

3.4. Образование дефектов мартенситной структуры, обусловленное аустенитизацией стали при повышенных температурах.

3.5. Измельчение мартенситной структуры путем микролегирования высокоуглеродистой стали титаном и ниобием.

3.6. Отпуск сталей, упрочненных методом вневакуумной электроннолучевой закалки.

3.7. Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО УПРОЧНЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ УГЛЕРОДИСТЫХ

СТАЛЕЙ.

4.1. Циклическая трещиностойкость сталей, упрочненных электронным лучом.

4.2. Контактно-усталостная выносливость углеродистой стали, упрочненной методом вневакуумной электронно-лучевой обработки.

4.3. Ударная вязкость сталей эвтектоидного состава, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки.

4.4. Износостойкость сталей в условиях трения о закрепленные частицы абразива.

4.5. Оценка уровня прочностных свойств поверхностно-упрочненных сталей.

4.6. Выводы.

5. ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ МЕТОДАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО

УПРОЧННИЯ.

5.1. Упрочнение боковых граней железнодорожных рельсов.

5.2. Повышение стойкости раскатных роликов прокатных станов.

5.3. Поверхностное упрочнение поршня ударника погружного перфоратра.

5.4. Использование результатов научно-исследовательской работы в учебном процессе.

5.5. Выводы.

Особенности внешнего нагружения многих деталей машин и элементов конструкции являются причиной того, что конструкторы предъявляют разные требования к уровню механических свойств поверхностных слоев и объема изделий. Условия эксплуатации поверхностных слоев, как правило, являются гораздо более жесткими и интенсивными. Основными факторами, определяющими характер эксплуатации внешних слоев деталей машин, являются высокий уровень контактных нагрузок, повышенный уровень механических напряжений, усталостный механизм нагружения, воздействие абразивных сред различного рода [1-5].

Учитывая отмеченные особенности, в последние десятилетия активно развиваются методы упрочнения материалов, позволяющие кардинально изменять физико-механические и химические свойства поверхностных слоев. Среди многих методов модифицирования структуры поверхностных слоев можно выделить методы высокоэнергетического воздействия на стали, обеспечивающие закалку тонких поверхностных слоев путем высокоскоростного нагрева и последующего быстрого охлаждения. К ним относятся лазерная, плазменная, электронно-лучевая закалка, закалка с использованием токов высокой частоты. Эти методы достаточно хорошо развиты и в настоящее время активно применяются в промышленном производстве, особенно предприятиями, специализирующимися на выпуске дорогостоящего, высокотехнологичного оборудования ответственного назначения.

Одна из наиболее сложных технологических задач, возникающих в промышленном производстве, связана с поверхностным упрочнением крупногабаритных стальных изделий. В качестве примеров можно привести железнодорожные рельсы, валки прокатных станов, детали тяжелых металлорежущих станков, прессов, валы крупных электрических машин. Анализ известных методов поверхностного упрочнения показывает, что одним из наиболее перспективных методов модифицирования поверхностных слоев крупногабаритных изделий является вневакуумная электронно-лучевая закалка. По сравнению с другими методами упрочнения, например лазерной закалкой, этот метод обладает рядом важнейших достоинств, среди которых следует выделить высокую мощность (до 100 кВт), высокие значения производительности и коэффициента полезного действия.

Следует подчеркнуть, что технология вневакуумной электроннолучевой обработки разработана отечественными специалистами. Реализуется она с помощью промышленных ускорителей электронов, разработанных в Институте ядерной физики СО РАН. Важнейшим узлом данного типа ускорителей, обеспечивающим возможность вневакуумной электронно-лучевой обработки, является устройство для вывода электронов в воздушную атмосферу.

Несмотря на ряд работ, доказывающих высокую эффективность вневакуумной электронно-лучевой обработки сталей, следует отметить, что существуют серьезные проблемы, связанные с этой технологией упрочнения. Одна из них обусловлена явно выраженной неоднородностью структуры поверхностного слоя, что в свою очередь негативно отражается на комплексе механических свойств упрочняемых изделий. Прежде всего, речь идет о контактно-усталостной выносливости и усталостной трещиностойкости.

Вторая проблема заключается в росте аустенитного зерна и формировании относительно грубой мартенситной структуры при электронно-лучевом нагреве объемов стали до температур, близких к температуре плавления. Этот недостаток проявляется в охрупчивании материала, резком снижении уровня контактно-усталостной выносливости. Структурные дефекты, связанные с перегревом материала, в значительной степени ответственны за снижение усталостных свойств. Опыт практического использования деталей, закаленных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки, свидетельствует о возможности хрупкого выкрашивания локальных участков высокопрочных поверхностных слоев. Такие явления наблюдали, в частности, при эксплуатации прокатных валков и железнодорожных рельсов, упрочненных электронным лучом, выведенным в воздушную атмосферу.

Учитывая функциональное назначение поверхностно упрочняемых деталей, локальный, контактный и циклических характер их нагружения, очевидно, что на практике целесообразно применять такие технологические решения, которые способствовали бы устранению дефектов структуры поверхностных слоев, формируемых при реализации методов высокоэнергетического воздействия на материал, в том числе и при вневакуумной электроннолучевой обработке. Решению отмеченных выше задач посвящена данная диссертация. Работа ориентирована на поиск решений, способствующих оптимизации технологических режимов вневакуумной электронно-лучевой обработки, формированию мелкодисперсной однородной структуры поверхностных слоев, которая, в свою очередь, обеспечивает высокий комплекс механических свойств сталей.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований процессов разрушения поверхностных слоев, сформированных по технологии вневакуумной электронно-лучевой закалки углеродистых сталей.

2. Результаты экспериментальных исследований, отражающие влияние исходной структуры углеродистых сталей на степень однородности мартенсита, образующегося в условиях поверхностной закалки, реализуемой с использованием высоконцентрированных потоков энергии.

3. Предложения по формированию эффективной градиентной структуры поверхностного слоя путем микролегирования высокоуглеродистой стали титаном и ниобием.

4. Результаты исследований влияния вневакуумной электронно-лучевой обработки на основные показатели конструктивной прочности высокоуглеродистых сталей.

Научная новизна:

1. Выявлены механизмы охрупчивания закаленных слоев, формирующихся при вневакуумной электронно-лучевой закалке углеродистых сталей. В ходе металлографических и электрономикроскопических исследований установлено, что наиболее опасный дефект поверхностных слоев, полученных путем вневакуумной электронно-лучевой закалки, обусловлен перегревом поверхностной зоны до температур, близких к точке солидуса или превышающих ее. Даже кратковременный перегрев стали длительностью менее одной секунды приводит к образованию по границам зерен хрупких пленочных выделений, разрушающихся под действием закалочных напряжений, т.е. еще до начала эксплуатации упрочненного изделия.

2. С позиции повышения уровня конструктивной прочности сталей обоснована необходимость повышения степени однородности структуры тонких закаленных слоев. Формирование при вневакуумной электронно-лучевой обработке сталей неоднородной градиентной структуры обусловлено различием температуры нагрева по глубине облучаемого объекта и химической неоднородностью составляющих исходной структуры. Различие размеров бывшего аустенитного зерна и кристаллов образующегося мартенсита по глубине слоя достигает 6.8 кратной величины. Для получения наиболее однородной структуры мартенситного слоя целесообразно использовать сталь со структурой глобулярного перлита и мартенсита. Наименее однородная структура поверхностного слоя характерна для образцов, находившихся перед электроннолучевой обработкой в феррито-перлитном состоянии.

3. С целью получения при вневакуумном электронно-лучевом нагреве мелкозернистого аустенита предложено легировать сталь У8 микродобавками титана и ниобия в количестве 0,06.0,1 %. Труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ниобия и титана сдерживают рост аустенитного зерна в процессе нагрева сталей. Размер зерна аустенита в стали У8, легированной 0,1 % №>, уменьшается по сравнению с нелегированной сталью в 2.2,5 раза. Установлено, что микродобавки ниобия и титана, обеспечивая измельчение зерен аустенита и образующихся из них кристаллов мартенсита, способствуют увеличению контактно-усталостной долговечности сталей в ~ 1,5.2 раза.

Научная и практическая ценность работы:

1. Выявленные в работе закономерности формирования поверхностных слоев углеродистых сталей, упрочненных методом вневакуумной электроннолучевой обработки, позволяют выбрать наиболее эффективные режимы электронно-лучевого упрочнения, обеспечивающие повышение комплекса механических свойств углеродистых сталей.

2. На основании проведенных исследований сделаны технические предложения прикладного характера, направленные на повышение комплекса механических свойств упрочняемых сталей. В ходе проведенных исследований установлено, что повышению ударной вязкости, циклической трещиностойко-сти и контактно-усталостной долговечности поверхностно упрочненных высокоуглеродистых сталей способствует ограничение максимальной температуры нагрева материала при закалке до значений на 100. 150 °С ниже точки солидуса, а также отпуск закаленного слоя при 350.450 °С путем дополнительного прохода электронным лучом.

3. Выявленные особенности образования структуры в поверхностных слоях углеродистых сталей под действием электронного пучка расширяют представление о формировании структуры упрочненной зоны в зависимости от исходной структуры металла. Результаты работы могут быть полезны при оптимизации технологических режимов упрочнения сталей другими методами высокоэнергетического воздействия на материалы.

4. Результаты проведенных исследований были использованы при оптимизации структуры материалов, выполненной с целью повышения показателей конструктивной прочности изделий промышленного назначения: усталостной трещиностойкости, контактно-усталостной выносливости, износостойкости. Предложения и рекомендации по комбинированному упрочнению раскатных роликов, используемых при производстве высокопрочных бесшовных труб, переданы в ОАО НПО «Сибсельмаш». Стойкость инструмента, обработанного по предлагаемой технологии, в 3 раза больше по сравнению с используемыми в промышленном производстве роликами. Акционерным обществом «МКК-Саянмрамор» испытаны поверхностно упрочненные детали перфоратора РР-630. Долговечность поршня ударника перфоратора, изготовленного по предложенной технологии, в 2,5 раз больше по сравнению с деталями производства ОАО «МКК-Саянмрамор».

5. Результаты выполненной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Созданная триботехническая установка применяется в учебных курсах «Основы трибологии» и «Механические и физические свойства материалов».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2003, 2004, 2005 2006 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (г. Новосибирск, 2004, 2005 г.); 6 российско-корейском международном симпозиуме «К01Ш8'2002» (г. Новосибирск, 2002 г.); на VI и VII Уральских школах -семинарах металловедов - молодых ученых (г. Екатеринбург, 2004, 2006 г.); на 17-й и 18-й Уральских школах металловедов - термистов (г. Киров, 2004 г. и г. Тольятти 2006 г.); на 2-й международной школе «Физическое материаловедение» (г. Тольятти, 2006 г.); на всероссийской научной школе - семинаре «Новые материалы. Создание, структура и свойства - 2006» (г. Томск, 2006 г.); на международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2006 г.); на научных семинарах кафедры «Материаловедение в машиностроении» Новосибирского государственного технического университета. и

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, из них 4 научные статьи - в реферируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 - в материалах международных и всероссийских конференций.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 217 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 214 наименований. Работа содержит 79 рисунков и 3 таблицы, приложения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выявлены механизмы охрупчивания закаленных слоев, формирующихся при вневакуумной электронно-лучевой закалке углеродистых сталей. В ходе металлографических и электрономикроскопических исследований установлено, что наиболее опасный дефект поверхностных слоев, полученных путем вневакуумной электронно-лучевой закалки, обусловлен перегревом поверхностной зоны до температур, близких к точке солидуса или превышающих ее. Даже кратковременный перегрев стали длительностью менее одной секунды приводит к образованию по границам зерен хрупких пленочных выделений, разрушающихся под действием закалочных напряжений, т.е. еще до начала эксплуатации упрочненного изделия. При реализации поверхностной закалки углеродистых сталей целесообразно использовать такие технологические решения, которые способствуют снижению степени неоднородности конечной структуры и устраняют причины проявления интер-кристаллитного механизма разрушения поверхностного слоя.

2. В ходе металлографических исследований установлено, что формирование при вневакуумной электронно-лучевой обработке сталей с неоднородной градиентной структуры обусловлено различием температуры нагрева по глубине облучаемого объекта и химической неоднородностью составляющих исходной структуры. Различие размеров бывшего аустенитного зерна и кристаллов образующегося мартенсита по глубине слоя достигает 6.8 кратной величины. Неоднородность структуры, формируемой при закалке сталей, обусловлена высокими скоростями процессов нагрева и охлаждения, а, следовательно, недостатком времени для выравнивания химического состава аустенита. Для получения наиболее однородной структуры мартенсит-ного слоя, целесообразно использовать сталь со структурой глобулярного перлита. Наименее однородная структура поверхностного слоя характерна для образцов, находившихся перед электронно-лучевой обработкой в ферри-то-перлитном состоянии.

3. С целью получения при вневакуумном электронно-лучевом нагреве стали мелкозернистого аустенита предложено легировать сталь У8 микродобавками титана и ниобия в количестве 0,06.0,1 %. Труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ниобия и титана сдерживают рост аустенитного зерна в процессе нагрева сталей. Размер бывшего зерна аустенита в стали У8, легированной 0,1 % №>, уменьшается по сравнению с нелегированной сталью в 2.2,5 раза. Установлено, что микродобавки ниобия и титана, обеспечивая измельчение зерен аустенита и образующихся из них кристаллов мартенсита, способствуют увеличению контактно-усталостной долговечности сталей в ~ 1,5.2 раза.

4. По сравнению с отожженным состоянием электронно-лучевая закалка высокоуглеродистых сталей способствует увеличению стойкости в условиях трения о закрепленные частицы абразива в 1,8.2,1 раза. Наиболее высокий уровень износостойкости зафиксирован при испытании сталей со структурой мелкокристаллического мартенсита, сформированного при закалке микролегированных сталей.

5. Реализации наименее энергоемкого механизма разрушения закаленного слоя, связанного с зарождением и распространением микротрещин по границам бывших аустенитных зерен, способствуют напряжения закалочного характера. Анализ результатов структурных исследований свидетельствует о том, что применение сталей с тонким, закаленным по электронно-лучевой технологии и впоследствии неотпущенным слоем не допустимо.

6. В ходе проведенных исследований установлено, что повышению ударной вязкости, циклической трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности поверхностно упрочненных сталей способствует ограничение максимальной температуры нагрева материала при закалке до значений на 100. 150 ОС ниже точки солидуса, а также отпуск закаленного слоя при 350. .450 ОС путем дополнительного прохода электронным лучом.

7. Результаты проведенных исследований были использованы при оптимизации структуры материалов, выполненной с целью повышения показателей конструктивной прочности изделий промышленного назначения: усталостной трещиностойкости, контактно-усталостной выносливости, износостойкости. Предложения и рекомендации по комбинированному упрочнению раскатных роликов, используемых при производстве высокопрочных бесшовных труб, переданы в ОАО НПО «Сибсельмаш». Стойкость инструмента, обработанного по предлагаемой технологии в 3 раза больше по сравнению с используемыми в промышленном производстве роликами. Акционерным обществом «МКК-Саянмрамор» испытаны поверхностно упрочненные детали перфоратора РР-630. Долговечность поршня ударника перфоратора, изготовленного по предложенной технологии, в 2,5 раз больше по сравнению с деталями производства ОАО «МКК-Саянмрамор». Результаты выполненной работы используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Созданная триботехническая установка применяется в учебных курсах «Основы трибологии» и «Механические и физические свойства материалов».

197

1. Тушинский Л.И. Структурная теория конструктивной прочности материалов / Л.И. Тушинский. Новосибирск.: Изд-во НГТУ, 2004. - 400 с.

2. Coated Metal. Structure and Properties of Metal-Coating Compositions / L.I. Tushinsky, I.M. Kovensky, A.V. Plokhov, V.l. Sindeyev, P.V. Reshedko.-Berlin, Heidelberg, New-York: Springer, 2002. 457 P.

3. Новые материалы и технологии. Теория и практика упрочнения материалов в экстремальных условиях / Тушинский Л.И., Плохов A.B., Папы-ринА.Н. и др. Новосибирск.: Наука. Сиб. отд-е., 1992. - 200 с.

4. Структура и конструктивная прочность композиции основной металл покрытие / Л.И. Тушинский, A.B. Плохов, A.B. Столбов, В.И. Синдеев. -Новосибирск.: Наука. Сиб. отд-е, 1996. - 298 с.

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

6. Белый A.B. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии / A.B. Белый, Е.М. Макушок, И.Л. По-боль. Минск.: Навука i тэхшка, 1990. - 179 с.

7. Григорянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов / А.Г. Гри-горянц. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

8. Григорьянц А.Г. Методы поверхностной лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. М.: Высшая школа, 1987. - 191 с.

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

10. Реди Дж. Промышленное применение лазеров / Дж. Реди. М. : Мир, 1981,- 638 с.

11. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера / Л.И. Миркин. М.: Изд-во МГУ, 1975. - 383 с.

12. Лазерный нагрев и структура стали / В.Д. Садовский, В.М. Счастливцев, Т.И. Табатчикова, И.Л. Яковлева. Свердловск: УрО АН СССР, 1989.- 102 с.

13. Головин Г.Ф. Высокочастотная термическая обработка / Г.Ф. Головин, М.Н. Замятнин. Л.: Машиностроение, 1990. - 239 с.

14. Демичев А.Д. Поверхностная закалка индукционным сп особом / А.Д.Демичев. Л.: Машиностроение, 1979 - 80 с.

15. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве / К.З. Шепеляковский. М. : Машиностроение, 1972. - 287 с.

16. Закалка стали при высококонцентрированном источнике нагрева ТВЧ / П.И. Русин, В.Н. Дворников, А.Д. Степанович // Структура и свойства материалов. 1988. - Ч. 1. - С. 86-87.

17. Высокоэнергетические процессы обработки материалов / О.П. Со-лоненко, А.П. Алхимов, В.В. Марусин, A.M. Оришич, Х.М. Рахимянов, P.A. Салимов, В.Г. Щукин, В.Ф. Косарев. Новосибирск : Наука, 2000. - 425 с.

18. Дерибас A.A. Физика упрочнения и сварки взрывом / A.A. Дерибас. -Новосибирск: Наука, 1972. 188 с.

19. Электронно-лучевая технология / 3. Шиллер, И. Гайзиг, 3. Панцер. -М.: Энергия, 1980.- 540 с.

20. Spenser L. V. Theory of electron penetration / L. V. Spenser. Phys. Rev.- 1955.-98, №6.-P. 1597- 1615.

21. Интенсивные электронные пучки. Физика. Техника. Применение / Е.А. Абрамян, Б.А. Альтеркоп, Г.Д. Кулешов. -М. : Энергоатомиздат, 1984.- 232 с.

22. Лещинский Л. К. Комплексное объемно-поверхностное упрочнение материалов с использованием высококонцентрированных источников нагрева / Л.К. Лещинский // Материаловедение и термическая обработка металлов.- 1988.-№5.-С. 3-7.

23. Физические основы электротермического упрочнения стали / В.Н. Гриднев, Ю.Я. Мешков, С.П. Ошкадеров, В.И. Трефилов. Киев, 1973. - 335 с.

24. Кидин И. Н. Физические основы электротермической обработки материалов и сплавов / И.Н. Кидин. М. : Металлургия, 1969. - 376 с.

25. Новые высокоэнергетические технологии упрочнения металлов/ под ред. Л.И. Тушинского. Новосибирск, 2000. - 51 с.

26. Вассерман С.Б. О применении импульсных электронных пучков. -Отчет ИЯФ СО АН СССР / С.Б. Вассерман. Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР. -1984.

27. О поверхностной закалке стали концентрированным электронным пучком в атмосфере: Препринт № 88-73 / А.Ф. Вайсман, С.Б. Вассерман, М.Г. Голковский, В.Д. Кедо, P.A. Салимов. Новосибирск, 1988.- 32 с.

28. Устройство для вывода в атмосферу адиабатически сжатого интенсивного электронного пучка / Н.К. Куксанов, P.A. Салимов, С.Н. Фадеев. -Новосибирск, 1991.- 28 с.

29. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов: справочник / С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов. М. : Машиностроение, 1994. - 496с.

30. Вассерман С.Б. Импульсный ускоритель электронов с большой частотой повторения / С.Б. Вассерман, В.М. Радченко. Тез. докл. V Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. - Томск. - 1984. - Т 2. - С. 43-44.

31. Влияние мощного электронного облучения на структуру и свойства сталей и сплавов / Е.С. Мачурин, Г.И. Алексеев, А.Г. Фаробин, В.П. Кули-ченко, Н.П. Кулиш, H.A. Мельникова, П.В. Петренко // Физика и химия обработки материалов. 1986. - № 5. - С. 26-29.

32. Исследование характеристик концентрированного пучка электронов в атмосфере / С.Е. Петров, С.Н. Фадеев, А.Ф. Вайсман. Л. : Гипроцемент, 1986.

33. О рассеянии электронного пучка материалом вещества при электронно-лучевой обработке / Л.В. Борискина, А.Н. Кабанов, В.Н. Юдаев // Физика и химия обработки материалов. 1976. - № 5. - С. 20-26.

34. О распределении плотности тока по сечению электронного луча / И.В. Зуев, H.H. Рыкалин, A.A. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1968.-№ 5. - С. 110-112.

35. Экспериментальное исследование структуры электронных пучков / К.Е. Карашоков, Н.Т. Островерхов, В.К. Попов // Физика и химия обработки материалов. 1971. - № 2. - С. 38-43.

36. Измерение параметров мощных электронных пучков методом вращающегося зонда / O.K. Назаренко, В.Е. Локшин, К.С. Акопьянц // Электронная обработка материалов. 1970. - № 1. - С. 87-90.

37. О нахождении коэффициента сосредоточенности электронного луча / A.B. Башкатов, B.C. Постников, Ф.Н. Рыжков // Физика и химия обработки материалов. 1970. - № 5. - С. 14-18.

38. Децик В.Н. Механические свойства стали 20X13 после электроннолучевой обработки / В.Н. Децлик // Материаловедение и термическая обработка металлов. 1996. - №2. - С. 25-27.

39. Шиллер С. Термическая модификация поверхности металлических конструкций электронными пучками / С. Шиллер, С. Панцер // Металлы. -1985. Вып. 29. - № 3. - С. 227-232.

40. Гольденберг А.А. Влияние электронно-лучевой и лазерной обработки на структуру и свойства машиностроительных материалов / А.А. Гольденберг, В.И. Поликарпов // Вестник машиностроения. 1984. - №8,- С.55-58.

41. Изменение износостойкости инструментальных сталей при электронном облучении / А.Е. Брагинская, В.Н. Манин, А.В. Македонский // Физика и химия обработки материалов. 1983. - № 1. - С. 17-29.

42. Microstructural Modification of Plain Carbon Steels Irradiated by High-Energy Electron Beam / D. Suh, S. Lee, Y. Koo // Metallurgical and Materials Transaktions. 1997. - V. 28A. - P. 637-647.

43. Surface Hardening of a Ductile-Cast Iron Roll Using High-Energy Electron Beams / D. Suh, S. Lee, Y. Koo // Metallurgical and Materials Transaktions. -1997.-V. 28A.-P. 1499-1507.

44. Microstructural Study of the Surface Layers Irradiated by High-Energy Electron Beam in a Plain Carbon Steel / D. Suh, S. Lee, Y. Koo // Material Transactions, JIM. 1996. - V. 37. - № 3. - P. 309-313.

45. Strutt P.R. A Comparative study of electron beam and laser melting of M2 tool steel / P.R. Strutt. Mater. Sci. Eng., 1980. - V. 44.

46. Levis B.G. Practical implications of electron beam / B.G. Levis, P.R. Strutt. Surface Metals, 1982. -N 11.

47. Hiller W. Aufschmelzbehandlung metallischer Werkstoffe mit dem Elec-tronenstrahl. Grundlagen and Anwendungstechnick / W. Hiller // Metalloberflâche 1975. V. 29. - № 9. - S. 425-428.

48. Образование аморфной структуры в сплавах на основе железа при обработке сильноточным пучком электронов / В.Ю. Васильев, Б.А. Демидов, Т.Г.Кузьменко и др. Доклады АН СССР, 1983. - N 3.

49. Ильин А.И. Стеклообразные структуры в металлических сплавах, подвергнутых действию высокоэнергетических пучков/ А.И. Ильин, B.C. Крапошин // Поверхность. Физика, химия, механика. -1985.-№6.-С. 16-29.

50. Bergman H.W. Laser and electron-beam melted amorphous layers / H.W. Bergman, B.L. Mordike // Journal of Materials Science. 1981. - V. 16. -№. 4. - P. 863-869.

51. Knapp G.A. Pulsed electron beam melting of Fe / G.A. Knapp, D.M. Follstaedt. Laser and Electron Beam Interactions with solids. - N.Y. - 1982.

52. Microstructures of pulse-melted Fe-Tu-C Alloys / D.M. Follstaedt, Y.A. Knapp, P.S. Peercy. ofNon-Cristalline solids. - 1984. - N 1.

53. Schwarz H. Remark on power density, total power and pressure of electron beams as a welding, cutting and surfacing tool / H. Schwarz. Review Scientific Instruments. - 1962. - V. 33,- №6.

54. Schwarz H. Power density of optimally focused space chargelimited electrom beams. Journ. Appl. Phys / H. Schwarz. - 1962. - V. 33. - N 12.

55. Денискин Ю. Д. Влияние проникновения электронов в твердое тело на импульсный нагрев бомбардируемой ими поверхности / Ю.Д. Денискин // Журнал технической физики. 1966. - Т. 36. - Вып. 3. - С. 508-510.

56. Попов В. К. Взаимодействие электронного потока с веществом / В.К. Попов // Физика и химия обработки материалов. 1967. - №4- С. 1124.

57. Экспериментальное исследование структуры электронных пучков / К.Е. Карашоков, Н.Т. Островерхов, В.К. Попов // Физика и химия обработки материалов. 1971. - № 2. - С. 12-21.

58. Об экспериментальном исследовании параметров тонких электронных пучков / А. А. Углов, В. К. Дущенко, А. А. Васютин // Физика и химия обработки материалов. 1974. - № 3. - С. 26-29.

59. Оценка критической удельной мощности электронно-лучевой сварки металлов с кинжальным проплавлением / И.В. Зуев, H.H. Рыкалин, A.A. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1970. - №3. - С. 3-7.

60. Радченко М.В. Создание защитных и упрочняющих покрытий методом электронно-лучевой обработки в вакууме / М.В. Радченко. Барнаул, 1993.-66 с.

61. Козырь И.Г. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сплавов при импульсном нагреве / И.Г. Козырь, В.Ю. Бабкин // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №6. -С. 81-86.

62. Гуреев Д.М. Механизмы фазовых превращений в железе и сталях при лазерном нагреве / Д.М. Гуреев. Самара: Самарский государственный университет, 1999. - 163 с.

63. Наноструктура и твердость "белого слоя" на поверхности железнодорожных рельсов / Ю.В. Иванисенко, Г. Бауман, Г. Фехт, К. Кноте, И.М. Сафаров, A.B. Корзников, Р.З. Валиев // ФММ. 1997. - Т83. - №3. - С. 104111.

64. Полетика И.М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием в концентрированных потоках энергии: автореф. дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук. / И.М. Полетика. Томск: ИФПМ, 1996. -40 с.

65. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / под ред. Дж Поута и др. М. : Машиностроение, 1987.- 424 с.

66. Епечурин В.П. Лучевые методы обработки материалов / В.П. Епе-чурин. Л.: Изд-во Северо-Западного заочного политехи, ин-та, 1977. - 3 1 с.

67. Попов В. Ф. Процессы и установки электронно-ионной технологии / В. Ф. Попов, Ю.Н. Горин. М.: Высшая школа, 1988. - 255 с.

68. Основы электронно-лучевой обработки материалов / H.H. Рыкалин, И.В. Зуев, A.A. Углов. -М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

69. Введение в технологию электронно-лучевых процессов / под ред. H.A. Ольшанского. М.: Металлургия, 1965. - 395 с.

70. Клебанов Г.Н. Сварка и обработка материалов электронным лучом / Г.Н. Клебанов. -М.: Машиностроение, 1968. 42 с.

71. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии / И.В. Зуев. М.: Изд-во МЭИ, 1998. - 162 с.

72. Шипко A.A. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева / A.A. Шипко. Минск: Наука и техника, 1995. -280 с.

73. Закалка стальных цилиндрических изделий концентрированным электронным пучком, выпущенным в атмосферу / М.Г. Голковский, В.А. Ба-таев, А.Ф. Вайсман // Актуальные проблемы электронного приборостроения / Тез. докл. научно-техн. конф. Новосибирск, 1998.

74. Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц / Тез. докл. II Всесоюзной конф. Свердловск, 1991.- 167 с.

75. Выпуск в атмосферу концентрированного пучка электронов до 60 кВт ускорителя ЭЛВ-4 / В.А. Горбунов, Н.К. Куксанов, P.A. Салимов / Докл. III Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве- JI.: 1979.- С. 122-125.

76. Новокрещенов В.В. Технология обработки материалов концентрированными потоками энергии / В.В. Новокрещенов. -М. : Изд-во МЭИ, 1998.- 172 с.

77. Rybinskaya Y.G. Electron-Beam Alloing of a Carbon Steel Surface by Manganese / Y.G. Rybinskaya, E.A. Bataeva / Materials the 6th Russian-Korean international symposium on science and technology. Novosibirsk, 2002. - P. 149.

78. Батаева Е.А. Вневакуумная электронно-лучевая обработка крупногабаритных стальных изделий / Е.А. Батаева / Наука. Промышленность. Оборона : материалы всероссийской научно-технической конференции Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. - С. 134 - 135.

79. Батаева Е.А. Создание градиентной структуры методом вневакуум-ной электронно-лучевой обработки стальных изделий / Е.А. Бараева / VI Уральской школа-семинар металловедов-молодых ученых : сб. тезисов. -Екатеринбург, 2004. С. 65.

80. Влияние микролегирования на структуру поверхностного слоя стали при высокоэнергетическом воздействии / Е.А. Батаева, A.M. Кручинин, A.A. Батаев, В.Г. Буров, C.B. Веселов // Обработка металлов. 2005. - №3 (28).-С. 20.

81. Тушинский Л.И. Влияние высокоскоростного нагрева на однородность структуры поверхностных слоев углеродистых сталей / Л.И. Тушинский, Е.А. Батаева // Обработка металлов. 2005. - №4 (29). - С. 29-31.

82. Батаева Е.А. Особенности поведения углеродистых сталей, упрочненных электронным пучком, в условиях контактного нагружения / Е.А. Батаева, Л.И. Тушинский // Обработка металлов. 2006. - №3. - С. 25-26.

83. Особенности разрушения поверхностного слоя стали, перегретого электронным лучом / Е.А. Батаева, В.Г. Буров, В.А. Батаев // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2006. - № 12. - С. 60.

84. Медведовская JI.A. Оборудование и технология лазерной термической обработки / JI.A. Медведовская, Н.Ф. Шур // Материаловедение и термическая обработка металлов. 1983. - № 4. С. 17-29.

85. Андрияхин В.М. О некоторых видах покрытий, используемых при обработке металла излучением лазера / В.М. Андрияхин, Н.Т. Чеканова // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. - № 2. - С. 37-42.

86. Григорянц А.Г. Лазерная техника и технология. Основы лазерного термоупрочнения сплавов / А.Г. Григорянц, А.Н. Сафонов. - М. : Высшая школа, 1988.- 159 с.

87. Крапошин B.C. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением / B.C. Крапошин // Поверхность. 1982. - № 3. - С. 111.

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

89. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П.А. Леонтьев, М.Г. Хан, Н.Т. Чекалова. -М.: Металлургия, 1986. 142 с.

90. Влияние лазерного нагрева на количество остаточного аустенита в сталях и чугунах / B.C. Крапошин, К.В. Шахлевич, Т.М. Вязьмина // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 10. - С. 21-29.

91. Влияние параметров лазерного нагрева на концентрацию хрома в поверхностных слоях сталей / B.C. Крапошин, И.Ч. Копецкая, О.П. Костыле-ва // Физика и химия обработки материалов. 1989. - № 5. - С. 90-96.

92. Левин В.И. Об эффективности лазерной технологии / В.И. Левин // Сварочное производство. 1979. - Вып. 6/3. - С. 62.

93. Скаков Ю.А. Легирование поверхностных слоев при использовании лазерной обработки / Ю.А. Скаков, Н.В. Еднерал // Изв. АН СССР.- Сер. физическая. 1983. - Т 47. - № 8. - С. 1487 - 1496.

94. Механические свойства стали 9Х после лазерной закалки по различным режимам / Т.М. Вязьмина, B.C. Крапошин, В.П. Полухин, А.Н. Ве-ремеевич // Поверхность. Физика, химия, механика. 1990. - № 5. - С. 141146.

95. Fundamental study of laser transformation hardening / S. Kon, D.K. Sun, Y.P. Le. Met. Trans. A., 1983. - V. 14A. - P. 643-653.

96. Термическая обработка быстрорежущей стали с применением непрерывного лазерного излучения / М.Н. Крянина, A.M. Бернштейн, Т.П. Чу-прова // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 10. -С. 7-12.

97. Сафонов А.Н. Структура и микротвердость поверхностных слоев железоуглеродистых сплавов после лазерной закалки / А.Н. Сафонов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. - № 2. - С. 20-25.

98. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П.А. Леонтьев, М.Г. Хан, Н.Т. Чеканова. М. : Металлургия, 1986. - 142 с.

99. О причине смещения температуры инструментального начала ау-стенитного превращения в сталях при скоростном лазерном нагреве / Г.Ю. Баландина, Б.И. Бертяев, И.Н. Завестовская и др. // Квантовая электроника. -1985.-Т. 13.-№ И.-С. 2315-2319.

100. Гурвич Л.О. Влияние кинетики а -» у превращения, лимитруе-мого диффузией, на расчет толщины закаленного слоя при лазерной термообработке стали / Л.О. Гурвич, Э.Н. Соболь // Доклады АН СССР. Металлы. - 1984.-№6.-С. 154-158.

101. Ashby M.F. The Transformation Hardening of Steel surfaces by Laser Beam / M.F. Ashby, K.E. Easterling. // Acta Metallurgies 1984. - V. 32. - № 11.-P. 1935-1948.

102. Механические свойства стали 20XH2M после лазерной обработки / А. Амулявичус, М. Бальчунене, Бр. Петретис, Д. Юзакенас // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 1. - С. 12-14.

103. Микроструктура и износостойкость стали 40X10С2М после обработки СОг-лазером / Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Алексеенко С.И. и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 11 .-С.2-6.

104. Действие излучения большой мощности / под ред. A.M. Бонч-Бруевича. М.: Наука, 1970. - 272 с.

105. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / под ред. A.M. Прохорова. М.: Наука, 1988. - 532 с.

106. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. М.: Машиностроение, 1987,- 424 с.

107. Лазерное и электроэррозионное упрочнение материалов/ под ред. П.Н. Родина. М.: Наука, 1986. - 276 с.

108. Григорьянц А.Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. М.: Высшая школа, 1988. - 158 с.

109. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении / К.И. Крылов, Т.В. Прокопенко, A.C. Митрофанов. Л. : Машиностроение, 1978. -336 с.

110. Упрочнение деталей лучом лазера / B.C. Коваленко, П.Ф. Головко, Г.В. Меркулов, А.И. Стрижак. Киев : Техника, 1982. - 130 с.

111. Малаховский В.А. Плазменные процессы в сварочном производстве / В.А. Малаховский. М.: Высшая школа, 1988. - 73 с.

112. Плазменное поверхностное упрочнение / JI.K. Лещинский, С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар. Киев : Техника, 1990. - 109 с.

113. Донской A.B. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / A.B. Донской, B.C. Клубникин. J1. : Машиностроение, 1979. -221 с.

114. Усов J1.H. Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий / J1.H. Усов, А.И. Борисенко. М.: - JI.: Наука, 1965. - 86 с.

115. Упрочнение инструмента из быстрорежущих сталей обработкой плазменной струей / С.С. Самотугин, A.B. Ковальчук, О.И. Новохацкая, В.М. Овчинников, В.И. My флер // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 2. - С. 5-8.

116. Определение характеристик трещиностойкости углеродистых сталей, упрочненных плазменной струей / С.С. Самотугин, JI.K. Лещинский, И.И. Пирч и др. // Заводская лаборатория. 1985. - № 7. - С. 69-71.

117. Скоростное расплавление поверхности высокопрочного чугуна плазменно-дуговым разрядом / B.C. Крапошин, Ю.В. Курочкин, Г.Н. Муха-нов, К.В. Шахлевич // Физика и химия обработки материалов. 1989. - № 3. - С. 65-70.

118. Поверхностное упрочнение инструментальных сталей и сплавов при нагреве высококонцентрированной плазменной струей / С.С. Самотугин, О.Ю. Нестеров, В.А. Мазур и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. -2005. -№3.- С. 23-28.

119. Оптимизация режимов плазменной обработки инструмента / С.С. Самотугин, О.Ю. Нестеров, Ярмицкий и др. // Сварочное производство. -1998.-№7.- С. 12-15.

120. Кулагин И.Д. Плазменная обработка материалов / И.Д. Кулагин. -М.: Машиностроение, 1969. 100 с.

121. Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении / Тез. докл. Челябинск, 1991. - 71 с.

122. Плазменная техника и технология и их применение на предприятиях республики. Казань. - 1981 - 86 с.

123. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов, Г.В. Брбров, JI.K. Дружинин и др. М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

124. Кудинов В.В. Плазменные покрытия / В.В. Кудинов. М. : Наука, 1977.- 184 с.

125. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушение материалов с покрытиями / Г.Г. Максимович, В.Ф. Шатинский, В.И. Копылов. Киев : Наук. Думка, 1983. - 264 с.

126. Камалов З.Г. Изменение структурного состояния меди под действием мощных импульсов тока / З.Г. Камалов, И.Ш. Валеев // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №2. - С. 67-72.

127. Криштал М.В. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера / М.В. Криштал.- М.: Металлургия, 1973. 192 с.

128. Фазовые превращения при облучении. Челябинск : Металлургия. - 1989.- 311 с.

129. Козырь И.Г. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сплавах при импульсном нагреве / И.Г. Козырь, В.Ю. Бабкин // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №6. -С. 81-86.

130. Баранов И.Я. Технология лазерной сварки закалки и резки / И.Я. Баранов. СПб.: 1999. - 175 с.

131. Горюшин В.В. Влияние лазерной обработки на структуру и свойства стали 35 / В.В. Горюшин, A.B. Мартьякова // Металловедение и термическая обработка металлов. 1978. - №1. - С. 53-55.

132. Градиентные структурно-фазовые состояния в рельсовой стали / В.Е. Громов, В.А. Бердышев, Э.В. Козлов и др. М. : Недра коммюникей-шенс ЛТД, 2000.- 176 с.

133. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / под ред. A.M. Прохорова. М.: Наука, 1988 - 532 с.

134. Радченко М.В. Создание защитных и упрочняющих покрытий методом электронно-лучевой обработки в вакууме / М.В. Радченко. Барнаул, 1993.-66 с.

135. Козырь И.Г. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сплавах при импульсном нагреве / И.Г. Козырь, В.Ю. Бабкин // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №6. -С. 81-86.

136. Гуреев Д.М. Механизмы фазовых превращений в железе и сталях при лазерном нагреве / Д.М. Гуреев. Самара: Самарский государственный университет, 1999. - 163 с.

137. Наноструктура и твердость "белого слоя" на поверхности железнодорожных рельсов / Ю.В. Иванисенко, Г. Бауман, Г. Фехт и др. // ФММ. -1997.- Т. 83.-№3.- С. 104-111.

138. Полетика И.М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием в концентрированных потоках энергии: автореф. дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук. / И.М. Полетика. Томск: ИФПМ, 1996. -40 с.

139. Модификация структуры и свойств металлических материалов электронными пучками / Тез. докл. Липецк, 1989. - 62 с.

140. Райцес В.Б. Термическая обработка / Б.В. Райцес. М. : Машиностроение. - 1980. - 192 с.

141. Тушинский Л.И. Структурная теория конструктивной прочности / Л.И. Тушинский. Новосибирск. - Изд-во НГТУ, 2004. - 400 с.

142. Биргер И.А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. М. : 1963.214 с.

143. Несовершенства кристаллического строения и мартенситные превращения / под ред. Р.И. Энтина, Ю.А. Осипяна. М.: Наука, 1972. - 238 с.

144. Мартенситные превращения в сталях и сплавах / под ред. Г.В. Щербединского. М.: Металлургия, 1987. - 87 с.

145. Превращения в железе и стали / Г.В. Курдюмов, JIM. Утевский, Р.И. Энтин. М.: Наука, 1977. - 236 с.

146. Вишняков Я.Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах / Я.Д. Вишняков, В.Д. Писарев. М. : Металлургия, 1989. -243 с.

147. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке / Г.Ф. Головин. J1. : Машиностроение, 1973. -144 с.

148. Месяц Г.А. Импульсные сильноточные электронно-лучевые устройства и их применение в технологии / Г.А. Месяц / Междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям. София, 1985.-С. 144-151.

149. Модификация поверхностных слоев металлических материалов сильноточными импульсными пучками / В.Н. Итин, Б.А. Коваль, А.Е. Лигачев и др. / Междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям. София, 1985.-С. 332-337.

150. Структура и свойства сталей, обработанных интенсивными электронными пучками / С.И. Белюк, И.М. Гончаренко, В.Н. Итин и др. / Междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям. Варна, 1988- Т.З. - С. 595-600.

151. Поболь И.Л. Использование электронно-лучевого нагрева для модифицирования поверхности изделий / И.Л. Поболь, A.A. Шипко. Минск : БелНИИНТИ, 1989. - 52 с.

152. Рахманалиев И. Исследование усталостной прочности коленчатых валов, закаленных с применением поверхностного нагрева / И. Рахманалиев. Тр. ВСХчЗО. - Вып. XLIX. - 1973. - С. 15-18.

153. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. Методы испытаний и исследования / под ред. M.JI. Бернштейна, Г.М. Рахштад-та. М. : Металлургия, 1991.- Т.1.- Кн. 1.- 304 с.

154. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник / B.C. Коваленко. М. : Металлургия, 1981. - 121 с.

155. Беккерт М. Способы металлографического травления / М. Беккерт. М. : Металлургия, 1988. - 400 с.

156. Металлография железа. Т. 1. Основы металлографии : пер. с англ. / под. ред.Ф. Н. Тавадзе. М. : Металлургия, 1972. - 240 с.

157. Пилянкевич А.Н. Просвечивающая электронная микроскопия / А.Н. Пилянкевич. Киев : Наукова думка, 1975. - 220 с.

158. Электронная микроскопия в металловедении: Справочник / под ред. A.B. Смирновой. М. : Металлургия, 1985. - 192 с.

159. Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование / С.Я. Грилихес. JI. : Машиностроение. - 1987. - 232 с.

160. Структурный анализ веществ с использованием синхротронного излучения / Г.С. Юрьев, A.B. Косов, О.Н. Каныгина, В.И. Терехов // Международный семинар «Проблемы моделирования и развития технологии получения керамики». Бишкек : Изд-во КРСУ, 2005.- 174 с.

161. Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников: ГОСТ 9450-76. Введ. 1977-01-01 - М., 1993. - 11 с.

162. Металлы. Методы испытаний на растяжение: ГОСТ 1497-84. М. : Издательство стандартов, 1985.- 39 с.

163. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции / В.Н. Волченко. М. : Металлургия, 1979. - 88 с.

164. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов / B.C. Золо-торевский. М. : МИСИС, 1998. - 398 с.

165. Романив О.Н. Структура и припороговая усталость сталей / О.Н. Романив, А.Н. Ткач // ФХММ. 1983. - № 4. - С. 19 - 33.

166. Романив О.Н. Структурный анализ кинетических диаграмм усталостного разрушения конструкционных сталей / О.Н. Романив, А.Н. Ткач // ФХММ. 1987. - № 5. - С. 3- 16.

167. Нотт Дж. Основы механики разрушения / Дж. Нотт. М. : Металлургия, 1978. - 256 с.

168. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей / О.Н. Романив. -М. : Металлургия, 1979. 176 с.

169. Браун У. Испытание высокопрочных материалов на вязкость разрушения при плоской деформации / У. Браун, Дж. Сроули. М. : Мир, 1972.- 246 с.

170. Аналитическое описание диаграмм усталостного разрушения по участкам / С.Я. Ярема, Л.С. Мельничок, Б.А. Попов // ФХММ. 1982. - Т. 18.- №6.-С. 56-58.

171. Ярема С.Я. Исследование роста усталостных трещин и кинетические диаграммы усталостного разрушения / С.Я. Ярема // ФХММ. 1977. -Т. 13.- №4.-С. 3-22.

172. Ярема С.Я. Некоторые вопросы методики испытаний материалов на циклическую трещиностойкость / С.Я. Ярема // ФХММ. 1978. - Т. 14. -№4.-С. 68-77.

173. Определение характеристик сопротивления развитию трещины (трещиностойкости) металлов при циклическом нагружении. Методические указания // ФХММ. 1979. - Т. 15. - № 3. - С. 83-97.

174. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник / Л.М. Школьник. М.: Металлургия, 1978. - 304 с.

175. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах: ГОСТ 9454-78 М. : Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

176. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на контактную усталость: ГОСТ 25.501-78. М.: Изд-во стандартов, 1978.-94 с.

177. Потапов В.М. Регулируемое термопластическое стали с бейнит-ным превращением. : дисс. канд. техн. наук / В.М. Потапов Новосибирск, 1984.-224 с.

178. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы: ГОСТ 17367-71. Введ. 2001—01— 73.-М., 1972.

179. Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. М. : Металлургия, 1978.- 648 с.

180. Экспериментальное наблюдение бездиффузионного образования аустенита в стали с перлитной структурой при лазерном нагреве / И.Л. Яковлева, В.М. Счастливцев, Т.П. Табатчикова // ФММ. 1993. - Т 76. - Вып.2. -С. 86-98.

181. Козырь И.Г. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сталях при импульсном нагреве / И.Г. Козырь, В.Ю. Бабкин//ФММ. 2000.- №6. - С. 81-86.

182. Годунов Г.Ф. Разносторонние схемы / Г.Ф. Годунов, B.C. Рябенький.-М., 1973.-400 с.

183. Самарский A.A. Введение в численные методы / A.A. Самарский. -М., 1987.-280 с.

184. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. М. : Металлургия, 1978. - 392 с.

185. Исправление структуры и изломов перегретой конструкционной стали / В.М. Счастливцев, А.Б. Кутьин, М.А. Смирнов. Екатеринбург : УрО РАН, 2003.- 191 с.

186. Иванова B.C. Природа усталости металлов / B.C. Иванова, В.Ф. Терентьев. М.: Металлургия, 1975.- 455 с.

187. Структура перлита и конструктивная прочность стали / Л.И. Тушинский, A.A. Батаев, Л.Б. Тихомирова. Новосибирск : ВО Наука. Сибирская издательская фирма, 1993. - 279 с.

188. Выносливость объемно и поверхностно упрочненной стали при контактном нагружении / В.М. Потапов, В.А. Батаев, B.C. Бровенко / Межвузовский сборник научных трудов. Новосибирск, 1987.-С. 18-25.

189. Шур Е.А. Структура и контактно-усталостная прочность / Е.А. Шур // Металловедение и термическая обработка металлов. 1978. - № 8. -С. 37-43.

190. Шур Е.А. Конструктивная прочность стали и термическая обработка рельсов: автореф. дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук. / Е.А. Шура. Москва, 1980. - 33 с.

191. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / A.M. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. М.: Машиностроение, 1988. -240 с.