IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ СЛОЕВ ТИТАНА ПОД ВЛИЯНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Одним из перспективных направлений в области повышения твердости, прочности поверхностного слоя является использование лазерно-термической обработки (ЛТО), основанной на локальном нагреве участка поверхности и скоростном охлаждении. Именно также условия при формировании поверхностного слоя обеспечивают сочетание высоких эксплуатационных свойств с пластичностью основы изделия. [1,2]
В связи с этой целью данной работы является изучение физико-механических характеристик поверхностного слоя титановых образцов после воздействия лазерного излучения, а также выявление оптимальных режимов ЛТО, приводящих к значительному росту микротвердости и незначительному увеличению зерна. Исследованию подвергалась отожжение образцов технически чистого титана ВТ1-0 с последующим лазерным термическим воздействием. Термическое упрочнение осуществлялось при помощи лазера импульсного действия ГОС-1001, где были зафиксированы следующие характеристики: длительность импульса – 13 миллисекунд, энергия накачки – 18 кДж и энергия излучения – 250 Дж. Диаметр пучка подбирался экспериментально (за счет подъема и опускания предметного столика с образцом) и варьировался в диапазоне 7-15 мм. Установлено, что меньший пучок (7-8 мм) вызывал сильное оплавление поверхности; при пучке больше диаметра 13,5 мм следов лазерного воздействия на поверхности практически не наблюдалось. Плотность мощности с учетом энергии излучения, площади пятна и длительности импульса имела следующие значения:
диаметр пятна 9 мм – 3024419 Вт/;
диаметр пятна 13 мм – 14495736 Вт/;
диаметр пятна 10 мм – 24497794 Вт/;
диаметр пятна 12 мм – 17012357 Вт/.
Одной из главных целей ЛТО является увеличение микротвердости и прочности поверхностного слоя. В работе рассматривались измерения микротвердости по методу Кнуппу, где в исследованный образец вдавливалась алмазная пирамидка с соотношением продольной и поперечной диагонали 1:7. Исследование проводилось на оптическом металлографическом микроскопе ММ6 фирмы “Leitz” с использованием специальной оснастки.
Установлено, что облучение поверхности приводит к возрастанию значений микротвердости. Степень упрочнения определяется условиями облучения (в нашем случае варьированием диаметра лазерного пучка). Выявлено, что максимальный эффект роста значений микротвердости наблюдается при минимальном рассматриваемом диаметре лазерного пучка – 9 мм и соответственно максимальной плотности мощности. Определенно, что при диаметре пучка 9 мм микротвердость составляет 810-820 НК, при диаметре пучка 10 мм – 760-770 НК; при диаметре пучка 12 мм – 690-700 НК; при диаметре пучка 13 мм – 610-620 НК по сравнению с исходным значением 440-450 НМ.
Последующий этап работы – определение величины зерна. Исследования проведены в ряде работ [1,2] показывают, что оптимальные характеристики по вязкости, пластичности и минимальному размеру зерна получаются про наименьшей температуре в эпицентре, которая соответственно достигается при максимальном диаметре пятна и минимальной мощности лазерного излучения. В работе установлено, что наиболее резкое увеличение зерна (до 115÷120 мкм) наблюдается при наименьшем диаметре лазерного луча 9 мм, что объясняется максимальным значением температуры в эпицентре лазерного луча из рассматриваемых вариантов. Оптимальным является режим с диаметром пятна 13 мм (рассмотренной мощности 14495736 Вт/), который характеризуется размером зерна на уровне отожженного 30-40 мм.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлен режим с оптимальными характеристиками прочности и пластичности. Это образец с диаметром пятна 12 мм и соответственно мощности – 170123557 Вт/. При этом режиме наблюдается значительный рост микротвердости в 1,5÷1,6 раза (690-700 НК по сравнению с исходным значением 440-450 НК), размер зерна возрастает незначительно (до 50 мкм), а на некоторых участках остается на уровне отожженного.
Литература:
1. Муратов В.С., Морозова Е.А. Расчет параметров ванны расплава на поверхности титана про лазерной обработке.// Международный журнал экспериментального образования. – 2015. - №12-13. - с 424.
2.Муратов В.С., Морозов А.П. Изменение физико-механических свойств поверхностных слоев титана под воздействием лазерного излучения.// Высокие технологии в машиностроении: Материалы международной научно-технической конференции. – Самара: изд-во СамГТУ, 2005 – с. 198-199.