Променеві методи обробки: Навч. посібник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Променеві методи обробки: Навч. посібник

гори, бо саме стільки триває зміна величини магнітного поля. Про-іе за цей час електрони встигають зробити декілька мільйонів обертів і набувають енергії до 50...350 МеВ.
...
Для одержання електронних пучків зі ще більшою енергією — до декількох ГеВ— використовують циклічні резонансні прискорювачі, зокрема, синхротрон. Він діє за принципом автофазуван-ня. Прискорення частинок тут здійснюється високочастотним електричним полем постійної частоти в магнітному полі, що швидко наростає у часі. За 0,001 ...0,1 с його напруженість збільшується від 0 до 5... 13 кілоерстед. Магнітне поле змушує електрони рухатись по замкнутій коловій орбіті постійного радіуса, а електричне поле їх прискорює.
...
гори, бо саме стільки триває зміна величини магнітного поля. Про-іе за цей час електрони встигають зробити декілька мільйонів обертів і набувають енергії до 50...350 МеВ.
...
Для одержання електронних пучків зі ще більшою енергією — до декількох ГеВ— використовують циклічні резонансні прискорювачі, зокрема, синхротрон. Він діє за принципом автофазуван-ня. Прискорення частинок тут здійснюється високочастотним електричним полем постійної частоти в магнітному полі, що швидко наростає у часі. За 0,001 ...0,1 с його напруженість збільшується від 0 до 5... 13 кілоерстед. Магнітне поле змушує електрони рухатись по замкнутій коловій орбіті постійного радіуса, а електричне поле їх прискорює.
...
гори, бо саме стільки триває зміна величини магнітного поля. Про-іе за цей час електрони встигають зробити декілька мільйонів обертів і набувають енергії до 50...350 МеВ.
...
Для одержання електронних пучків зі ще більшою енергією — до декількох ГеВ— використовують циклічні резонансні прискорювачі, зокрема, синхротрон. Він діє за принципом автофазуван-ня. Прискорення частинок тут здійснюється високочастотним електричним полем постійної частоти в магнітному полі, що швидко наростає у часі. За 0,001 ...0,1 с його напруженість збільшується від 0 до 5... 13 кілоерстед. Магнітне поле змушує електрони рухатись по замкнутій коловій орбіті постійного радіуса, а електричне поле їх прискорює.
...
а) розміри зони нагрівання (її глибина Н і ширина Ь); б) розподіл мікротвердості за глибиною та шириною зони нагріву Нм=/(к,Ь); в) структура та фазовий склад зони нагріву.
...
Результати електронно-променевого нагрівання, зокрема глибина зони нагріву, в першу чергу залежать від сили струму пучка (рис.4.1). Водночас зміни прискорювальної напруги у межах 20...30 /сВта швидкості переміщення зразків у межах 0,02...0.1 м/с порівняно мало впливають на розміри зони нагріву та її структуру.
...
Зона нагріву у поперечному перерізі (рис.4.2) має форму сегмента. За розмірами відбитків, одержаних при вимірюванні мікро-тиердості, наочно видно значно вищу її твердість.
...
Привертає також увагу низька травимість зони електронно-ироменевого нагріву щодо вихідної структури сталі. За цією ознакою зона нагріву належить до так званих білих шарів, які утворюються всередині гарматних стволів, при терті та зношуванні, при жорстких режимах шліфування, при електроіскровій обробці тощо
...
Щоб уникнути оплавлення поверхні, можна збільшити діаметр пучка Ап. Проте при цьому суттєво змен-. „ „
...
Для збільшення питомої потужності в цьому випадку потрібно збільшити силу струму пучка, щоб досягти критичної точки Асг Проте при цьому нагрівається не окрема зона поверхні, а увесь зразок, отже швидкість охолодження стає меншою від V , і самогартування унеможливлюється. Але дефокусований пучок з успіхом використовують для відпалу та відпуску.
...
Вплив хімічного складу сталі на результати електронно-променевої обробки доцільно, перш за все, розглянути на низці залізовуглецевих сплавів, починаючи з технічного заліза. У цьому випадку стане зрозумілою роль другого компонента вказаних сплавів — вуглецю. Очевидно, що зразки різних сплавів повинні бути оброблені при ідентичних параметрах електронно-променевого нагрівання. Обраний режим забезпечує оплавлення поверхні зразків.
...
Зона нагріву (рис.4.3) складається з двох шарів, структура яких суттєво відмінна. Перший шар розташований там, де температура нагрівання перевищу-иала температуру плавлення сплаву. Він складається з кристалів стовпчастої форми, розташованих віялоподібно — у напрямках відведення тепла при швидкісній кристалізації після електронно-променевого нагрівання.
...
Другий шар зони нагріву розташований там, де темпера-і ура під час обробки була нижчою від температури плавлення, але перевищувала критичну точку Асу Цей шар складається і більш дрібних кристалів по-ліедричної форми зменш вира- Рис .4.3.Мікроструктура зони жсною їх орієнтацією.
...
Мікротвердість першого шару (рис.4.4) досягає досить високих значень - 3500...3700 МПа - порівняно з твердістю вихідної структури сплаву, яка становить ! 600 Мпа.
...
Фазовий пошаровий рентгеноструктурний аналіз зони нагріву підтвердив останнє припущення. Як відомо, випромінювання установок для рентгено-структурного аналізу проникає в чорні метали на глибину близько 15 мкм. Тому для фазового аналізу по всій глибині зони нагріву необхідно поступово видаляти уже досліджені шари товщиною близько 25...35 мкм і знову проводити рентгено-
...
структурний аналіз. Така процедура повторюється доти, доки не досягається вихідна структура сплаву — за межами зони нагріву.
...
Отже, інтенсивність відведення тепла при електронно-променевій обробці настільки велика, що навіть у технічному залізі відбувається самогартування. Свого часу видатному українському металознавцю Г. Курдюмову теж удалося загартувати технічне залізо та маловуглецеві сталі, але в спеціальних охолоджувальних середовищах, які у практиці гартування не використовуються. Електронно-променева жобробка забезпечує самогартування, без будь-яких охолоджувальних середовищ.
...
Другий шар зони нагріву має неоднорідні мікроструктуру та фазовий склад, де поряд з маловуглецевим рейковим мартенситом присутній також ферит. Кількість останнього збільшується з глибиною, і, відповідно, знижується твердість (рис.4.4).
...
Рис. 4.4. Мікротвердість зони нагріву на технічному залізі 4.3.2. Маловуглецева сталь20
...
У будь-якої доевтектоїдної сталі, зокрема й у сталі 20, на відміну від технічного заліза існують дві критичні точки — АсІ\Ас3. Завдяки цьому зона нагріву тут складається з трьох шарів.
...
Перший шар розташовується на поверхні зони. Його нижня межа пролягає там, де температура нагрівання дорівнювала температурі плавлення сталі. Тут відбувалося оплавлення та подальша швидкісна кристалізація (рис.4.5). Зерна у цьому шарі теж мають віялоподібне розташування, хоч і менш виразне, ніж у технічному залізі (рис.4.3). Фазовий рентгеноструктурний аналіз показав наявність тут маловуглецевого рейкового мартенситу і відсутність залишкового аустеніту. Отже, у процесі швидкісного нагрівання
...
структурний аналіз. Така процедура повторюється доти, доки не досягається вихідна структура сплаву — за межами зони нагріву.
...
Отже, інтенсивність відведення тепла при електронно-променевій обробці настільки велика, що навіть у технічному залізі відбувається самогартування. Свого часу видатному українському металознавцю Г. Курдюмову теж удалося загартувати технічне залізо та маловуглецеві сталі, але в спеціальних охолоджувальних середовищах, які у практиці гартування не використовуються. Електронно-променева жобробка забезпечує самогартування, без будь-яких охолоджувальних середовищ.
...
Другий шар зони нагріву має неоднорідні мікроструктуру та фазовий склад, де поряд з маловуглецевим рейковим мартенситом присутній також ферит. Кількість останнього збільшується з глибиною, і, відповідно, знижується твердість (рис.4.4).
...
Рис. 4.4. Мікротвердість зони нагріву на технічному залізі 4.3.2. Маловуглецева сталь20
...
Рис. 4.4. Мікротвердість зони нагріву на технічному залізі
...
весь вуглець (0,24 %), що є в сталі, головним чином у перліті, переходить в аустеніт, а при подальшому охолодженні — в мартенсит
...
Другий шар розташований там, де при електронно-променевому нагріванні температура була нижчою за температуру плавлення сталі, але перевищувала верхню критичну точку Асг Тут теж має місце повна фазова перекристалізація з утворенням однофазної аустенітної структури, але без гомогенізації аустеніту (вона не встигає відбутися через малу тривалість електронно-променевого нагрівання).
...
Маловуглецевий ферит Ф0(Ш%спри нагріванні перетворюється утакожмаловуглецевий аустеніт А0 025%с, який дещо збагачується вуглецем із сусідніх високовуглецевих об'ємів, що утворилися і і^і місці зерен перліту. Мала тривалість процесу зумовлює неповноту цього процесу. При швидкісному охолодженні тут утворюється маловуглецевий мартенсит із твердістю 2200...2900 МПа:
...
З іншого боку, при швидкісному нагріванні фериту аустеніт утворюється в першу чергу по межах блоків зерен, оскільки вони ивжди збагачені вуглецем щодо самих блоків. Тут утворюється .іустеніт з більш високим умістом вуглецю, з якого при швидкіс-
...
Третій шар нагрівався у міжкритичному інтервалі температур (Асг..Ас), де відбувалася неповна фазова перекристалізація та неповне гартування, тому його структура складається з мартенситу та фериту, а твердість становить 7000...7500 МПа.
...
У зоні нагріву цієї доевтектоїдної сталі також утворюються, як і на сталі 20, три шари з тими самими температурними межами: 1-й шар і,>(т;
...
На відміну від технічного заліза та сталі 20, тут у першому шарі уже немає віялоподібних кристалів, він складається з голчастого (а не рейкового) мартенситу (рис. 4.7). Спостерігається тут і невелика кількість залишкового аустеніту. Завдяки цьому твердість першого шару вища, ніж у сталі 20, і становить близько 9200 МПа (рис.4.8). У другому шарі при електронно-променевому нагріванні мала місце повна фазова перекристалізація, але гомогенізація аустеніту практично не відбулася через малу тривалість нагрівання. На місці перлітиих зерен утворюється аустеніт, який при швидкому охолодженні перетворюється у мартенсит з твердістю біля 9800 МПа.
...
Рис.4.6. Мікротвердість зони нагріву на сталі 20
...
На місці феритних зерен при нагріванні утворюється маловуглецевий аустеніт, який при охолодженні перетворюється у мартенсит з твердістю 3000...4000 МПа, значно вищою, ніж у сталі 20, коли ут-1 ворювався пересичений вуглецем ферит з твердістю 2200-2900 МПа.
...
Пояснюється це тим, що сталь 45, на відміну від сталі 20, була не у відпаленому, а в нормалізованому стані, і її вихідна структура складалася із зерен перліту і досить вузеньких прошарків фериту між ними. На місці
...
На місці феритних зерен при нагріванні утворюється маловуглецевий аустеніт, який при охолодженні перетворюється у мартенсит з твердістю 3000...4000 МПа, значно вищою, ніж у сталі 20, коли ут-1 ворювався пересичений вуглецем ферит з твердістю 2200-2900 МПа.
...
Пояснюється це тим, що сталь 45, на відміну від сталі 20, була не у відпаленому, а в нормалізованому стані, і її вихідна структура складалася із зерен перліту і досить вузеньких прошарків фериту між ними. На місці
...
В.С. Черненко, М.В. КІндрачук, 0.1. Дудка. Променеві методи обробки 4.3.4. Евтектоїдна сталь У8
...
Ця сталь має однорідну вихідну структуру пластинчастого перліту і лише одну критичну точку Асг тому зона нагріву тут складається усього з двох шарів:
...
Мікроструктура обох шарів тут приблизно однакова і складається з високовуглецевого мартенситу і невеликої кількості залишкового аустеніту. Максимальна твердість (рис.4.9) становить 9800 МПа. Лише в нижній частині другого шару, де гомогенізація аустеніту не відбулася і зберігся так званий дух перліту, поряд з ви-соковуглецевим мартенситом присутня ця ж фаза з меншим умістом вуглецю, твердість знижується до 7000...7500 МПа.
...
На це вказують і результати фазового пошарового рентгено-структурного аналізу. Лінія (100)а розмита, отже, це мартенсит. Рівномірна ж її інтенсивність по всій ширині свідчить про різні ступені тетрагональності с/а решітки і, отже, про різний вміст вуглецю в мартенситі.
...
В.С. Черненко, М.В. КІндрачук, 0.1. Дудка. Променеві методи обробки 4.3.4. Евтектоїдна сталь У8
...
І Іі сталі мають багато спільного: вихідна структура складається її зерен перліту та сітки вторинного цементиту; обидві вони мають дві критичні точки — АсІтаАст; зона нагріву в обох випадках складається з трьох шарів:
...
І Іерший і другий шари обох зон нагріву мають структуру мар-існситу та залишкового аустеніту, але є й певні відмінності. Зав-няк и більшому вмісту вуглецю в сталі У12 при її гартуванні, зокрема іі самогартуванні після електронно-променевого нагрівання, юерігається більша кількість залишкового аустеніту, особливо в першому шарі. З цієї причини, якщо твердість обох шарів зони нагріву на сталі У10 та другого шару на сталі У12 становить близько 9Н00 МПа, то у першому шарі цієї сталі твердість виявляється дещо нижчою - біля 9200 МПа (рис.4.10).
...
Як і раніше, рентгеноструктурний аналіз засвідчує наявність мпртеї їситних об'ємів з різним ступенем тетрагональності с/а, тоб-ю і різним умістом вуглецю, особливо в другому шарі обох зон нагріву.
...
Тут зазвичай спостерігається неповне розчинення вторинного цементиту в аустеніті при електронно- променевому нагріванні. Видно також, що аустеніт утворюється в першу чергу по межах зерен перліту, на місці цементитної сітки. Цей аустеніт, зрозуміло, має підвищений вміст вуглецю, і більша його частина не перетворюється при самогар-туванні в мартенсит, а зберігається у вигляді світлих прошарків залишкового аустеніту.
...
Для сталей У7...У12 з досить подібними вихідними структурами можна прослідкувати залежність глибини зони нагріву від вмісту вуглецю (рис.4.12).
...
місце, де температура електронно-променевого нагріву досягає критичної точки Аап, а твердість становить 9800 МПа.
...
Сталі У7 і У8 близькі за вмістом вуглецю, тому й різниця в глибині зони нагріву на них невелика. При переході до сталі У10 глибина зони збільшується вдвічі. Пояснюється це тим, що саме вона має найменшу серед усіх вуглеце
...
Рис. 4.11. Структура зони нагріву на сталі У12. х 500
...
V12 дещо зменшує глибину зони, позаяк при ньому суттєво підвищується критична точка Аст, яка визначає умовну нижню межу іони нагріву.
...
Відомо, що вихідна структура сталі суттєво впливає на хід фа-іоііих перетворень при її гартуванні навіть у випадку порівняно і ри іншого нагрівання у печі. Ще більшого значення набуває вихі-ш іа структура при швидкісному нагріванні сталі під гартування. Нпаслідок малої тривалості нагрівання сильно диференційована с і руктура типу пластинчастого або зернистого перліту може не встигнути перетворитися в однорідний за структурою та хімічним складом аустеніт.
...
У результаті цього мартенсит, шо утворюється з такого аустеніту, буде дуже неоднорідним, з різним умістом вуглецю і різним ітупенемтетрагональності решітки, а отже, з різною твердістю. Нарешті, розміри шару зі зміненою структурою при локальній та імпульсній дії високої температури також залежать від вихідної структури сталі.
...
Роль вихідної структури доцільно прослідкувати на прикладі стандартної кулькопідчіпникової сталі ШХ15, адже вона досить широко використовується у техніці — для виготовлення не тільки деталей підчіпників кочення, а й деяких інструментів. Крім того, пя сталь дозволяє одержати гаму різних вихідних структур, починаючи від зернистого перліту і до різних структур гартування та підпуску.
...
З цією метою сталь ШХ15 стандартного хімічного складу (1,02 %С; 1,50 %Сг) піддавалася гартуванню за звичайним промисловим режимом — з 850°С у масло, підігріте до 40...50°С, в результаті чого набула структури мартенситу, залишкового аустеніту та надлишкових карбідів і твердість 66 НКС (перший варіант вихідної струк-іури).
...
Частина зразків після гартування піддавалася відпуску при температурі 200° С протягом 2 годин і одержала структуру мартенситу підпуску, залишкового аустеніту та карбідів з твердістю 60 НКС (другий варіант вихідної структури).
...
Інша частина зразків після гартування піддавалася відпуску при іемі іературі 400° Спротягом 2 годин і одержала структуру трооститу підпуску з твердістю 52 #/?С(третій варіант вихідної структури).
...
V12 дещо зменшує глибину зони, позаяк при ньому суттєво підвищується критична точка Аст, яка визначає умовну нижню межу іони нагріву.
...
Відомо, що вихідна структура сталі суттєво впливає на хід фа-іоііих перетворень при її гартуванні навіть у випадку порівняно і ри іншого нагрівання у печі. Ще більшого значення набуває вихі-ш іа структура при швидкісному нагріванні сталі під гартування. Нпаслідок малої тривалості нагрівання сильно диференційована с і руктура типу пластинчастого або зернистого перліту може не встигнути перетворитися в однорідний за структурою та хімічним складом аустеніт.
...
Ще одна частина зразків після гартування піддавалася відпуску при температурі 600° С протягом 2 годин і одержала структуру сорбіту відпуску з твердістю 36 НКС
...
Нарешті, відпалена сталь ШХ15 дала п'ятий варіант вихідної структури — зернистий перліт. Усі зразки піддавалися електронно-променевому нагріванню водночас і за ідентичним режимом.
...
Сталь ШХ15 за своїм хімічним складом є заевтектоїдною, подібною до розглянутих вище сталей У10 та У12. Вона теж має дві критичні точки: Ас/іА^та ті ж самі три шари зони нагріву:
...
Здається доцільним, перш за все, розглянути зону нагріву на відпаленій сталі ШХ15, позаяк її електронно-променеве нагрівання було вільним від побічних ефектів на кшталт додаткового відпуску вихідної структури.
...
крупнозернистии характер обох структурних складових, як мартенситу, так і залишкового аустеніту. Завдяки цій обставині, а також великій кількості залишкового аустеніту твердість першого шару не дуже висока і становить 7500...8000 МПа.
...
більш чіткими. Це дозволяє оцінити кількість залишкового аустеніту вдругому шарі як55...60 %. Гака велика його кількість, а також відсутність карбідів зумовлюють невисоку твердість цього шару, яка, як і раніше, становить 7500...8000 МПа. Лінії а-фази, як і раніше, розмиті, що вказує на неоднорідність мартенситу.
...
Особливістю 2-го шару є наявність у ньому досить великих скупчень зерен аустеніту (рис.4.16) і твердістю у межах 4500...6000 МПа, що за-шачено й на рис.4.15. М ікрорентгеноспект-ральний аналіз показав, то при середньому имісті хрому в сталі 1,50 % мартенсит і залишковий
...
и скупченнях аустеніту міститься 2,14...2,37 %Сг, а в навколишньому мартенситі—усього 1,14...1,16 %. Це пов'язано зтим, що гомогенізація шойно утвореного аустеніту практично не відбувається.
...
Його ділянки, шо утворились на місці карбідів, зберігають підвищену кількість вуглецю та хрому і при подальшому охолодженні не перетворюються у мартенсит.
...
Третій шар складається з дрібноголчатого мартенситу, залишкового аустеніту і великої кількості карбідів, рівномірно розподілених по усьому об'єму шару. Кількість залишкового Рис.4.16. Зерна аустеніту аустеніту при віддаленні від по- в другому шарі зони нагріву. х500 верхні поступово зменшується від 40...45%до нуля.
...
Ренггеноструктурний аналіз показує, що мартенсит залишається неоднорідним, бо лінії а-фази ще розмиті, але менше, ніж у попередніх шарах, що свідчить про вирівнювання складу твердого розчину. Завдяки дрібнодисперсним карбідам, рівномірно розподіленим у мартенситі, твердість третього шару вища і становить 9000...9500 МПа.
...
Між зоною нагріву та вихідною структурою сталі розташована досить вузька перехідна зона, де температура під час електронно-променевого нагрівання не перевищувала нижню критичнуточку Асг Твердість тут поступово зменшується до звичайних для відпаленої сталі ШХ15 значень - близько 2500 МПа. Ця зона відзначається дещо збільшеною травимість щодо вихідної структури сталі. її мала товщина (50...80 лдаи) є ще одним свідченням локальності електронно-променевого нагрівання.
...
Для інших варіантів вихідної структури, перелічених вище, фазовий склад, мікроструктура та твердість зони нагріву виявилися практично такими самими. Але на загартованих зразках, а також на зразках, відпущених при 200 і 400° С, глибше зони нагріву розташовується зона додаткового швидкісного електронно-променевого відпуску, яка поступово переходить у вихідну структуру сталі.
...
Суттєву ж різницю вносить вихідна структура сталі в розміри зони нагріву (рис.4.17) - як її максимальну глибину И,
...
З рисунка видно, їло глибина зони нагріву на загартованих зразках в 1,5 разу більша, ніж на відпалених. Цю обставину слід ураховувати в практиці електронно-променевої обробки. Пояснюється вона тим, що положення критичної точки Асг кот
...
ному нагріванні залежить від ступеня дисперсності миттєвої структури, яка існує в сталі в момент досягнення цієї точки. Зрозуміло, що у відпалених зразків зі структурою зернистого перліту ступінь дисперсності найменший, критична точка Ас,розташована найвище, а глибина зони мінімальна. Найвищий миттєвий ступінь дисперсності в момент досягнення критичної точки Ас, має загартована сталь, де в процесі електронно-променевого нагрівання відбувся надшвидкісний відпуск, і будь-яка коагуляція карбідної фази просто не мала місця.
...
Отже , вихідна структура сталі не впливає на структуру, фазовий склад та твердість зони електронно-променевого нагріву і суттєво впливає на розміри цієї зони.
...
Вироби після звичайного гартування майже завжди піддаються відпуску при певній температурі для одержання потрібної структури та властивостей, які найкраще відповідають умовам їх експлуатації. З цієї точки зору вплив відпуску на сталі, піддані електронно-променевому гартуванню, має не лише теоретичний, а й практичний інтерес.
...
Вище було показано, що зона електронно-променевого нагріву на цій сталі складається з трьох шарів. Перший та другий шари мають структуру мартенситу і залишкового аустеніту та твердість близько 9800 МПа. У третьому шарі до них приєднується ще й вторинний цементит.
...
Відпуск при 100° С (рис. 4.18) не викликає будь-яких змін твердості. Помітний розпад мартенситу починається при температурі відпуску 200°С, а при 300°Сйде уже інтенсивно. Водночас розпадається й залишковий аустеніт. Завершаються ці процеси при 400°Сутворенням високодисперсної ферито-цементитної суміші - трооститу.
...
Рис.4.18. Зміна твердості шарів зони нагріву в залежності від температури відпуску: а — перший і другий шари; б — третій шар
...
Підвищення температури відпуску до 600 і 700° С викликає інтенсивну коагуляцію цементиту і зменшення ступеня дисперсності його суміші з феритом. Внаслідок цього троостит змінюється сорбітом, а той — зернистим перлітом. Твердість останнього виявляється нижчою, ніж у вихідної структури сталі — пластинчастого перліту.
...
Отже, процес відпуску сталі У10 після електронно-променевого гартування проходить так само і при тих же температурах, що й після звичайного гартування. Оскільки мартенсит третього шару містить менше вуглецю, ніж у перших двох шарах, твердість його самого та продуктів його розпаду при будь-якій температурі виявляється меншою.
...
Вище було показано, що зона електронно-променевого нагріву на цій сталі складається з трьох шарів. Перший та другий шари мають структуру мартенситу і залишкового аустеніту та твердість близько 9800 МПа. У третьому шарі до них приєднується ще й вторинний цементит.
...
Розділ IV. Вплив електронно-променевого нагрівання на структуру сталей 4.5.2. Сталь ШХ15
...
Зона нагріву, як показано вище, тут теж складається з трьох шарів. Перший шар (рис. 4.13) має структуру мартенситу та залишкового аустеніту; другий — таку ж саму структуру та крупні зерна аустеніту (рис. 4.16); для третього шару характерна мартенситно-аустенітна структура з численними карбідами.
...
Відпуск сталі ШХ15 після електронно-променевого гартування проводили в інтервалі температур 100...750 "Счерез кожні 50 "С протягом 1 години. Точка Ас] для цієї сталі знаходиться при 770 °С.
...
Як виявилося, мартенсит і залишковий аустеніт першого та другого шарів поводять себе при відпуску однаково, тому зміни їх твердості в залежності від температури відпуску (рис. 4.19) зображує спільна крива а. Іншою є поведінка аустеніту, збагаченого хромом, у другому шарі зони нагріву (крива б). Нарешті, крива в на тому самому рисунку показує зміну твердості третього шару.
...
видно, що процеси розпаду метастабільних структурних складових — мартенситу і залишкового аустеніту — перш за все відбуваються у третьому шарі.
...
тервалі температур 200...300°Сі завершується при 350...400°С. Отже, процеси, що відбуваються при відпуску у третьому шарі зони нагріву, в усіх основних рисах збігаються з розпадом мартенситу в сталі ШХ15, підданій звичайному гартуванню. Цей збіг зрозумілий, адже при звичайному гартуванні її теж нагрівають у міжкритичному інтервалі температур, між критичними точками АсІ і Аст — як і третій шар при електронно-променевому гартуванні.
...
Розділ IV. Вплив електронно-променевого нагрівання на структуру сталей 4.5.2. Сталь ШХ15
...
Температура електронно-променевого нагрівання першого та другого шарів перевищувала критичну точку Аст, внаслідок чого весь вуглець і хром тут знаходяться у твердому розчині. Хром, як відомо, підвищує стійкість мартенситу та залишкового аустеніту при відпуску. Тому розпад мартенситу починається лише близько 350°С, інтенсивно триває в інтервалі температур 400...450°С і завершується при 500° С. Отже, інтервал розпаду мартенситу тут зміщено на 150...200° Су бік високих температур порівняно зі звичайним гартуванням сталі ШХ15.
...
Перетворення в аустенітних зернах з підвищеним умістом хрому в другому шарі зони нагріву відбуваються лише при нагріванні до 450...500°С, їх продуктом є так званий вторинний мартенсит з твердістю 8000...9000 МПа, що у 1,5...2 рази вище, ніжу вихідного аустеніту.
...
Температура електронно-променевого нагрівання першого та другого шарів перевищувала критичну точку Аст, внаслідок чого весь вуглець і хром тут знаходяться у твердому розчині. Хром, як відомо, підвищує стійкість мартенситу та залишкового аустеніту при відпуску. Тому розпад мартенситу починається лише близько 350°С, інтенсивно триває в інтервалі температур 400...450°С і завершується при 500° С. Отже, інтервал розпаду мартенситу тут зміщено на 150...200° Су бік високих температур порівняно зі звичайним гартуванням сталі ШХ15.
...
Перетворення в аустенітних зернах з підвищеним умістом хрому в другому шарі зони нагріву відбуваються лише при нагріванні до 450...500°С, їх продуктом є так званий вторинний мартенсит з твердістю 8000...9000 МПа, що у 1,5...2 рази вище, ніжу вихідного аустеніту.
...
Температура електронно-променевого нагрівання першого та другого шарів перевищувала критичну точку Аст, внаслідок чого весь вуглець і хром тут знаходяться у твердому розчині. Хром, як відомо, підвищує стійкість мартенситу та залишкового аустеніту при відпуску. Тому розпад мартенситу починається лише близько 350°С, інтенсивно триває в інтервалі температур 400...450°С і завершується при 500° С. Отже, інтервал розпаду мартенситу тут зміщено на 150...200° Су бік високих температур порівняно зі звичайним гартуванням сталі ШХ15.
...
Перетворення в аустенітних зернах з підвищеним умістом хрому в другому шарі зони нагріву відбуваються лише при нагріванні до 450...500°С, їх продуктом є так званий вторинний мартенсит з твердістю 8000...9000 МПа, що у 1,5...2 рази вище, ніжу вихідного аустеніту.
...
Серед конструкційних вуглецевих сталей електронно-променевому зміцненню найчастіше піддають найбільш популярну з них - сталь 45. При цьому використовують як імпульсний, так і безперервний режими обробки, з оплавленням поверхні металу чи без нього. Але при гартуванні з рідкого стану твердість сталі досягає 8... 10 ГПа, тобто в 1,7 разу вища, ніж при звичайному гартуванні. Підвищується також її зносостійкість.
...
При нагріванні без оплавлення поверхні твердість сталі виявляється не вищою, ніж при звичайному гартуванні, проте дисперсність мартенситу більша і з глибиною ступінь дисперсності ще збільшується.
...
Слід зазначити, що електронно-променеве зміцнення деталей зі сталі 45 проводиться на останніх стадіях технологічного процесу і псредуєлише чистовій механічній обробці та складанню. Корисною виявляється також висока керованість електронного променя, завдяки чому його можна спрямувати у будь-які важкодоступні іншим способом обробки місця: тонкі отвори, глибокі канавки тощо.
...
Електронно-променевому зміцненню часто піддають залізничні рейки. Вони, як відомо, виготовляються зі сталей, що містять 0,64...0,82 % Ста 0,75...1,05 % Мп. Виготовлені з них рейки мають високу міцність і зносостійкість, особливо після гартування головок. Нагрівання під гартування зазвичай проводять за допомогою струмів високої частоти.
...
ною 0,2... 1,0 мм. При цьому стає непотрібним примусове охолодження нагрітої частини рейки, позаяк відбувається її самогартування. Крім того, електронним променем легко керувати, а режим електронно-променевої обробки можна запрограмувати.
...
Серед інструментальних сталей електронно-променевому зміцненню найчастіше піддають сталі У8 та У10. Для них можна застосовувати безперервний чи імпульсний режими, але з обов'язковим оплавленням поверхні і наступним гартуванням з рідкого стану. Такий режим обробки забезпечує високу дисперсність мартенситу, але кількість залишкового аустеніту буде більшою, ніж при звичайному гартуванні, бо через малу тривалість обробки не встигає пройти гомогенізація аустеніту, і на місці карбідів утворюється аустеніт з великим умістом вуглецю, котрий у меншій мірі перетворюється на мартенсит.
...
Електронно-променеве зміцнення, на відміну від звичайного гартування, яке викликає в поверхневому шарі напруження розтягнення, створює тут напруження стискання дуже високого рівня (до 6,5 ГПа). Густина дислокацій теж виявляється значно вищою і сягає 31,бТСсл/Ч
...
Обробка з оплавленням приводить до певного погіршення стану поверхні — збільшення її шорсткості, що легко усувається наступною чистовою механічною обробкою. Слід зазначити, що глибина оплавленого шару збільшується зі збільшенням сили струму електронного пучка, а висота мікронерівностей залишається приблизно однаковою — близько 0,15 мм.
...
Чавуни є найбільш сприйнятливим матеріалом для електронно-променевої обробки, адже їх зміцнення відбувається за рахунок трьох процесів:
...
Для вибілювання сірих чавунів, тобто утворення поверхневого шару зі структурою ледебуриту, потрібне охолодження з рідкого стану зі швидкістю 100...200 °С/с, а реальні швидкості охолодження при електронно-променевому зміцненні на 3-5 порядків вищі. Практика електронно-променевого зміцнення сірих чавунів підтверджує утворення там поверхневого шару зі структурою, характерною для білого чавуну.
...
Найчастіше електронно-променеву обробку чавунів застосовують в автомобілебудуванні, головним чином — до деталей двигунів внутрішнього згоряння (розподільчих валів, важелів, коромисел, штовхачів клапанів тощо). При цьому отримують рівномірний вибілений шар товщиною 0,65...0,75мм з твердістю 680 ... 840 ПУ\
...
Загалом, електронно-променеве зміцнення з оплавленням поверхні підвищує зносостійкість литих чавунів з пластинчастим графітом у 4—5 разів, чавунів з кулястим графітом — у 4,5—6 разів, половинчастих чавунів - у 3-4 рази.
...
У попередньому розділі було показано, що самогартування після електронно-променевого нагрівання відбувається не лише в ссредньо- та високовуглецевих, але й у маловуглецевих сталях. Тому електронно-променевому зміцненню піддаються як цементовані маловуглецеві, так і поліпшувані середньовуглецеві сталі. Сталі, призначені для цементації, піддаються електронно-променевому зміцненню яку стані поставки, так і після цементації.
...
Так, у стані поставки обробляли сталь 18Х2Н4МА, при цьому збільшувалася не лише її твердість, а й в'язкість, хоч, зазвичай, ці властивості в сталях змінюються у протилежних напрямках. Пояснюється це тим, що після обробки з оплавленням поверхні в зоні нагріву утворюються сильно розорієнтовані дендритні колонії, а при подальшому самогартуванні там з'являється високодисперсна мартенситна структура. Висока твердість оплавленої зони збільшує роботу утворення тріщини, різна орієнтація дендритів підвищує роботу її розповсюдження. Отже, збільшується повна робота руйнування, тобто зростає в'язкість. Певну роль, можливо, відіграє й вакуумне рафінування розплавленого шару.
...
Електронно-променевому нагріванню після цементації піддавали вироби зі сталей 15Г1, 16МпСг5, 20СО4. Останні дві сталі є аналогами сталей 15ХГ і 20ХГ відповідно. Обробка проводилася без оплавлення поверхні. В усіх випадках у зоні нагрівання фіксувалися дрібноголчастий мартенсит і дрібнозернистий залишковий
...
Найчастіше електронно-променеву обробку чавунів застосовують в автомобілебудуванні, головним чином — до деталей двигунів внутрішнього згоряння (розподільчих валів, важелів, коромисел, штовхачів клапанів тощо). При цьому отримують рівномірний вибілений шар товщиною 0,65...0,75мм з твердістю 680 ... 840 ПУ\
...
Загалом, електронно-променеве зміцнення з оплавленням поверхні підвищує зносостійкість литих чавунів з пластинчастим графітом у 4—5 разів, чавунів з кулястим графітом — у 4,5—6 разів, половинчастих чавунів - у 3-4 рази.
...
аустеніт. При цьому мінімальна кількість останнього й, отже, максимальна твердість досягалися не на поверхні, а на певній глибині.
...
З числа поліпшуваних середньовуглецевих сталей електронно-променевому зміцненню найчастіше піддавалися сталі 40Х, 40Х2Н2МА, 41 МоСІ 1 (аналог - сталь 40ХН), 55Х2Н2МФА. Тут також фіксується специфічна дрібнодисперсна мартенситна структура, що має високу зносостійкість. Твердість збільшується у 1,5...2 рази при збереженні високої в'язкості. У цих сталей максимум твердості також лежить на певній (0,1 ...0,15 мм) глибині від поверхні. Пояснюється це, можливо, тим, що рідкий метал при обробці з оплавленням перегрівається до 2500...3000 °С, в результаті чого найбільша швидкість утворення зародків і, отже, дисперсність структури та максимальна твердість досягаються на певній глибині від поверхні.
...
Загалом же, твердість мартенситу при гартуванні з рідкої фази значно вища, ніж при звичайному гартуванні, можливо, завдяки значно більшій кількості в ньому дефектів кристалічної будови.
...
Інструментальні сталі частіше піддають електронно-променевому зміценню, ніж конструкційні. Пояснюється це локальністю дії електронного променя, в результаті чого зміцнення різальної кромки інструмента більш ефективне, ніж деталей машин. Але електронно-променеве зміцнення застосовується не лише до швидкорізальних сталей, а й штампових, з яких виготовляють штампи як холодного, так і гарячого штампування.
...
Швидкорізальні сталі Р18, Р6М5, Р12М1, М42 (аналог-Р2М9К8), В12МФ4К5 тощо піддавали елекронно-променевому нагріванню з оплавленням поверхні. В усіх випадках зона нагріву набуває дрібної дендритної будови, причому зі збільшенням швидкості охолодження зменшуються відстані між дендритами та товщина їх вторинних гілок, у відповідності з формулою (1.1). Карбіди також подрібнюються та перерозподіляються більш рівномірно, особливо якщо первинні карбіди були досить крупними. Усе це підвищує тепло- та зносостійкість сталі порівняно зі звичайною термічною обробкою. Стійкість різців зі сталі Р6М5, наприклад, зростає на 60 %, а пуансонів — у 2,5...3 рази.
...
аустеніт. При цьому мінімальна кількість останнього й, отже, максимальна твердість досягалися не на поверхні, а на певній глибині.
...
З числа поліпшуваних середньовуглецевих сталей електронно-променевому зміцненню найчастіше піддавалися сталі 40Х, 40Х2Н2МА, 41 МоСІ 1 (аналог - сталь 40ХН), 55Х2Н2МФА. Тут також фіксується специфічна дрібнодисперсна мартенситна структура, що має високу зносостійкість. Твердість збільшується у 1,5...2 рази при збереженні високої в'язкості. У цих сталей максимум твердості також лежить на певній (0,1 ...0,15 мм) глибині від поверхні. Пояснюється це, можливо, тим, що рідкий метал при обробці з оплавленням перегрівається до 2500...3000 °С, в результаті чого найбільша швидкість утворення зародків і, отже, дисперсність структури та максимальна твердість досягаються на певній глибині від поверхні.
...
Загалом же, твердість мартенситу при гартуванні з рідкої фази значно вища, ніж при звичайному гартуванні, можливо, завдяки значно більшій кількості в ньому дефектів кристалічної будови.
...
пи штампів для холодного штампування, виготовлених зі сталей XI2, XІ2М, Х12Ф1 — теж із оплавленням поверхні. У цих випадках також утворюється дрібнокристалічна мартенситна структура і дисперсними карбідами і високою твердістю. Виша твердість іони нагріву щодо основного металу зберігається і після тривало-ю підпуску, навіть при температурі 620 °С.
...
Сталі для штампів гарячого штампування 40Х5МФС, 5ХНМ, Х32СгМоУЗ (аналог — 32ХМФ) теж піддають електронно-проме-нспому нагріванню з оплавленням поверхні. Наслідком такої обробки є подрібнення структури, значне підвищення твердості (до ^7...58 НКС у сталі 40Х5МФС та 64...66 НКС у сталі 5ХНМ), ібіл ьи іення коефіцієнта теплопровідності, розпалостійкості та теп-ікк
...
Рлектронно-променеве нагрівання з оплавленням поверхні канавок силумінових поршнів створює там дрібнодисперсну структуру з підвищеною зносостійкістю. Внаслідок цього тривалість служби поршнів порівняно з литими збільшується в 1,7...2 рази.
...
Водночас електронно-променеве нагрівання міді та бронз (10% N1, 1% Ре, 1% Мп; 30% №, 1% Мп, 1% Ре; 14% Мі, 2% АІ; 9 % А1, *% N1,2% Ре; 1 % Сг) дає незначні зміни мікроструктури, атвердість підвищується усього на 15...25%. Дисперсійно тверднучі сплави навіть знеміцнюються до рівня щойно загартованого стану внаслідок розчинення зміцнювальних частинок.
...
У титанових сплавах ВТ6 і ВТ9 ос+(3 - класу після електронно-промсневого нагрівання утворюється мартенситна структура дрібнодисперсної будови з підвищеною твердістю. В сплаві ВТ9 відбувається також перерозподіл титану й алюмінію за рахунок іміпи
...
Електронно-променеве нагрівання з оплавленням поверхні дає унікальну можливість насичення поверхневих шарів виробів не лише тим або іншим хімічним елементом, але й різними хімічними сполуками - зміцнювальними фазами.
...
Так, уже знайому нам сталь 20СО4 піддавали електронній цементації. За декілька циклів електронно-променевого нагрівання загальною тривалістю 2...4 с твердість поверхневого шару підвищувалась до 700 НУ. Уміст вуглецю на поверхні внаслідок цього перевищував 1 %, а загальна глибина цементації досягала 50 мкм.
...
У Німеччині запатентований спосіб двоступеневого електронно-променевого легування карбідоутворювальними елементами. На першому ступені проводиться електронно-променева обробка сфокусованим променем з високою прискорювального напругою (бажано - 100 кВ) з оплавленням поверхні. Позаяк на виріб заздалегідь наноситься відповідний шар потрібної речовини, при електронно-променевому нагріванні поверхневі шари насичуються карбідоутворювальними легуючими елементами. Але структура дифузійного шару виявляється неоднорідною, а зміцнювальна фаза — карбіди — досить крупними.
...
На другому ступені проводиться повторна електронно-променева обробка, але уже дефокусованим променем і при меншій при-скорювальній напрузі (75 кВ). При цьому температура поверхні виробу нижча, ніж на першому ступені, внаслідок чого утворюється більш дисперсна й однорідна структура, а властивості покращуються.
...
В Японії вивчали різні способи насичення вуглецевої сталі 8841 (аналог — сталь 15) нікелем. Електронно-променеве нікелювання проводили трьома різними способами:
...
Якщо фольга мала товщину 0,01 мм або менше, то нікелювання взагалі не відбувалося. При товщині фольги 0,1 мм у дифузійному шарі був нерівномірний вміст нікелю. Найкращим з трьох варіантів виявився третій, бо насичення нікелем було більш рівномірним, а вміст нікелю в шар можна було регулювати.
...
Для одержання твердих зносостійких покрить нітриду титану Гі N на сталі чергували його осадження з газової фази з електронік»
...
Штампову сталь БЗ (аналог — 12ХМФ) піддавали електронно променевому легуванню готовими зміцнювальними фазами ЛІ,О,, 8іС, \УС, ТіС, ТіВ2, внаслідок чого твердість зростала до N50.„900 //Кі підвищувалася зносостійкість. При легуванні ТіС і її В, у поверхневих шарах фіксуються первинні карбіди та частково зберігається ТіВг Легування карбідом вольфраму \УС потребує підвищеної температури нагрівання. При цьому в поверхневому шарі зберігається підвищена кількість залишкового аустеніту.
...
У Китаї поверхневі шари сталі 18-4-1 (аналог — сталь Р18) при розплавленні насичувалися твердим сплавом типу ТК (карбіди \№С, ТіС, зв'язані кобальтом). Зносостійкість при статичних навантаженнях підвищувалася в 3,1 разу. При динамічних навантаженнях зносостійкість дещо знижувалася, але наступна термічна ооробка її знову підвищує.
...
Титанові сплави ВТЗ-1 і ВТ20 піддавали електронно-проме-певому легуванню хромом із заздалегідь нанесених гальванічних покрить. Слід зазначити, що дифузійні процеси при використанні їдких покрить інтенсифікуються. В поверхневому шарі, крім твердого розчину хрому в титані, утворюється ще й хромід титану ТіСг2, нкий забезпечує твердість і зносостійкість обробленої поверхні.
...
Електронно-променеве нагрівання з успіхом використовується для одержання тонких аморфних шарів на поверхні масивних виробів. Як відомо, критична швидкість охолодження аморфізації є іановить близько ]05...106 0С/с. Звичайними методами настільки пніидке охолодження здійснити дуже важко. При електронно-про-мснеиій же обробці, як показано в розділі І, охолодження з такими та більш високими швидкостями здійснюється самодовільно. Іавдяки цьому електронно-променева аморфізація тонкого поверхневого шару виробу відкриває широкі можливості.
...
Слід також мати на увазі, що традиційними методами в аморфному стані можна одержати лише сплави певних систем (бор — вуглець, ніобій - нікель, залізо — титан, залізо - бор, залізо - фосфор - вуглець, залізо — хром — фосфор — вуглецьта деяких інших), їдкі сплави становлять головним чином суто науковий інтерес, а іч практичне застосування вкрай обмежене.
...
Для одержання твердих зносостійких покрить нітриду титану Гі N на сталі чергували його осадження з газової фази з електронік»
...
За допомогою електронно-променевого нагрівання аморфні поверхневі шари вдається створити на таких складних за своїм хімічним складом сталях, як Р18, М2 (аналог — Р6М5), М42 (аналог - Р2М9К8), 05Х12Г14Н4ЮМ тощо. Внаслідок аморфізації корозійна стійкість останньої сталі, наприклад, збільшується у 40 разів.
...
Як зазначено вище, електронно-променеве нагрівання проводиться пучком електронів з енергією в десятки кілоелектрон-вольтів, створеним електронною гарматою. Електронне ж опромінення відбувається за допомогою прискорювача елементарних частинок, коли енергія електронів сягає декількох мегаелектрон-вольтів.
...
Електронне опромінення використовувалося раніше й використовується наразі як зручний і унікальний інструмент при матеріалознавчих дослідженнях. Але останнім часом воно знайшло й практичне застосування або впритул підійшло до цього. Результати деяких із цих робіт розглядаються далі.
...
Так, у Коломні на лінійному прискорювачі "Факел" опромінювали сталь Ст..З електронами з енергією 30 МеВ. На відміну від електронно-променевого нагрівання самогартування тут не зафіксоване. Результати опромінення залежали від його тривалості. При тривалості 2 с відбувалося лише подрібнення перліту, а ферит змін не зазнавав. Опромінення протягом 2...8 с викликає повну фазову перекристалізацію. При тривалості опромінення від 8 до 10 с утворюється відманштеттова структура, що свідчить про перегрівання сталі. Водночас твердість зростає від 1,8 до 2,3 ГПа. Але у сталі виникала наведена радіація, завдяки чому твердість можна було заміряти лише через 1,5 місяці після опромінення
...
У Москві на промисловому прискорювачі ЕЛ В6 опромінювали сталі 08Х2Г2ФІ10X3 Г2АФ електронами з енергією 0,8... 1,5 МеВ без оплавлення поверхні. Зона нагрівання складалася з двох шарів — з крупно- та дрібноголчастим мартенситом і залишковим аустенітом. На попередньо загартованих зразках до них додавався ще шар променевого відпуску. Твердість при цьому зростає несуттєво, усього в у 1,2 ...1,4 разу, що пов'язано з невисоким вмістом вуглецю в сталях.
...
За допомогою електронно-променевого нагрівання аморфні поверхневі шари вдається створити на таких складних за своїм хімічним складом сталях, як Р18, М2 (аналог — Р6М5), М42 (аналог - Р2М9К8), 05Х12Г14Н4ЮМ тощо. Внаслідок аморфізації корозійна стійкість останньої сталі, наприклад, збільшується у 40 разів.
...
Як зазначено вище, електронно-променеве нагрівання проводиться пучком електронів з енергією в десятки кілоелектрон-вольтів, створеним електронною гарматою. Електронне ж опромінення відбувається за допомогою прискорювача елементарних частинок, коли енергія електронів сягає декількох мегаелектрон-вольтів.
...
Електронне опромінення використовувалося раніше й використовується наразі як зручний і унікальний інструмент при матеріалознавчих дослідженнях. Але останнім часом воно знайшло й практичне застосування або впритул підійшло до цього. Результати деяких із цих робіт розглядаються далі.
...
Так, у Коломні на лінійному прискорювачі "Факел" опромінювали сталь Ст..З електронами з енергією 30 МеВ. На відміну від електронно-променевого нагрівання самогартування тут не зафіксоване. Результати опромінення залежали від його тривалості. При тривалості 2 с відбувалося лише подрібнення перліту, а ферит змін не зазнавав. Опромінення протягом 2...8 с викликає повну фазову перекристалізацію. При тривалості опромінення від 8 до 10 с утворюється відманштеттова структура, що свідчить про перегрівання сталі. Водночас твердість зростає від 1,8 до 2,3 ГПа. Але у сталі виникала наведена радіація, завдяки чому твердість можна було заміряти лише через 1,5 місяці після опромінення
...
У Саранську сталі 40, V12,32Г, 90ХФ, Р6М5, сірі та ішбілені чавуни опроміню-и;іли електронами з енергією 0,35...4,0 МеВ. Виявилося, що максимальні температура та твердість були не на поверхні, а на певній глибині (рис.5.1). При цьому поверхня не пошкоджується і залишається гладенькою, отже перешліфовувати її немає потреби. На певній глибині температура виявляється Рис.5.1. Схема розподілу температури вищою на 200...500 °С, там по глибині опроміненої зони відбувається плавлення і наступне самогартування.
...
Позаяк теплоємність і теплопровідність цементиту значно менші, ніж у фериту, питоме виділення енергії при електронному опроміненні в цій фазі виявляється більшим порівняно з феритом. Внаслідок цього при опроміненні цементит перегрівається на 100 і більше градусів. Отже, цементит буде розчинятися в матриці при менших її температурах.
...
Науковцями з Японії виведено формулу для розрахунку необхідної енергії пучка електронів, при якій оплавлення відбувається не на поверхні, а на певній глибині:
...
де р — густина матеріалу, що опромінюється, г/см3; 6 — товщина незагартованого поверхневого шару, см; й — товщина загартованого шару, см.
...
лібденування), опромінювали пучком електронів з енергією 1,5...8 МеВ на промисловому лінійному прискорювачі ЕЛУ-4. Вироби при цьому нагрівалися до 400...700 °С і знаходилися при таких температурах до 30 с. Для запобігання окисленню їх обдували азотом. У поверхневих шарах утворюється багато дрібнодисперсних карбідів, внаслідок дифузії вуглецю та його виділення на стоках з наступною коагуляцією. До речі, при підвищенні енергії електронів сильно зростає коефіцієнт дифузії. Стійкість пресформ збільшувалася у З...3,5 рази, але режими електронного опромінення доводилось підбирати індивідуально.
...
Тверді слави типу ВК мало придатні для променевої обробки. Ні електронно-променеве, ні лазерне нагрівання не викликають їх зміцнення. Винятком є лише електронне опромінення, при якому відбувається зміцнення цих сплавів внаслідок структурних перетворень у кобальтовій зв'язці.
...
Нержавіючу сталь X12Г14Н4ЮМ піддавали електронному опроміненню, але не в камері прискорювача, а в колоні високовольтного електронного мікроскоппа ГЕМ-1000 при енергії пучка електронів 1 МеВ. Під дією цього опромінення відбувався розпад у-твердого розчину й утворення аморфної структури та скупчень дефектів.
...
Вище уже згадувалися значні труднощі одержання масивних аморфних матеріалів, завдяки чому розвиваються способи поверхневої аморфізації — так званого глазурування — шляхом розплав-лення тонкого поверхневого шару та дуже швидкого охолодження його за рахунок відведення тепла у глибину масивного виробу. Одним з таких способів є електронне опромінення.
...
Так, на прискорювачі "Кальмар" при енергії електронів 0,35 МеВ на сплавах РеСг8Р13С7 і РеСг](ІР]3С7 одержували аморфні поверхневі шари, що підтверджувалося результатами мікро- та рент-геноструктурного аналізу.
...
З іншого боку, електронне опромінення аморфного сплаву ІМі58Ре205і8 в колоні електронного мікроскопа З ЕМ-1000 стимулює його кристалізацію та сприяє появі структурної неоднорідності.
...
лібденування), опромінювали пучком електронів з енергією 1,5...8 МеВ на промисловому лінійному прискорювачі ЕЛУ-4. Вироби при цьому нагрівалися до 400...700 °С і знаходилися при таких температурах до 30 с. Для запобігання окисленню їх обдували азотом. У поверхневих шарах утворюється багато дрібнодисперсних карбідів, внаслідок дифузії вуглецю та його виділення на стоках з наступною коагуляцією. До речі, при підвищенні енергії електронів сильно зростає коефіцієнт дифузії. Стійкість пресформ збільшувалася у З...3,5 рази, але режими електронного опромінення доводилось підбирати індивідуально.
...
Тверді слави типу ВК мало придатні для променевої обробки. Ні електронно-променеве, ні лазерне нагрівання не викликають їх зміцнення. Винятком є лише електронне опромінення, при якому відбувається зміцнення цих сплавів внаслідок структурних перетворень у кобальтовій зв'язці.
...
Нержавіючу сталь X12Г14Н4ЮМ піддавали електронному опроміненню, але не в камері прискорювача, а в колоні високовольтного електронного мікроскоппа ГЕМ-1000 при енергії пучка електронів 1 МеВ. Під дією цього опромінення відбувався розпад у-твердого розчину й утворення аморфної структури та скупчень дефектів.
...
Вище уже згадувалися значні труднощі одержання масивних аморфних матеріалів, завдяки чому розвиваються способи поверхневої аморфізації — так званого глазурування — шляхом розплав-лення тонкого поверхневого шару та дуже швидкого охолодження його за рахунок відведення тепла у глибину масивного виробу. Одним з таких способів є електронне опромінення.
...
Так, на прискорювачі "Кальмар" при енергії електронів 0,35 МеВ на сплавах РеСг8Р13С7 і РеСг](ІР]3С7 одержували аморфні поверхневі шари, що підтверджувалося результатами мікро- та рент-геноструктурного аналізу.
...
Лазер — це абревіатура англійського виразу Ьі&Ьі АтрІіГісаїіоп Ьу Біітиіаіесі Етізкіоп оґ Кашаїіоп, що перекладається як підсилення світла при стимуляції його радіацією, тобто примусовим випромінюванням квантів.
...
Якщо речовину опромінювати світлом, її атоми переходять у збуджений стан, але там вони перебувають всього біля І О-8 с, а потім повертаються в нормальний стан, випромінюючи при цьому кванти світла тієї ж частоти. Зазвичай такий перехід відбувається спонтанно, у багатьох атомах, але з різних збуджених рівнів, отже, випромінюване світло не буде монохроматичним. Переходи ці відбуваються не водночас, і випромінюване світло не буде й когерентним.
...
А. Ейнштейн (1915) теоретично довів, що збуджений атом під дією світлової хвилі повинен давати індуковане випромінювання. () і же, електромагнітне поле водночас і збуджує атом, і змушує його переходити в нормальний стан.
...
В. Фабрикант (1940) показав, що індуковане (вимушене, стимульоване) випромінювання можна використати для підсилення електромагнітних хвиль. Але виникає воно лише тоді, коли внаслідок попереднього освітлення збуджених атомів стає більше, ніж не збуджених. Така ситуація називається інверсною заселеністю енергетичних рівнів. Речовина, що знаходиться в такому нерівно-важному стані, називається активним середовищем, а процес переводу її в цей стан — накачуванням середовища.
...
Лазер — це абревіатура англійського виразу Ьі&Ьі АтрІіГісаїіоп Ьу Біітиіаіесі Етізкіоп оґ Кашаїіоп, що перекладається як підсилення світла при стимуляції його радіацією, тобто примусовим випромінюванням квантів.
...
Якщо речовину опромінювати світлом, її атоми переходять у збуджений стан, але там вони перебувають всього біля І О-8 с, а потім повертаються в нормальний стан, випромінюючи при цьому кванти світла тієї ж частоти. Зазвичай такий перехід відбувається спонтанно, у багатьох атомах, але з різних збуджених рівнів, отже, випромінюване світло не буде монохроматичним. Переходи ці відбуваються не водночас, і випромінюване світло не буде й когерентним.
...
схеми (рис. 6.1). Для її реалізації підбирають речовину, у якої, крім нормального енергетичного рівня з енергією №0 та рівня (рівнів) збудження з енергією v,
...
тастабільному рівні — значно довше, до 10"3 с. Перехід зі збудженого на метастабільний рівень відбувається без випромінювання енергії. Якшо речовину з інверсною заселеністю опромінити світлом, частота якого становить
...
Але інколи й цього додаткового фотона енергії не потрібно. Коли на метастабільному рівні багато електронів (велика заселеність), завжди знайдеться хоч один, який самочинно (спонтанно) перейде на стабільний рівень, з випроміненням із частотою у. Це подіє на всі інші електрони, змушуючи їх синхронно перейти на стабільний рівень. Так генерується монохроматичне та когерентне випромінювання.
...
Устаткування, в якому активне середовище генерує когерентні електромагнітні хвилі внаслідок вимушеного випромінювання, називається квантовим генератором. Якщо випромінювання лежить у видимій і близькій інфрачервоній області спектра світла та має довжину хвилі 0,4...3,0лдаи, такий квантовий генератор називається оптичним або лазером.
...
Перехід електронів з метастабільного на стабільний рівень може бути викликаним також зовнішнім опроміненням активно-і о середовища світлом з частотою V.
...
Далеко не всі збуджені атоми піддаються стимулюючій дії спонтанно емітованих фотонів, тобто коефіцієнт корисної дії виявляється незначним. Для його збільшення активне середовище розташовують між двома паралельними дзеркалами, одне з яких є напівпрозорим. Тепер стимулюючі фотони, відбиваючись від дзеркал, пролітають через активне середовище багато разів. Така система двох паралельних дзеркал називається оптичним резонатором.
...
Розбіжність лазерного променя дуже мала — близько 1 кутової хвилини. Зумовлено це тим, що лише фотони, які потрапляють на дзеркала під прямим кутом, здатні багаторазово відбитися від них, а інші — розсіюються.
...
Від куга розбіжності залежить мінімальний діаметр а"тіп лазерного променя і, отже, плями нагрівання на поверхні оброблюваної деталі:
...
пучка поглинається речовиною та перетворюється у теплову. В свою чергу це призводить до дуже швидкого нагрівання матеріалу до високих температур, термоелектронної емісії з поверхні, плавлення і випаровування. Потім відбуваються швидкісна кристалізація і самогартування металу.
...
Отже, при лазерній обробці процеси взаємодії з речовиною більш прості і їх менше, ніж при електронно-променевій обробці. Зокрема, відсутнє рентгенівське випромінювання, і не потрібен радіаційний захист оператора та його оточення.
...
Твердотільні лазери. В них як робоче тіло (активне середовище) використовують кристалічні або аморфні діелектричні матеріали: корунд (А1203), ітрій-алюмінієвий гранат (У3АІ5О
...
Створений Т. Мейманом (1960) рубіновий лазер був першим оптичним квантовим генератором, і саме з його появою пов'язують народження лазерної техніки.
...
Робоче тіло цього лазера — синтетичний рубін рожевого кольору, що є а-модифікацією оксиду алюмінію А1203 (корунд). В матрицю робочого тіла введена невелика кількість активних іонів Сг+3. Триразово іонізований хром у кристалічній решітці рубіну містить три електрони на зовнішній електронній орбіті - А1203 :Сг+3. При 0,05% Сг в 1 см3рубіну міститься 1,6-10" іонів.
...
Накачування проводиться за допомогою газорозрядної лампи із зеленим випромінюванням з довжиною хвилі 0,55 мкм. Рубін активно поглинає світло в зеленій ділянці видимого спектра і випромінює червону лінію флюоресценціїз максимумом на хвилі довжиною 0,69 мкм і шириною при кімнатній температурі ~ 0,4 нм.
...
Гранати - це сполуки, що описуються формулоюА3В,(В04), де А — іони натрію чи лантаноїдів; В — алюмінію, галію, заліза, індію, хрому тощо. Найчастіше використовують ітрієво-алюмінієвий фанат з неодимом, що може бути описаний формулою У3А150І2:(Сг+3,Ма+3).
...
Активатором у скляних лазерах теж є іони неодиму Ш4"3, отже, випромінювання - у близькій інфрачервоній області з довжиною хвилі 1,065 мкм.
...
Але теплопровідність і термостійкість скла невисокі, тому лазери на основі скла (Квант-10, Квант-16, Квант-18) працюють лише в імпульсному режимі з тривалістю імпульсу 4... 10 мс.
...
Газові лазери. Робочою речовиною в цих лазерах найчастіше є діоксид вуглецю С02 або суміш газів. Головна відмінність активної речовини газового лазера від активної речовини твердотільно-го лазера полягає в малій її густині, внаслідок чого енергетичний спектр активних частинок (нейтральних атомів, іонів, молекул) не викривлюється дією полів інших атомів, і це визначає малу ширину енергетичних рівнів.
...
Висока оптична однорідність середовища забезпечується порівняно невеликою густиною газів, де пучок практично не розсіюється. Це значною мірою пояснює високу монохроматичність (А= 10,6 мкм — далека інфрачервона область) і потужність випромінювання газових лазерів.
...
Позаяк електронно-променеве і лазерне нагрівання відрізняються, в основному, енергоносієм (пучок електронів чи лазерний промінь) та конструктивними особливостями установок, то ці фактори багато в чому спільні. У IV розділі детально розглянута роль хімічного складу та вихідної структури сталі, а також наступного підпуску на структуру і властивості зони нагріву. Тому в цьому розділі розглядається головним чином роль параметрів режиму лазерного нагрівання — імпульсного та безперервного.
...
Особливо важливим є останній параметр — потужність випромінювання, що припадає на одиницю площі оброблюваної по-иі'рхпі. Саме він визначає характер термічних процесів, що відбуваються в опромінюваному матеріалі. Так, при питомій потужності І ()'... І О4 $я/см2відбувається нагрівання матеріалу, при 106.
...
Для моноімпульсного режиму роботи лазера глибина зони нагріву визначається перш за все енергією £імпуль-су. Так, для сталі У10 при тривалості імпульсу 1,5 мс і фокусній відстані фокусуючої лінзи 13,9 мм залежність (рис.7.1) виявилася лінійною. Для інших значень параметрів лазерного нагрівання вона
...
Одиничні імпульси лазерного випромінювання не дозволяють зміцнювати значні ділянки поверхні деталей машин, інструменту тощо. У зв'язку з цим були запропоновані схеми контурно-променевого лазерного зміцнення - як лінійного, так і площинного.
...
При послідовній дії серії імпульсів лазера на поверхню матеріалу зберігається зазначена вище закономірність: глибина зони нагріву зростає зі збільшенням енергії та питомої потужності випромінювання.
...
Але при контурно-променевому лазерному зміцненні головне завдання полягає у виборі оптимального коефіцієнта перекриття плям нагрівання, створюваних на оброблюваній поверхні послідовними імпульсами.
...
Лінійна схема контурно-променевого зміцнення. У цьому випадку створюється один ряд зон нагрівання (рис.7.2), які перекривають одна одну та зміщені уздовж осі переміщення на величину кроку обробки.
...
Структура та властивості обробленої у такий спосіб поверхні багато в чому залежать від ступеня (коефіцієнта) перекриття зони нагріву:
...
Рис. 7.2 Схема розташування зон обробки при лінійному Зміцненні: а — вид зверху; б - поздовжній переріз; п
...
Як найпростіший приклад розглянемо процеси, що відбуваються у сталі У8, яка має єдину критичну точку Ас, (рис.7.3). Лазерне опромінення проводилося імпульсами з енергією 10 Дж при тривалості імпульсу 4 мста діаметрі плями нагріву 1 мм.
...
Зрозуміло, що навколо зони нагріву температура поступово інижувалася від температури плавлення сталі до кімнатної. Принципово важливим тут є
...
місце, де досягалася кри-і ична точка Асг Воно має форму кола, концентричного з віссю лазерного імпульсу. Всередині цього кола відбувається повна фазова перекристалізація і
...
При лазерній обробці з перекриттям зон нагріву в тій частині попередньої плями, де температура перевищувала критичну точку Асг відбувається повторна повна фазова перекристалізація з по-вюрпим самогартуванням. Ця частина, власне, нічим не відрізняється від нової зони нагріву, одержаної при наступному
...
Рис. 7.2 Схема розташування зон обробки при лінійному Зміцненні:
...
Водночас, у тій частині попередньої зони нагріву, де при наступному лазерному імпульсі температура не перевищувала критичну точку Асп відбувається надшвидкісний лазерний відпуск мартенситу та залишкового аустеніту, які виникли при попередньому імпульсі. На рис.7.3 це місце відмічене одинарним штрихуванням. Внаслідок локального й імпульсного характеру лазерного нагрівання тут утворюється високодисперсна ферито-цементит-на структура типу трооститу. Про це свідчить сильна травимість таких ділянок (саме у трооститу вона максимальна) та її твердість 5500...6000 МПа. У поздовжному перерізі усе це представлено на рис.7.4.
...
При обробці порівняно великих площ перекриття окремих рядів зон нагріву приводить до появи ділянок з три- або чотириразовим опроміненням матеріалу.
...
Зміцнені ділянки чергуються з незміцненими. Останні, можливо, відіграють роль демпфері в, які полегшують релаксацію термічних і структурних напружень, що виникають у металі під дією імпульсних теплових навантажень та внаслідок самогартування.
...
Якщо умовно прийняти як критерій зміцнення досягнення твердості, більшої за 10000 МПа, що, до речі, вище, ніж при звичайному гартуванні сталі У8, то співвідношення ширини зміцнених і незміцнених ділянок на оброблюваній поверхні залежить від коефіцієнта перекриття так, як показано на рис.7.5. Розміри не-
...
Водночас, у тій частині попередньої зони нагріву, де при наступному лазерному імпульсі температура не перевищувала критичну точку Асп відбувається надшвидкісний лазерний відпуск мартенситу та залишкового аустеніту, які виникли при попередньому імпульсі. На рис.7.3 це місце відмічене одинарним штрихуванням. Внаслідок локального й імпульсного характеру лазерного нагрівання тут утворюється високодисперсна ферито-цементит-на структура типу трооститу. Про це свідчить сильна травимість таких ділянок (саме у трооститу вона максимальна) та її твердість 5500...6000 МПа. У поздовжному перерізі усе це представлено на рис.7.4.
...
•міцнених ділянок стабілізуються нарівні 100 мкм, починаючи зі значення коефіцієнта перекриття 0,2, тоді як розміри зміцнених лшинок лінійно збільшуються при збільшенні коефіцієнта перекриття. Але збільшується також нерівномірність зміцнення за гли-011
...
нальні значення коефіцієнта перекриття знаходяться у межах 0,2...0,9, а оптимальним слід вважати 0,8, коли ширина зміцнених ділянок у 7 разів більша, ніж незміцнених. Теоретичні ж розрахунки дають опти-мальне значення
...
Площинна схема контурно-променевого зміцнення. У цьому випадку здійснюється двокоординатне відносне переміщення лазерного променя й оброблюваного матеріалу з кроком ^ уздовж осі ОХтл
...
Цей варіант реалізується при коефіцієнті перекриття Кп = 1. Він має низький коефіцієнт заповнення К = 0,8, але досить високий коефіцієнт використання Кв = 0,68, що визначає значну продуктивність і швидкість обробки. В цій схемі відсутні ділянки, що взаємно перекриваються.
...
На рис.7.8 наведена схема розміщення зон обробки з мінімально перекритими ділянками. В цьому випадку забезпечується максимальне заповнення площі (К3= 0,96), проте коефіцієнт використання імпульсів невисокий (Кв =0,46).
...
і'ііс. 7.8 Інший варіант площинного іміцнення
...
Основними параметрами безперервної лазерної обробки є по-іужиість випромінювання Рп та діаметр плями нагрівання а"п, котрі, як
...
швидкостями сканування 0,01...0,07 м/с. Як видно з рис.7.10, зі збільшенням швидкості сканування глибина зони нагрівання зменшується.
...
Рис. 7.10. Глибина зони нагріву в залежності від швидкості сканування: 1 - сталь 20; 2 — сталь 45; 3 - сталь У12
...
Цього, власне, і слід було чекати, адже зі збільшенням швидкості сканування скорочується тривалість лазерного нагрівання будь-якої точки оброблюваної поверхні. Цікаво зазначити, що при швидкості сканування 0,01 м/с існує суттєва різниця у глибині зони нагріву на різних сталях. Але при швидкості 0,03 м/с і вище глибина зони на різних сталях стає приблизно однаковою.
...
що твердість зони нагріву зростає зі збільшен-ням вмісту вуглецю в сталі, чого й слід було чекати, але не залежить від швидкості сканування. Винятком є мінімальна серед досліджених ШВИДКІСТЬ V
...
швидкостями сканування 0,01...0,07 м/с. Як видно з рис.7.10, зі збільшенням швидкості сканування глибина зони нагрівання зменшується.
...

Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие
Сварка, резка, пайка металлов
Сварка, резка и пайка металлов
Променеві методи обробки: Навч. посібник
Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
Руководство по пайке металлов
Газовая сварка и резка металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Променеві методи обробки: Навч. посібник