Введение к работе
Актуальность темы. Современная техника требует применения материалов, которые обладали бы высокими прочностными свойствами. К ним относится титан и его сплавы. Вместе с тем титановые сплавы имеют и ряд существенных недостатков, сдерживающих их широкое использование в различных отраслях промышленности. Особенно остро стоит вопрос повышения износостойкости, усталостной прочности и других механических характеристик. Разрешение этого вопроса возможно разными путями, при этом эффективным является применение упрочняющих покрытий и термической обработки.
Перспективным направлением при создании упрочняющих покрытий является лазерная химико-термическая обработка (ЛХТО) н лазерная термическая обработка (ЛТО), основанные на локальном нагреве поверхности и скоростном охлаждении. Однако изучению этих высокоэффективных процессов уделено недостаточное внимание. Особенно слабо изучено влияние лазерного поверхностного легирования (ЛПЛ) на фпзи-ко-механнческие свойства облученных поверхностей титана и его сплавов из покрытий с различными сочетаниями легирующих компонентов. Поэтому проведение комплексных исследований процессов ЛПЛ и ЛТО гитана и его сплавов является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение структурного состояния, фазовых превращений и свойств поверхностных слоев титана и его сплавов при лазерном легировании из однослойных и двухслойных металлических покрытий и лазерной термообработки и разработка научно-обоснованных рекомендаций, направленных на повышение износостойкости лазерно-облученных поверхностей изделий.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи исследования:
— исследование влияния легирующих элементов однослойных и двухслойных металлических покрытий и параметров ЛПЛ на структуру и свойства поверхностного слоя титана и титановых сплавов;
изучение влияния параметров ЛТО на структуру и фн-зико-мсханнческне характеристики поверхностного слоя титана и его сила сов;
определение температурных полей и формы ванны расплава па поверхности титана в зависимости от режимов лазерного облучения методом теплофпзнческого моделирования;
разработка рекомендаций по поверхностному упрочнению титана н титановых сплавов при лазерном легировании и лазерной термообработке, направленных на повышение износостойкости поверхностей изделий.
Научная новизна. Впервые на основе комплексных исследований лазерного поверхностного легирования титана и его сплавов из однослойных н двухслойных металлических покрытий определены особенности формирования структуры и свойств поверхностных слоев и выявлены наиболее эффективные легирующие элементы при ЛПЛ. Установлено влияние кинетики формирования ванны расплава на процессы ЛПЛ, глубину модифицированного слоя, его структуру и свойства. Выявлены распределения легирующих элементов в области расплава и зоны термического влияния (ЗТВ) при ЛПЛ. Установлены оптимальные параметры лазерного поверхностного легирования деталей из титана п титановых сплавов.
Практическая значимость. Разработаны рекомендации по улучшению фпзико-мехаиических характеристик поверхностных слоев титана и его сплавов при сохранении пластичности сердцевины за счет использования ЛХТО и ЛТО. Получены результаты но формированию поверхностных слоев с заданными свойствами, составом и структурой, обладающих прочной связью с основой изделия. Установлены наиболее эффективные легирующие элементы покрытий, позволяющие увеличить износостойкость изделий в 4—6 раз. Даны рекомендации по обработке плоскостей бандажных полок лопаток компрессора и некоторых других деталей.
Основные полоясения, представляемые к защите:
результаты комплексных исследований влияния ЛПЛ из однослойных и двухслойных покрытий на структуру и свойства поверхностных слоев титана и титановых сплавов;
результаты влияния ЛТО на структуру и физико-механические характеристики поверхностных слоев титана и его сплавов;
результаты теоретического расчета температурных полей и формы ванны расплава на поверхности титана при непрерывном лазерном воздействии;
— разработанные рекомендации ЛПЛ из одностопных п двухслойных покрытий и ЛТО, повышающие износостойкость изделий из титана и титановых сплавов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на X Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1983), научно-техническом семинаре «Лазерная техника и технология» (Троицк, 1985), XI Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1986), зональной конференции «Прогрессивные технологии упрочнения деталей машин и инструмента с применением источников с высокой концентрацией энергии» (Пенза, 1988), XII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989), научно-технической конференции «Обеспечение надежности сельскохозяйственной техники» (Саранск, 1990), научно-технической конференции «Эффективность использования машиностроительного оборудования» (Саранск, 1991), XIII Международной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Самара, 1992).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка из ioQ . наименований, 2-х приложений и содержит . У7. страниц машинописного текста, Jut . иллюстраций и jj. . . таблиц.
Похожие диссертации на Структура и свойства титана и его сплавов при лазерном легировании
