Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Поверхностный слой и его влияние на эксплуатационные свойства (ЭС) деталей машин 6
1.1. Влияние физико-механического состояния поверхностного слоя на ЭС деталей машин. 6
1.2. Характеристики условий эксплуатации электрических центробежных насосов (ЭЦН). Причины выхода из строя . 11
1.3. Способы повышения ЭС ЭЦН на основе поверхностной обработки. 19
1.4. Современные методы упрочнения концентрированными потоками энергии (КПЭ). 22
1.4.1. Общие вопросы обработки КПЭ. 22
1.4.2. Особенности лазерного упрочнения (ЛУ) деталей машин. 27
1.4.3. Анализ технологического оборудования для ЛУ 31
1.5. Цели и задачи исследования. 34
Глава 2. Тепловые процессы в поверхностном слое материала при лазерной обработке 37
2.1. Тепловые процессы в материалах при ЛУ. 37
2.2. Методы решения задач теплопроводности при ЛУ . 41
2.3. Моделирование зависимости теплофизических характеристик от температуры. 52
2.4. Постановка и решение задачи теплопроводности. 55
2.5. Температурные поля от движущегося теплового источника большой мощности. 60
Глава 3. Методы и оборудование для экспериментальных исследований 64
3.1. Технологический комплекс для ЛУ. 64
3.2. Металлографический и электронно-микроскопический анализ структуры поверхностного слоя после ЛУ . 67
3.3. Исследование физико-механических свойств упрочнённого слоя методом микротвёрдости. 70
3.4. Влияние ЛУ на износостойкость чугуна при граничном трении. 73
3.4.1. Оборудование и лабораторные образцы. 73
3.4.2. Методика проведения эксперимента. 75
3.4.3. Статистическая обработка экспериментальных данных 82
Глава 4. Влияние ЛУ на ЭС поверхностного слоя деталей машин 86
4.1. Влияние режимов ЛУ на закономерности изменения структуры и микротвёрдости по толщине поверхностного слоя высокопрочного чугуна. 86
4.2. Влияние режимов ЛУ на износостойкость поверхностного слоя высокопрочного чугуна . 89
4.3. Рекомендации по выбору режимов ЛУ для обработки радиальных пар трения. 96
4.4. Технико-экономические критерии внедрения лазерных технологий. 101
Общие выводы 104
Список литературы 106
Приложение
- Характеристики условий эксплуатации электрических центробежных насосов (ЭЦН). Причины выхода из строя
- Методы решения задач теплопроводности при ЛУ
- Металлографический и электронно-микроскопический анализ структуры поверхностного слоя после ЛУ
- Влияние режимов ЛУ на износостойкость поверхностного слоя высокопрочного чугуна
Введение к работе
Актуально сть
Важной задачей современного машиностроения является совершенствование технологических процессов обработки изготавливаемой продукции с целью повышения ресурса работы выпускаемых машин и механизмов. Одним из приоритетных направлений решения данной задачи является разработка методик управления режимами обработки поверхностного слоя деталей.
Характеристики поверхностного слоя определяют основной эксплуатационный показатель трущихся деталей машин и механизмов - износостойкость. Например, износостойкостью определяется ресурс работы насосов для добычи нефти. Сегодня, когда бюджет РФ в значительной степени формируется за счет доходов от продажи нефти, интерес к повышению ресурса работы оборудования для её добычи растёт.
Согласно статистике 52,8% добычи нефти на территории РФ осуществляется при помощи электрических центробежных насосов (ЭЦН). При этом, более 40% отказов ЭЦН происходит вследствие износа многочисленных пар трения, из которых радиальные пары трения являются ресурсоопределяющими. Ввиду особенностей эксплуатации, проведение профилактических мероприятий не всегда возможно, поэтому основным направлением увеличения ресурса ЭЦН является разработка научно обоснованных рекомендаций по применению технологий, повышающих износостойкость пар трения.
Сегодня одним из динамично развивающихся методов обработки с целью повышения износостойкости деталей является поверхностное упрочнение материалов при помощи концентрированных потоков энергии (КПЭ).
Среди множества методов обработки КПЭ ведущее место занимает лазерная обработка (ЛО). Л О широко применяется для упрочнения деталей двигателя внутреннего сгорания, зубчатых колёс, инструментов для обработки материалов, элементов штамповой оснастки, и др.
Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования процессов, протекающих в поверхностных слоях при ЛО материалов, которые имеются на настоящее время, накопленного опыта не всегда достаточно. До настоящего времени не полностью раскрыты условия формирования поверхностных слоев с заданными характеристиками при ЛО деталей из высокопрочного чугуна. В частности, нет чётких взаимосвязей, позволяющих управлять режимами ЛО для получения требуемых характеристик поверхностного слоя, подвергнутого обработке.
Цель работы Повышение эксплуатационных свойств радиальных пар трения из высокопрочного чугуна путём создания методики управления режимами ЛО для получения требуемых характеристик поверхностного слоя.
Для выполнения данной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:
Провести анализ факторов, определяющих эксплуатационные свойства поверхностного слоя радиальных пар трения из высокопрочного чугуна. Установить область применимости Л О для повышения эксплуатационных свойств деталей из высокопрочного чугуна.
Провести анализ трёхмерных тепловых полей в зоне лазерного воздействия на основе решения методом конечных разностей нелинейного уравнения теплопроводности. На основе проведённых расчётов установить температурные условия протекания структурно-фазовых превращений в поверхностном слое чугуна марки ВЧ-50.
Провести исследования структуры, микротвёрдости и износостойкости радиальных пар трения из высокопрочного чугуна после ЛО с различными режимами.
Установить закономерности формирования эксплуатационных характеристик поверхностного слоя высокопрочного чугуна после ЛО, и их зависимости от режимов ЛО.
Разработать методику управления режимами ЛО, обеспечивающих получение требуемых характеристик поверхностного слоя, применительно к заданным условиям эксплуатации радиальной пары трения.
Разработать технологию лазерного упрочнения радиальных пар трения из высокопрочного чугуна электрических центробежных насосов.
Методика исследования.
Теоретические исследования проведены с использованием современных достижений теории теплопроводности, математического моделирования, материаловедения и технологии машиностроения. Математическое моделирование тепловых полей проводилось с помощью программного обеспечения (ПО) «Crater», разработанного на кафедре «Сопротивление материалов» Волгоградского государственного технического университета. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях с применением современных регистрирующих и вычислительных средств, компьютерной обработки экспериментальных данных. Экспериментальное исследование отдельных процессов производилось с применением оригинальных методик, в частности, специальной системы сбора данных на основе PCI 6023Е компании National Instrament и программы визуализации результатов измерений, написанной с помощью графической среды программирования Lab VIEW 8.2 в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Рассчитано температурное поле процесса ЛО в поверхностном слое чу
гуна марки ВЧ-50 методом конечных разностей.
2. Выявлены зависимости эксплуатационных свойств поверхностного
слоя высокопрочного чугуна от режимов ЛО.
Разработана методика управления режимами ЛО с целью обеспечения высоких эксплуатационных свойств радиальных пар трения из высокопрочного чугуна.
Разработана технология лазерного упрочнения радиальных пар трения из высокопрочного чугуна электрических центробежных насосов.
Практическая ценность. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана и внедрена в производство (ЗАО «Техническая керамика» г. Волжский, Волгоградская обл.) методика управления режимами ЛО деталей (радиальных пар трения центробежных насосов для добычи нефти) из различных марок чугуна, использование которой позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства пары трения.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались: на ежегодных научных конференциях ВолгГАСУ и ВолгГТУ в 2005, 2008 гг., г. Волгоград; на заседаниях каф. «Технология строительного производства» в 2005-2008 гг., г. Волгоград; на V международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» г. Пенза 2007 г.; на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» г. Самара 2007 г.; на «Ежегодной XIX и XX международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС 2007,2008)» г. Москва 2007-2008 г; ежемесячном семинаре молодых ученых «МЕСМУС» (Москва, июнь 2009, ИМАШ РАН).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 работ, 2 из которых в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Содержит 122 страницы машинописного текста, 27 рисунков, 10 таблиц, список использованных источников из 100 наименований.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н. Бурлаченко О.В. (ВолгГАСУ) и научным консультантам к.т.н. Захарову И.Н., Иванникову А.Ю. (ВолгГТУ), Зеленскому А.А. (ЮРГУЭС), Прожёге М.В. (ИМАШ РАН) за постоянную поддержку и внимание к работе.
Характеристики условий эксплуатации электрических центробежных насосов (ЭЦН). Причины выхода из строя
В связи с непрекращающимся ростом потребления нефти мировым сообществом, учёными разных стран интенсивно ведутся исследования по совершенствованию техники и технологии добычи нефти. В последние годы на территории Российской Федерации и за рубежом исследования велись в трёх основных направлениях: увеличение извлекаемых запасов и продуктивности скважин; повышение работоспособности оборудования для добычи нефти; повышение эффективности эксплуатации скважин в сложно-геологических условиях.
Кроме того, современные условия деятельности нефтегазодобывающей отрасли характеризуются тенденцией уменьшения объемов добычи нефти из длительно эксплуатируемых месторождений, увеличением доли находящихся в разработке сложно-построенных нефтяных залежей, количества мало- и среднедебитных скважин. Эксплуатация скважин в таких условиях сопровождается многочисленными осложнениями.
В сложившейся ситуации, особая роль уделяется повышению эффективности эксплуатации оборудования. В Российской Федерации статистика по способам эксплуатации выглядит следующим образом [24]: ШСІІ - штанговые скважинные насосы; УЭЦН - установки центробежных электронасосов.
Из таблицы 1.1 следует, что более 50% добычи нефти осуществляется при помощи УЭЦН. Это связано с тем, что установки ЭЦН довольно просты в обслуживании, так как на поверхности имеются станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода.
Поздняя стадия разработки нефтяных месторождений характеризуется высокой обводненностью продукции, содержанием в ее составе значительных количеств механических примесей, образованием в стволе различных органических и неорганических отложений, интенсификацией процессов коррозии оборудования и т.д. На поздней стадии разработки нефтяных месторождений, когда форсированные режимы работы скважин являются одним из решающих факторов увеличения объемов добычи нефти, применение высокопроизводительных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) особенно оправдано, однако при этом эксплуатация этих установок происходит с большим количеством осложнений.
Таким образом, факторов влияющих на работу УЭЦН очень много -начиная от конструкции скважины, до процессов проходящих в пласте и стволе скважины. Совокупность всех осложнений приводит к резкому снижению эффективности работы УЭЦН. В связи с этим становятся актуальными разработки по улучшению технологических показателей работы отдельных узлов насоса и всей установки в целом.
Все факторы, влияющие на работу УЭЦН можно разделить на группы. Первую составляют геологические факторы - наличие в продукции свободного газа, сложный состав продукции, образование отложений солей и парафина, наличие механических примесей и др. Во вторую группу вошли факторы, обусловленные особенностями конструкции скважины и УЭЦН. К ним относятся: диаметр эксплуатационной колонны, количество и геометрия участков набора кривизны ствола, большие глубины спуска насосов, качество исполнения узлов и деталей УЭЦН и др. Третью группу факторов составляют параметры, характеризующие условия реализации применяемой системы разработки месторождений и технологий проведения на скважинах ремонтных работ. Неблагоприятное взаимодействие в призабойной зоне пласта (ПЗП) применяемых жидкостей глушения скважин (ЖГС), пластовых флюидов и горной породы, а также нарушения технологий проведения операций по обработкам ПЗП приводит к проникновению в пласт больших объемов фильтратов агрессивных технологических жидкостей и ухудшению гидродинамических условий фильтрации жидкостей.
При эксплуатации скважин с УЭЦН действие всех перечисленных факторов происходит одновременно. Результатом этого является преждевременный выход из строя какого-либо элемента конструкции установки и ухудшение показателей «наработка на отказ», межремонтный период работы.
Согласно данным, полученным специалистами по работе с механизированным фондом скважин ОАО «Юганскнефтегаз» ежегодно имеется более 6 000 отказов УЭЦН [25]. Причём, около 50% всех отказов УЭЦН связано с отложением солей на рабочих органах и влиянием абразивных частиц (засорение насосов механическими частицами после ГРП и истирание более мелкими частицами горных пород). Остальные группы отказов (по убыванию степени влияния) связаны с кабелем, особенно в диапазоне температур более 90С, необеспеченным притоком, а также субъективным фактором (браки). В целом, распределение отказов происходит по следующим причинам: около 30% - по изоляции кабеля (выработка ресурса и его конструктивные недостатки и несоотвествия); около 30% - по отказам погружного двигателя (недостатки гидрозащиты или пробои статора); около 40% - отказы, связанные с работой насоса (износы, засорения, сломы валов, соли и др.).
Из вышеперечисленного следует, что порядка 40% отказов ЭЦН происходит вследствие выхода из строя непосредственно самого насоса. Конструктивно, ЭЦН является основным элементом УЭЦН и состоит из нескольких насосных секций, каждая из которых включает в себя более сотни насосных ступеней (рис. 1.2).
Методы решения задач теплопроводности при ЛУ
Разработкой методов расчётного определения температурных полей занимались многие отечественные и зарубежные учёные. Данному разделу прикладной математики посвящено большое количество работ, имеется обширная библиография. Подробный обзор публикаций по применению различных расчётных методов наряду с решением широкого класса тепловых задач представлен в работах А.Л. Лыкова [53, 54], Л.А. Коздобы [55], Г.Ф. Мучника и И.Б. Рубашева [56], Н.М. Беляева и А.А.Рядно [57], Г.Карслоу и Д.Егера [58] и многих других. Следует отметить, что в настоящее время существуют надёжные методы экспериментального определения теплового состояния нагреваемых объектов [59, 60], однако получаемая при этом информация во многих случаях является недостаточной, так как термометрирование носит дискретный характер и температурное поле не может быть определено в объеме всего тела. Кроме того, к недостаткам экспериментальных исследований следует отнести то, что при измерениях неизбежно возникает искажение температурного поля в местах приваривания термопар и, в особенности, при сверлении отверстий для определения температуры во внутренних точках тела. Большой вклад в развитие аналитических методов решения задачи теплопроводности при воздействии на материал КПЭ внесён коллективом учёных под руководством Н.Н. Рыкалина, которым в конце 40-х - начале 50-х годов, применительно к расчётам тепловых процессов при сварке, был разработан метод источников [61]. Элементы метода источников в совокупности с другими аналитическими методами использовались при решении задач импульсно-периодического нагрева металлов лазером [62], исследовании тепловых процессов в тонкостенных конструкциях при электронно-лучевой сварке [63], расчётах при оплавлении [64, 65] и испарении [66] материалов в зоне теплового воздействия КПЭ. Процесс ЛУ осуществляется согласно двум основным схемам [83]. Согласно первой схеме, расфокусированный луч мощностью излучения Р и диаметром пятна нагрева dn равномерно перемещается относительно тела со скоростью обработки v. При этом, зона упрочнения на поверхности детали имеет форму полосы. Во второй схеме, при более сфокусированном пятне нагрева с помощью сканирующей системы происходит перемещение луча в пространстве. Таким образом, к прямолинейному перемещению луча лазера добавляется сканирование лазерного луча в поперечном к вектору скорости направлении. При таких условиях обеспечивается многократный пробег лазерного луча поперёк движения образца. Далее анализируются подходы различных учёных к расчётному определению температур при лазерной закалке непрерывным излучением. Известно, что наиболее простые расчётные зависимости могут быть получены при одномерной постановке тепловой задачи. Однако, необходимо предварительно проанализировать применимость одномерного подхода к той или иной задаче ЛУ. Для этого, в работе [84] предлагается провести сопоставление ориентировочного времени теплонасыщения tH со временем прохождения световым пятном своего диаметра tn. Время теплонасыщения рассчитывается по формуле tH - г /а, где г„ - радиус пятна нагрева; а - коэффициент температуропроводности. Время прохождения световым пятном своего диаметра » - 2r„ /v s где v - скорость обработки. В зависимости от того, выполняется ли условие tH t„ определяется возможность применимости одномерного подхода. Так, при /„ /„. происходит теплонасыщение в зоне обработки, и в этом случае допустимо не учитывать движение источника и рассматривать задачу теплопроводности в одномерном приближении. Ниже представлена формула для мгновенного сосредоточенного источника теплоты на поверхности полубесконечного тела
Металлографический и электронно-микроскопический анализ структуры поверхностного слоя после ЛУ
Знания об измерениях структуры, состава и свойств материала при воздействии КПЭ в ходе его ЛУ наряду с другими факторами в значительной степени обусловливают эффективность технологии лазерной обработки и возможность ее применения для обработки широкого круга различных материалов. Результаты металлографических, электронно микроскопических, рентгенографических и других исследований позволяют обнаружить ряд во многом уникальных закономерностей фазовых превращений в условиях высокоинтенсивного теплового воздействия и, кроме того, представляют самостоятельный научный интерес [1.32]. Анализ процессов изменения структуры при ЛУ проводился на примере чугуна марки ВЧ-50, выбор которого обусловлен его широким применением. Кроме того, характерные закономерности изучаемых эффектов могут быть распространены, с учётом особенностей, и на другие марки высокопрочного чугуна. Исходная структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и в обычном сером чугуне. То есть, в зависимости от химического состава чугуна и скорости охлаждения могут быть получены чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит (ферритный высокопрочный чугун), феррит + перлит + шаровидный графит (феррито-перлитный высокопрочный чугун), перлит + шаровидный графит (перлитный высокопрочный чугун). В нашей работе исследовался чугун марки ВЧ-50 с феррито-перлитной основой (см. рис. 3.3 а). По сравнению с серым чугуном, нирезистом - чугун марки ВЧ обладает рядом преимуществ. Так, ВЧ обладает хорошим диапазоном предела текучести, пластичностью, прочностью, и способностью к горячей обработке, а так же прекрасной жидкотекучестью, хорошими литейными свойствами, легко подвергается обработке резанием. Такие свойства обусловлены формой графитовых включений. Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а, следовательно, и прочность, пластичность чугуна и др. Металлографический анализ проводился на основе изучения под микроскопом полированной, протравленной четырёхпроцентным раствором азотной кислоты в этиловом спирте поверхности образца. Как показывают исследования, на поверхности материала в зоне высокотемпературного воздействия в ходе лазерной закалки образуется мелкодисперсный мартенсит. Известно, что для формирования мартенсита в некотором локальном объеме тела необходимо реализовать определённые условия нагрева и охлаждения, соответствующие мартенситному превращению, а именно, нагрев металла до температур, больших температуры фазового превращения (температура Ас3), и последующее его охлаждение в области минимальной устойчивости аустенита со скоростью, больше критической. Данные условия при ЛУ чугуна марки ВЧ-50 выполняются. На рис. 3.3 показана микр о структур а чугуна ВЧ-50 в исходном состоянии и после лазерной обработки без оплавления и с оплавлением поверхности. Исходная структура чугуна состоит из перлитной основы и частиц шаровидного графита, вокруг которых находится феррит (а). В процессе лазерного нагрева и последующего охлаждения на месте перлитной структуры формируется мартенситно-аустенитный слой (зона 36), а в ферритном слое происходит полное или частичное растворение графитовых частиц с образованием аустенитно-ледебуритной структуры. В зоне оплавления наличие включений графита зависит от режима обработки (в). При увеличении плотности энергии свыше критического значения (более 40 Дж/мм ), включения графита выгорают. Одним из самых распространённых методов изучения свойств поверхностны слоев является оценка микротвёрдости. Методика определения микротвёрдости оперативна и проста. При этом, измерение микротвёрдости локальных объемов даёт большое количество информации о свойствах исследуемой поверхности и прежде всего, об износостойкости поверхностного слоя. Таким образом, в дополнение и развитие картины формирования структуры поверхностного слоя деталей при ЛУ приведём экспериментальные результаты измерения микротвёрдости по глубине и по поверхности упрочнённого лазером слоя для образцов из чугуна марок ВЧ-50 в различном исходном структурном состоянии. Оценка свойств по локальным микрообъемам поверхностного слоя проводилась на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,5 и 1 Н. Расстояние между отпечатками составляло 20-50 мкм. Статистическая обработка полученных данных осуществлялась на базе 50 отпечатков. Особое внимание уделялось подготовке поверхности шлифов. В специальной струбцине проводилось стачивание образца чуть меньше, чем на половину диаметра, после чего поверхность тщательно шлифовалась, полировалась и протравливалась в 4%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте для выявления микроструктуры. Такая подготовка микрошлифа позволяла вести промеры микротвёрдости непосредственно у края поверхности, что необходимо для полного исследования структуры поверхности.
Влияние режимов ЛУ на износостойкость поверхностного слоя высокопрочного чугуна
Как показывают исследования, основной причиной преждевременного выхода ЭЦН из строя при эксплуатации их в неагрессивных нефтепромысловых средах является абразивный износ колёс и направляющих аппаратов. Согласно статистике отказов, абразивному износу в конструкции насоса наиболее подвержена радиальная пара трения направляющего аппарата. Абразивный износ поверхностей происходит под действием твёрдых частиц, присутствующих в зоне трения. В нашем случае это инородные частицы минерального происхождения (А1203). Иногда абразивный износ может быть вызван и частицами, отделившимися в процессе трения. Они обычно предельно упрочнены и могут, как и частицы минерального происхождения, либо свободно перемещаться в зоне трения, либо, шаржируя один из элементов пары трения, вести себя как микровыступы. Механическое воздействие абразивных частиц на изнашиваемый материал зависит от их формы, степени закреплённости, действующих нагрузок и соотношения механических свойств абразивной частицы и изнашиваемой поверхности. Разрушение поверхности при изнашивании происходит в результате резания, либо многократной пластической деформации. Поэтому действенным способом борьбы с абразивным износом является повышение твёрдости поверхностных слоев деталей. С повышением твёрдости материала износостойкость его возрастает; если же твёрдость близка к твёрдости абразивных частиц или превышает её, износостойкость материала возрастает многократно [1]. Таким образом, следует сделать вывод что ЛУ, в результате которого на поверхности формируется мелкодисперсный мартенсит, являющийся высокотвёрдой структурой, окажется наиболее эффективным с точки зрения повышения износостойкости деталей при абразивном изнашивании. На рис. 4.2 приведены результаты испытаний на износостойкость (при граничном трении) деталей, обработанных лазером по различным технологическим вариантам (см. табл. 4.1). Из графика видно, что триботехнические свойства упрочнённых слоев изменяются с увеличением расстояния от поверхности (наблюдается корреляция с микротвёрдостью). Таким образом, кривые относительной износостойкости, так же как и кривые распределения микротвёрдости представляют собой монотонно убывающие функции, характеризующиеся различными градиентами изменения значений с расстоянием от поверхности. Следует отметить, что наименьшие значения износостойкости были получены при лазерной обработке с оплавлением поверхности (рис. 4.2., кривая 1). Это связано со снижением микротвёрдости оплавленного слоя. На глубине 0,5...0,8 мм относительная износостойкость достигает своего максимального значения е = 2,0...2,5 т.к. изнашиванию подвергаются слои, обладающие высокой микротвёрдостью (7000-11000 ГПа). По мере удаления от поверхности значения относительной износостойкости снижаются. Это явление объясняется наличием зоны отпуска, и наличием остаточного аустенита + мартенсит на месте перлитных колоний. Данная структура характеризуется более низкой микротвёрдостыо, а следовательно, и сопротивляемостью изнашиванию. Снижение интенсивности ЛУ в единицу времени, обусловленное увеличением скорости перемещения луча при той же мощности приводит к уменьшению глубины упрочнённого слоя. Однако, относительная износостойкость до глубины 0,75 мм имеет максимальные значения е = 2,0...2,5 (Рис. 4.2, кривая 2). Данное явление связано с образованием в этой области мартенсита с высокой плотностью, а следовательно с повышенной микротвёрдостыо. По мере удаления от поверхности, относительная износостойкость плавно снижается, т.к. изнашиваются слои металла со мартенситно-ледебуритной структурой, которая обладает пониженной микротвёрдостью. Кривая относительной износостойкости поверхностного слоя, полученная при скорости движения лазерного луча 2,4 м/мин характеризуется наиболее низкими значениями износостойкости, по сравнению с рассмотренными выше вариантами ЛУ. Это обусловлено пониженной микротвёрдостью поверхностного слоя. В общем случае, анализ результатов испытаний свидетельствует о том, что при любых режимах обработки в заданном диапазоне мощности излучения и скорости движения лазерного луча, ЛУ способствует повышению износостойкости поверхностного слоя высокопрочного чугуна. Степень повышения износостойкости, по сравнению с исходным состоянием металла, зависит от режимов обработки. Наибольшая износостойкость отмечается в том случае, когда в поверхностном слое формируется структура однородного мелкодисперсного мартенсита. Для сравнения были проведены испытания на изностойкость образцов после азотирования (рис. 4.2., кривая 4). По сравнению с исходным состоянием материала, относительная износостойкость повышается почти в 2 раза. Однако, по сравнению с ЛУ поверхностный слой после азотирования характеризуется более низкими триботехническими свойствами. Влияние ЛУ на сопротивляемость поверхностному изнашиванию исследовалось на модернизированной машине трения СМТ-1 по схеме «вал-втулка» в жидкости с абразивом. Сравнительные испытания проводились на образцах с обработкой лазером, и без неё. Результаты испытаний см. табл. 4.2
