Введение к работе
Актуальность теш. В последнее время как е научных исследованиях, так и на практике широко применяются концентрированные потоки энергии (КПЭ). Это обусловлено появлением нових технологических процессов, основанных на последних достижениях науки и техники, а также возможностью гибкого управления энергетическими и временными характеристиками КПЭ, относительной простотой автоматизации процессов и оптимизации их параметров.
Высокие требования, предъявляемые к материалам современным производством, во многих случаях уже невозможно удовлетворить традиционными технологиями- Поэтому использование КПЭ для получения новых перспективных материалов является одним из важнейших направлений в развитии теории и практики воздействия КПЭ на вещество. При таком воздействии существенно изменяются свойства исходных материалов и синтезируются новые соединения.
Проведенные в последние годы исследования взаимодействия КПЭ с веществом пока еще не привели к созданию полной картины явления. До сих пор остается открытым вопрос об оптимизации физико-химических процессов, происходящих в твердом теле при воздействии КПЭ. Особое значение для понимания этих процессов, а также для последующей разработки технологических основ обработки материалов имеет структурно - фазовое исследование продуктов взаимодействия КПЭ с веществом.
Цель работы. Исследование процессов взаимодействия лазерного излучения и плазменной струи с железоуглеродистыми сплавами, определение влияния параметров концентрированных потоков энергии на структурно - фазовое состояние и свойства модифицируемых и синтезируемых материалов, а также анализ происходящих в них химико-термических процессов.
Научная новизна.
Впервые определение концентрации легирующих элементов в твердом растворе сплава железа с высоким содержанием карой-дообразующих элементов произведено с помощью мессбауэровских измерений, обнаружено отличие ее тогасого поверхностного слоя от основного массива по фазовому составу. Показано изменение
концентрации вольфрама в мартенсите и содержания остаточногс аустенита в облученном поверхностном слое в зависимости от длительности лазерного импульса для стали PI8 - типичногс представителя сплавов железа с карбмдообразующими элементами. Мессбауэровской спектроскопией определена толщина термического влияния лазерного луча. Получено распределение концентрации вольфрама в твердом растворе по глубине зоны лазерного воздействия. Установлено, что одним из механизмов улучшения эксплуатационных свойств быстрорежущих инструментальных сталей при лазерной обработке является перераспределение легирующих элементов и существенное превышение их содержания в твердом растворе предела растворимости.
Впервые идентифицированы продукты, образующиеся при воздействии на сплавы железа с углеродом плазмы электрического разряда с жидким - неметаллическим электродом. Выявлено влияние параметров разряда на свойства синтезируемых материалов. Определен механизм образования фэрритизованного порошка в разряде между стальным электродом и водой. Проведене структурно-фазовое исследование химико-термических процессоЕ в порошке, полученном в результате воздействия электродуговой плазмы на келезоуглеродистый сплав.
Практическая ценность работы. Показана возможность перераспределения легирующих элементов и образования пересыщенных твердых растворов при лазерной обработке, что позволяет сэкономить дорогостоящие материалы путем использования облученных лазером низколегированных сталей. Полученные зависимости свойств облученной стали от параметров лазерного луча позволяют оптимизировать режимы лазерной обработки, і результате которой улучшаются свойства поверхности и повышается износостойкость режущего инструмента. Показана возможность непосредственного получения оксидного порошка ИЕ материала электродов в разряде с жидким электродом, что позволяет при использовании композиционных электродов синтезировать сложные оксидные химические соединения, обладающие особыми электрофизическими и физико-механическими свойствами. Порошки, синтезированные в плазме между стальным электродом и водой, являются исходными материалами для получение ферритов и катализаторов. Установленные зависимости позволя-
ют оптимизировать технологию получения порошка по составу,
дисперсности и производительности. Показана возможность хи
мико-термической обработки производственного отхода, образу
ющегося в плавильной печи воздействием электродуговой плазмы
на чугун, которая позволяет изготавливать мвталлизованные
керамические литейные формы, обладающие преимуществами ме
таллических и песчаных форм. Полученные результаты дают воз
можность разработки безотходной технологии в литейном произ
водстве . \
На защиту выносятся следующие положения:
влияние длительности лазерного импульса на концентрацию вольфрама в мартенсите и содержание остаточного аустени-та в облученном поверхностном слое сплава железа с карбидо-образущими элементами;
распределение содержания вольфрама в твердом растворе по глубине зоны термического влияния лазера;
образование твердого раствора с содержанием вольфрама, превышающим предел растворимости;
структурно-фазовое состояние продуктов взаимодействия низкотемпературной плазмы с железоуглеродистыми сплавами в разряде с жидким-неметаллическим электродом;
влияние условий штзмохимического синтезирования порошка на его свойства;
восстановление железа из его оксидов при химико-термической обработке мелкодисперсной пыли, образующейся под воздействием электродуговой плазмы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Латиноамериканской конференции по применению эффекта Мессбауэра (Куба, Гавана, 1990 г.), Международной конференции по применению эффекта Моссбауэра (Китай, Нанкин, 1991 г.). на Всесоюзном совещании по прикладной мессбауэ-ровской спектроскопии (Москва, 1988 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Применение мессбауэровской спектроскопии в материаловедении" (Ижевск, 1989г.), на Всесоюзной конференции "Прикладная мессбауэровская спектроскопия" (Казань, 1990 г.), на республиканских научно-технических, конференциях "Научно-производственные проблемы производства автомобилей "КамАЗ"(Набережные Челны, 1986, 1988, 1990 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано двенадцать печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержание работы изложено на 140 страницах, включая 28 рисунков, 6 таблиц и список литературы из ИЗ наименований.