Диссертация (Повышение надёжности материалов судовой арматуры путём модифицирования поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой), страница 10

Далее сегменты заливались вспециальную смолу и после этого шлифовались и полировались на специальномоборудовании фирмы «Struers». На рисунках 2.25 – 2.27 приведены типичныемикроструктуры модифицированных слоев на образцах из исследованныхматериалов. Толщина модифицированного слоя измерялась на поперечныхсечениях и приведена в таблице 2.4. Всего проводилось 10 измерений на каждыйобразец через 2,5 мм.Рис. 2.25. Типичный вид модифицированного слоя образца из титана 3Мпосле облучения с плотностью энергии 25 Дж/см2Из приведенных в табл.

2.4 результатов следует:641. Для титана 3М наименьший размах (r) (разность между максимальным иминимальным значением [69]) толщины слоя наблюдается при плотностиэнергии излучения 15 Дж/см2, при этом максимальная толщина слояминимальна и не превосходит 12 мкм. При увеличении плотности энергии до20 и 25 Дж/см2 средняя (<h>) и максимальная толщины слоя увеличивается до20–21 мкм с одновременным увеличением размаха;2.Для стали и бронзы размах также имеет минимальное значение приминимальной плотности 20 Дж/см2, с увеличением плотности до 30 – 20Дж/см2дляобоихматериаловтолщина(средняяимаксимальная)модифицированного слоя увеличивается с одновременным увеличениемразмаха.Рис.

2.26. Типичный вид модифицированного слоя образца из стали 08Х18Н10Тпосле облучения с плотностью энергии 40 Дж/см2Рис. 2.27. Типичный вид модифицированного слоя образца из бронзы БрАЖНМцпосле облучения с плотностью энергии 40 Дж/см265Толщина модифицированного слоя, мкм403530252015Титан 3МНерж.

сталь 08Х18Н10ТБронза БрАЖНМц10501015202530354045Плотность энергии, Дж/см2Рис. 2.28. Зависимость средней толщины модифицированного слоя от плотностиэнергииТаблица 2.4Толщина модифицированного слоя образцов, обработанных по предварительнорассчитанным режимамМатериалТитан 3МСталь08Х18Н10ТБронзаБрАЖНМцТолщина модифицированного слоя h, мкмПлотностьпотокаэнергии,Дж/см212345678910<h>/r15101211109111110111210,7/2201917162014151417141315,9/7251917162120202120172119,2/5201512141114141512121313,2/4302021232019191918181719,4/5402426242825252425212624,8/7201413101110121315101212,0/5302021242019262122221921,4/7403236333933353435373835,2/7Номер точки измеренияГрафики зависимостей средней толщины модифицированного слоя отэнергии облучения для различных материалов приведены на рис.

2.28.Микротвердость модифицированного слоя и основы измерялась споверхности отполированного поперечного шлифа на приборе ПМТ-3М сполуавтоматической приставкой. Микротвердость измерялась при нагрузке на66индентор 10 (бронза БрАЖНМц) и 20 грамм (титан и сталь). Результатыизмерений микротвёрдости для титана 3М, стали 08Х18Н10Т и бронзыБрАЖНМц приведены в таблице 2.5. На рис.

2.29 приведена диаграмма среднихзначений микротвердости модифицированного слоя и основы.Таблица 2.5Микротвердость основы и модифицированного слоя исследованных материаловМатериалПлотность потока энергии,Дж/см2Среднее значениемикротвёрдости(размах значения),HV15157 (33)/145 (27)Титан 3М20197 (33)/150 (46)25204 (39)/157 (38)Сталь20199 (31)/165 (23)08Х18Н10Т30198 (25)/158 (22)40202 (38)/165 (24)Бронза20165 (34)/111 (25)БрАЖНМц30158 (38)/103 (18)40155 (38)/102 (20)Примечание: в числителе – значения параметров в модифицированном слое, взнаменателе – в основе материала.Из результатов, представленных в таблице 2.5 и на рис.

2.29, следует, чтомикротвёрдость практически не зависит от плотности потока энергии(исключение составляет титан, у которого при плотности 15 Дж/см2 значениемикротвёрдости минимально по отношению к двум другим режимам обработки).250Микротвердость, HV200150100Титан 3МНерж. сталь 08Х18Н10ТБронза БрАЖНМц5005без10обработки15202530Плотность энергии, Дж/см2354045Рис. 2.29. Диаграмма микротвердости модифицированного слоя и основы67По методике, изложенной в разделе 1.4, на приборе «Calowear» проведеныиспытания обработанных образцов на износостойкость. Значения коэффициентаистирания, определённого по соотношению (1.20), для всех исследованныхматериалов приведены в таблице 2.6.Таблица 2.6Результаты измерений коэффициента истиранияМатериалПлотностьэнергии,Дж/см2–Титан 3М152025Сталь08Х18Н10Т0,483 ± 0,0270,485 ± 0,018–0,370 ± 0,074200,480 ± 0,0313040БронзаБрАЖНМцСилаприжима FN,Н0,438 ±0,07390,481 ± 0,0280,437 ± 0,0740,489 ± 0,016–0,510 ± 0,012200,415 ± 0,0113040Диаметрпятна b,мм0,442 ±0,0540,414 ±0,1040,392 ±0,0180,411 ±0,0640,380 ±0,0640,645 ±0,0360,605 ±0,1700,639 ±0,0480,911 ± 0,05ДистанцияL,м5,3 ± 1,4Коэфф-тистирания K,м2/Н(5,63 ± 0,55)·10146,14 ± 4,26(3,97 ± 0,83)·10143,84 ± 0,86(4,34 ± 0,23)·10145,63 ± 2,30(3,70 ± 0,94)·10142,57 ± 1,29(4,79 ± 0,53)·10134,50 ± 0,160(2,67 ± 0,38)·10133,86 ± 2,74(3,34 ± 0,74)·10135,37 ± 1,74(2,26 ± 0,22)·10134,46 ± 1,76(1,09 ± 0,18)·10120,480 ± 0,0210,465 ± 0,0230,805 ±0,0250,805 ±0,0250,784 ±0,0264,81 ± 1,602(7,31 ± 2,08)·10134,96 ± 2,011(6,47 ± 2,42)·10134,11 ± 1,64(6,94 ± 2,57)·1013Полученные результаты по коэффициенту истирания свидетельствуют о егонезначительном изменении для выбранных режимов обработки.Исходя из полученных результатов, режимы обработки поверхностиисследуемыхматериаловбылискорректированы.Уточнённыережимыобработки приведены в таблица 2.7 – 2.9.

В этих же таблицах приведенысведения о шероховатости, микротвёрдости и коэффициенте истирания.68На рис. 2.29 приведены результаты замеров параметра Ra, на рис. 2.31 – 2.33приведены типичные структуры исследованных металлов после обработки, нарис. 2.34 приведены средние значения толщин модифицированного слоя наобразцах.Результаты, приведенные в таблице 2.7 и на рис. 2.30, свидетельствуют, чтодля титана 3М удалось с помощью электронно-пучковой обработки поверхностидобиться существенного улучшения её качества.

Для стали и бронзыулучшение качестваповерхностиотсутствует,нопосравнениюсрезультатами, приведенными в табл.2.3, параметры шероховатости значительнониже (качество поверхности выше).Таблица 2.7Шероховатость образцов до и после электронно-пучковой обработки по уточнённымрежимамМатериалТитан 3М08Х18Н10ТБрАЖНМцРежимобработки:плотностьэнергииизлучения(Дж/cм2) иколичествоимпульсов18; 4Средние параметры шероховатости, мкмRaRzRmax0,121/0,2490,67/1,430,85/2,1318; 80,113/0,3610,64/3,520,89/4,9818; 50,603/0,3542,86/2,314,21/2,7618;5 + 30; 20,450/0,1331,71/0,942,64/1,1818;2 + 30; 20,404/0,2081,68/1,402,37/1,7818;4 + 30; 20,324/0,2151,56/1,742,08/2,43Примечание: в числителе – значения параметров после обработки, в знаменателе – дообработки.690.700.361Параметр шероховатости Ra, мкмПараметр шероховатости Ra, мкм0.40Титан 3М0.300.2490.200.1210.1130.100.6030.60Нерж.

сталь 08Х18Н10Т0.500.4500.400.3540.300.200.1330.100.000.00без обработки без обработки18 Дж/см2,4 импульсабез обработки18 Дж/см2,8 импульсовбез обработки18 Дж/см2,5 импульсов30 Дж/см2, 2 имп.+ 18 Дж/см2,5 имп.Режим обработки электронным пучкомРежим обработки электронным пучкомПараметр шероховатости Ra, мкм0.500.40Бронза БрАЖНМц0.4040.3240.300.2080.215без обработкибез обработки0.200.100.0030 Дж/см2, 2 имп. 30 Дж/см2, 2 имп.+ 18 Дж/см2,+ 18 Дж/см2,2 имп.4 имп.Режим обработки электронным пучкомРис.

2.30. Параметр шероховатости Ra до и после обработки электронным пучкомРис. 2.31. Структура модифицированного слоя образца из титана 3Мпосле облучения с плотностью энергии 18 Дж/см2, 8 импульсовРис. 2.32. Структура модифицированного слоя образца изстали 08Х18Н10Т после облучения с плотностью энергии 30 Дж/см2,2 импульса +18 Дж/см2, 5 импульсов70Рис.

2.33. Структура модифицированного слоя образца из бронзы БрАЖНМц послеоблучения с плотностью энергии 30 Дж/см2, 2 импульса + 18 Дж/см2, 4 импульсаАнализ результатов металлографических исследований показал, что средняятолщина (рис. 2.34) модифицированного слоя по уточнённым режимамобработки выросла только отношению к меньшим плотностям энергии, которыеимели место на первой стадии исследований.

Однако при этом размах значенийтолщины существенно сократился (до 2 – 4 мкм).Микротвердость модифицированного слоя и основы, как и в предыдущихслучаях, измерялась с поверхности отполированного поперечного шлифа наТолщина модифицированного слоя, мкм25201510Титан 3МНерж. сталь 08Х18Н10ТБронза БрАЖНМц50101815Дж/см2,4 импульса218 Дж/см20 ,8 импульсов18 25Дж/см2,5 импульсов30 30Дж/см2,2 имп. +18 Дж/см2,5 имп.30 35Дж/см2,2 имп.

+18 Дж/см2,2 имп.230 Дж/см40 ,2 имп. +18 Дж/см2,4 имп.45Режим обработки электронным пучкомРис. 2.34. Зависимость средней толщины модифицированного слоя от условийобработки для исследованных материаловприбореПМТ-3Мсполуавтоматическойприставкой.Микротвердостьизмерялась при нагрузке на индентор 10 (бронза) и 20 грамм (титан и сталь).Результаты измерений приведены в таблице 2.8.71Таблица 2.8Микротвердость основы и модифицированного слоя исследованных материаловпри уточнённых режимах обработкиМатериалПлотность потока энергии(Дж/см2) и количествоимпульсовСреднее значениемикротвёрдости(размах значения),HV18; 4170 (45)/149 (10)Титан 3М18; 8163 (44)/143 (19)Сталь18; 5180 (34)/165 (20)08Х18Н10Т18; 5 + 30; 2194 (29)/157 (19)Бронза18; 2 + 30; 2161 (24)/98 (17)БрАЖНМц18; 4 + 30; 2154 (25)/104 (32)Примечание: в числителе – значения параметров в модифицированном слое, взнаменателе – в основе материала.Анализ результатов, представленных в таблице 2.8, показал, что удалосьдостичь лучших результатов по сравнению с первоначальными режимами толькодля бронзы БрАЖНМц.

Для образцов из данного материала микротвёрдостьмодифицированного слоя существенно выше микротвёрдости основной частиобразцы, при этом также существенно уменьшился и размах значений HV длявсех режимов и всех материалов.Результаты испытаний на износостойкость (значения коэффициентаистирания) приведены в таблице 2.9.Таблица 2.9Коэффициент истирания материалов при уточнённых режимах обработкиМатериалТитан 3МСталь08Х18Н10ТБронзаБрАЖНМцПлотность потока энергии(Дж/см2) и количествоимпульсов18; 4Коэфф-т истирания K,м2/Н18; 8(3,45 ± 0,53)·10-1418; 5(5,47 ± 1,047)·10-1318;5 + 30; 2(4,66 ± 0,78)·10-1318;2 + 30; 2(6,51 ± 2,18)·10-1318;4 + 30; 2(5,14 ± 0,66)·10-13(3,87 ± 0,68)·10-1472Результаты, представленные в таблице 2.9, свидетельствуют о том, что вслучае уточнённых режимов обработки существенно выросли значениякоэффициента истирания для стали 08Х18Н10Т.Исходя из результатов исследований образцов с модифицированнойповерхностью, обработанных по уточненным режимам, были определеныоптимальные режимы.

В качестве оптимальных режимов были выбранырежимы, представленные в таблицах во 2-х строчках каждого материала, т.е. длятитана 3М – 8 импульсов электронного пучка с плотностью энергии 18 Дж/см2;для стали 08Х18Н10Т – 2 импульса с плотностью 30 Дж/см2 + 5 импульсов сплотностью 18 Дж/см2; для бронзы БрАЖНМц – 2 импульса с плотностью 30Дж/см2 + 4 импульса с плотностью 18 Дж/см2. По приведенным режимам былиобработаны дополнительные образцы, которые были подвергнуты болеетщательным исследованиям на износостойкость.Испытания (измерения) на износостойкость образцов проводились натрибометре модели TRB CSM Instruments SA по следующей схеме.