Адаптация структур зон лазерной закалки стали к условиям трения

Введение. Рассмотрено структурное состояние поверхностных слоев машиностроительных изделий, изготовленных с применением лазерной обработки на различных режимах облучения. Реализованы структуры с максимально возможной стабильностью по отношению к внешнему воздействию в условиях трения, либо с возможностью оптимальной перестройки и дополнительного упрочнения при эксплуатации путем образования вторичных структур. В условиях эксплуатации под влиянием механических и тепловых импульсов происходит экспрессная перестройка одной структуры в другую, устойчивую на более высоком уровне нагрузочно-скоростных условий. Таким образом, реализуется явление структурно-энергетической приспосабливаемости.

Образующиеся адаптируемые структуры наиболее эффективно рассеивают вводимую в трибосистему энергию и минимизируют износ пар трения.

Материалы и методы. Исследовались образцы из стали Р6М5 помощью следующей аппаратуры:

• технологическая установка Квант-16 с плотностью мощности 100 МВт/м² для импульсного лазерного облучения образцов;

• оптический микроскоп Neophot-21 для металлофизических исследований;

• дифрактометр ДРОН-0,5 для идентификации фазового состава.

Результаты исследования. Установлено, что материал образцов после лазерной обработки способен эффективно рассеивать подводимую при трении энергию с помощью его преобразований на различных структурных уровнях. В результате появляется возможность целевого управления поверхностной прочностью и износостойкостью материалов, используя концепцию структурной приспосабливаемости пар трения, что расширяет их диапазон работоспособности. Износостойкость облученных сталей определяется как их исходной твердостью, так и способностью к деформационному упрочнению в процессе трения. Установлено, что температурно-силовое нагружение поверхностных облученных слоев сталей при трении дестабилизирует аустенит к γ→α превращению, т. е. способствует превращению его в мартенсит деформации.

Обсуждение и заключения. Применительно к конкретным условиям нагружения необходимо регулировать количество и степень стабильности остаточного аустенита в лазерно-закаленных сталях и сплавах, что обеспечивает получение необходимых эксплуатационных свойств.

1. Гинберг, А. М. Износостойкие и антифрикционные покрытия / А. М. Гинберг, А .Ф. Иванов. ― Москва : Машиностроение, 1982. ― 42 с.

2. Кравченко, Г. Н. Влияние пластического деформирования дробью и циклического нагружения на свойства поверхностного слоя стали 30ХГСН2А / Г. Н. Кравченко, В. В. Алексеев // Металловедение и термическая обработка металлов. ― 1986. ― № 9. ― С. 23–25.

3. Григорьянц, А. Г. Методы поверхностной лазерной обработки / А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. ― Москва : Высшая школа, 1987. ― 191 с.

4. Макклинток, Ф. Деформация и разрушение материалов / Ф. Макклинток, А. Аргон. ― Москва : Мир, 1970. ― 443 с.

5. Панин, В. Е. Структурные уровни деформации твердых тел / В. Е. Панин, В. А. Лихачев, Ю. В. Гриняев. ― Новосибирск : Наука, 1985. ― 226 с.

6. Любарский, И. М. Металлофизика трения / И. М. Любарский, Л. С. Палатник. ― Москва : Металлургия, 1976. ― 175 с.

7. Рыбакова, Л. М. Металловедение в науке о трении и изнашивании / Л. М. Рыбакова, Л. И. Куксенова // Металловедение и термическая обработка металлов. ― 1985. ― № 5. ― С. 16–23.

8. Марченко, Е. А. О природе разрушения поверхности металлов при трении / Е. А. Марченко. ― Москва : Наука, 1979. ― 117 с.

9. Горбач, В. Г. Мартенситно-аустенитные стали как эффективный инструментальный и конструкционный материал / В. Г. Горбач, И. В. Сидорук, Е. А. Измайлов // Металловедение и термическая обработка метал-лов. ― 1988. ― № 8. ― С. 9–12.

10. Бровер, А. В. Стpуктуpные особенности пpоцесса повеpхностного упpочнения стали концентpиpованными потоками энергии / А. В. Бровер // Материаловедение. ― 2005. ― № 9. ― С. 18–23.

11. Бровер, А В. Комплекс механизмов упрочнения металлических материалов при импульсной лазерной обработке / А. В. Бровер // Перспективные материалы. ― 2008. ― № 1. ― С. 63–69.

12. Бровер, А. В. Эффекты структурно-энергетической приспосабливаемости поверхностно термоупрочненной стали при трении / А. В. Бровер // Упрочняющие технологии и покрытия. ― 2006. ― № 5. ― С. 43–47.

13. Тушинский, Л. И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов / Л. И. Тушинский. ― Новосибирск : Наука, 1990. ― 305 с.

14. Серебряков, В. Г. Влияние деформации на механические свойства двухфазной аустенитно-мартенситной стали / В. Г. Серебряков, Э. И. Эстрин // Физика металлов и металловедение. ― 1992. ― № 2. ― С. 130–133.

15. Малинов, Л. С. Влияние метастабильного остаточного аустенита на механические свойства стали Х12М / Л. С. Малинов, А. П. Чейлях // Металловедение и термическая обработка металлов. ― 1988. ― № 8. ― С. 12–15.

16. Бернштейн, М. Л. Структура и субструктура аустенита, образующегося при нагреве закаленных и термомеханически упрочненных сталей / М. Л. Бернштейн, Л. М. Капуткина, С. Д. Прокошкин // Физика металлов и металловедение. ― 1982. ― Т. 54, № 6. ― С. 150–157.

17. Буше, Н. А. Совместимость трущихся поверхностей / Н. А. Буше, В. В. Копытько. ― Москва : Наука, 1981. ― 127 с.

18. Белый, А. В. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев / А. В. Белый, Г. Д. Карпенко, Н. К. Мышкин. ― Москва : Машиностроение, 1991. ― 207 с.

19. Бекренев, А. Н. Самоорганизация металлической системы при ее неквазистационарной релаксации / А. Н. Бекренев, А. Ю. Безуглов // Физика и химия обработки материалов. ― 1995. ― № 2. ― С. 122–127.

20. Портной, К. И. Дисперсноупрочненные материалы / К. И. Портной, Б. Н. Бабич. ― Москва : Металлургия, 1974. ― 199 с.

21. Попов, А. А. Влияние деформации на выделение карбида М23С6 в аустенитной стали / А. А. Попов, В. М. Фарбер, Б. М. Бронфин // Физика металлов и металловедение. ― 1974. ― Т. 38, № 2. ― С. 337–343.