Слайд 1ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ НА ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Слайд 7Доменная структура Fe + 3% Si.
Слайд 9Доменная структура анизотропного ферромагнетика Nd2Fe14B
Слайд 15Порошок SmCo5 после измельчения (4 ч) и травления в лимонной
кислоте 2 мин.
Средний размер частиц 5 мкм
Слайд 16Кривые размагничивания порошка SmCo5 после измельчения 1 ч и травления
в лимонной кислоте рН=1,45, 2 мин, 800С
Слайд 17Действие травления на порошки SmCo5 разной дисперсности
Слайд 18Обработка поверхности с помощью концентрированных потоков энергии
(лазерные, электронные, ионные пучки)
Слайд 19Что такое концентрированный поток энергии?
Поверхностная закалка: прогрев слоя толщиной 0,01L
(L – характерный размер) выше А3 и охлаждение со скоростью
выше критической (>102 K/c)
Слайд 20L≈1 см, глубина прогрева z≈5∙10-2 см
Время нагрева τ≈z2/a
λ≈0,5 Вт/см∙К, а≈0,1
см2/с, Tmax≈ 103 K
Тогда q≈ 104 Вт/см2
Слайд 21Нагрев на воздухе q≈10 Вт/см2 (1-5 Вт/см2)
В соляной ванне (жидком
свинце) q≈110-120 Вт/см2
Постоянная Стефана-Больцмана σ=5,67∙10-12 Вт/см2∙К4
Между плавлением и кипением тепловой
поток лучеиспусканием 102-103 Вт/см2
При таких q время нагрева составит 10-104 с, но тогда теплопроводность обеспечит сквозной прогрев заготовки
Слайд 22Охлаждающая способность обычных закалочных сред обеспечивает скорость охлаждение 102-103 К/с,
но поверхностное упрочнение при использовании традиционных теплоносителей невозможно из-за малых
q (т.е. условий нагрева)
Нагрев ТВЧ – объемный нагрев скин-слоя толщиной δ≈500f-0,5 (f – частота в Герцах)
При закалке ТВЧ толщина закаленного слоя z≈(0,4-0,5)δ (из соображений высокого кпд), т.е. несколько см при f=50 Гц, несколько десятых мм при f= 1МГц
Слайд 24
*
(t)(cT)div(gradT) qv
Tz qsz=0
qv=0 (объемные источники тепла)
Уравнение Фурье
Граничные условия второго рода
Слайд 25Решение уравнения Фурье для поверхностного нагрева в одномерном линейном приближении
Функция
ошибок от аргумента
Слайд 26Интеграл от функции ошибок
Функция ошибок и ее интегралы затабулированы
Слайд 271- расчет с учетом температурной зависимости теплофизических характеристик
2- расчет с
постоянными значениями для высоких температур
1 – эксперимент, Ст с 0,18%
С, фокальное пятно 12х12 мм
2- расчет с постоянными тплф параметрами
3 –закалка, 4 –начало плавления
Слайд 281 –поглощение пленками
2- область термообработки
3- область сварки
4- область резки
5-плавление
6-испарение
Поглощение на
длине волны 10,6 мкм
Слайд 29При увеличении плотности мощности глубина закалки уменьшается
глубина
Слайд 311- лазерный резонатор;
2-лазерный луч;
3-поворотное зеркало;
4-фокусирующая линза;
5-обрабатываемая поверхность
Слайд 32Фокусировка луча
Виды траекторий лазерного луча на обрабатываемой поверхности
Слайд 33Лазерная закалка стали 20Х13 с наложением пятен
Слайд 34
cw CO2-laser With the Maximal beam power of 5 kW
Слайд 361- ударное упрочнение; 2 – прошивка отверстий; 3 – кинжальная
сварка, 4 – закалка без расплавления, 5 – глазурование (стеклование)
Цифры
у прямых – удельная энергия излучения в Дж/см2
Слайд 371 мм
Направления лазерного луча и прокатки совпадают
Лазерноеь плавление поверхности Ст
9Х, P=1 кВт, V=1 см/с
Направления лазерного луча и прокатки перпендикулярны
Слайд 38Лазерное плавление поверхности Ст9Х
Слайд 40Кинжальное плавление, Ст У8 с предварительно нанесенным слоем марганца
Слайд 44Черные точки – лазерное плавление поверхности
Слайд 47Фронт затвердевания (100) свинца
Слайд 481-q=550 кВт/см2,, Тмакс=2730 С;
2-100 кВт/см2,, 1720 С;
3- 20 кВт/см2 ,
1510 С;
4-5 кВт/см2, 1470 С;
Цифры –время после окончания действия пучка,
сек;
Штриховка –граница области испарения, стрелка-направление движения фронта затвердевания
Распределение G/R по глубине зоны плавления
Слайд 49Лазерное глазурование – образование стеклообразной структуры при больших скоростях охлаждения
Слайд 52Fe-1,8%C
Заэвтектический чугун
Доэвтектический чугун
Слайд 53Зона лазерного плавления доэвтектического чугуна
Слайд 54Контактное лавление
Ст У8
Зернограничное плавление
Слайд 55Высокопрочный чугун с ШГ, контактное плавление
Слайд 58Сохранение ферритной сетки в зоне лазерного плавления, сталь 45
Слайд 63Плавление предварительно нанесенного покрытия (хром на Стали 45)
Слайд 65Ст 45, растекание жидкости по поверхности
В нерасплавленных участках можно термическое
травление
Слайд 66Фокусировка и транспортировка лазерного пучка
Слайд 67Интегральная оптика
Осциллирующая оптика
Слайд 68Пространственное распределение падающей мощности лазерного луча
Осциллирующая оптика
Интгегрирующая оптика
Слайд 69Управление лазерным пучком двугранным делительным зеркалом (закалка тонкостенных труб, зубья
передач с внутренним зацеплением)
1-делительное зеркало; 2-цилиндрическое вогнутое зеркало; 3-распределение энергии
в падающем пучке; 4- распределение энергии после отражения от двугранного зеркала и на обрабатываемой поверхности
Слайд 70Теплофизика поверхностного нагрева непрерывным тепловым источником
Kou S., Sun D.K., Le
Y.P. Fundamental study of laser transformation hardening: Met. Trans.A.-1983, 14A,
643-653 (компьютерное моделирование)
Безразмерные переменные (температура и радиус источника):
Слайд 72Трехмерное приближение
Z- глубина проникновения данной изотермы
Одномерное приближение
Слайд 74Лазерная закалка стали 45,
Z- глубина закалки
Слайд 75Сталь 1%C-9%Cr-Mo-V-W
Постоянная фокусировка пучка,
Цифры у прямых – мощность пучка в
кВт
Слайд 76D/D0
Мощность пучка, кВт
Уширение лазерного пучка непрерывного CO2-лазера
Фокусировка постоянная
Слайд 77Плавление ЧШГ теплом плазменной горелки
Слайд 78Глубина плавления ЧШГ при мощности лазера P=1.5кВт и разной фокусировке
D (цифры у кривых)
Реконструкция экспериментальных данных
Слайд 79Лазерное легирование :
1 – Ст45, слой 20 мкм Cr
2
–Ст У8 5 мкм Cr 1 и 2 – глубина
плавления
3 – общая глубина, Ст У8
Слайд 80Ст 9Х, лазерная закалка вращающегося цилиндра
Слайд 81Ст 9Х, лазерная закалка вращающегося цилиндра
Слайд 85Профиль микротвердости при лазерном расплавлении чугуна с 0,45%Si c разным
содержанием углерода: 1 -3%; 2-3,5%; 3-4%; 4-4,5%С
Слайд 86Профиль микротвердости при лазерном расплавлении чугуна с 2%Si-3%C:
1-после плавления; 2-
после 3-кратного отпуска 240 С, 2 ч
Слайд 87Микротвердость в зоне наложения лазерных лдорожек нат глубине 0,1 мм
(Ni-Cr-Mo-сталь)
1- первый проход луча;
2-второй проход луча;
Номер графика соответствует номеру линии
на схеме измерения твердости (вверху)
Слайд 88Лазерное плавление, Ст с 2,1%Cr-13%Cr
1-лазерное плавление;
2-лазерное плавление+закалка
Слайд 90Микротвердость зоны лазерного плавления (1) и плавления+отпуска (2)
2
Слайд 92Обычная закалка, хромистая сталь
Слайд 93Износостойкость Ст 9Х после лазерного расплавления в зависимости от доли
остаточного аустенита
Слайд 94Контактная выносливость и доля остаточного аустенита Ст 9Х после спиральной
лазерной закалки
1- 5ГПа
2- 6 ГПа
Слайд 95Износостойкость чугуна после лазерного плавления
Слайд 96T(hz), minutes
Ст Р6М5
Времядо износа режущей кромки 0.3 mm ,
минуты
Слайд 971-цементация, Ст 20Х13
2- лазерное науглероживание, Ст 20Х13
E=20 Дж,
d=50 мкм; 3 - E =8 Дж, d=300 мкм
Слайд 102Использовали CO2 –лазер мощностью 15 кВт . Оптическая система формировала
тепловое пятно диаметром 10 мм на обрабатываемой поверхности. Пятно сканировали
с амплитудой 22 мм в направлении нормали к движению пятна. Частота сканирования 125 Гц формировала на поверхности прямоугольное пятно 22х25 мм
Требования чертежа:
50 HRC на глубине 0.5 1.0 мм
Поверхностная закалка кулачка распределительного вала автомобильного двигателя
Слайд 103Область режимов лазерной закалки без расплавления поверхности: плотность мощности 0.5…10
кВт/см2, время действия теплового источника 0.01…10 с, прямоугольная форма теплового
пятна
Слайд 104Профиль твердости после лазерной закалки поверхности кулачка (левая вертикальная шкала-
твердость по Кнупу (Knoop))
Ковкий
Структура чугунов после лазерной закалки без
расплавления
Слайд 106Структура чугунов после лазерного расплавления поверхности
Серый
Ковкий
Слайд 107Скорость абразивного износа чугуна в зависимости от полученной микроструктуры:
А- необработанное
литье (перлит)
В- лазерная закалка без плавления (остаточный аустенит+мартенсит)
С- лазерная закалка
без плавления (мартенсит)
D- лазерная закалка c расплавлением (ледебурит)
Слайд 108Зависимость износа чугуна (игла по диску) от толщины слоя лазерной
закалки
Серый
Ковкий
Ковкий
Зависимость эрозионного износа от толщины слоя лазерной закалки и твердости
Слайд 110Повышение сопротивления чугуна эрозионному износу при лазерной обработке с расплавлением
поверхности
Слайд 111Повышение сопротивления cерого чугуна кавитационной эрозии в дистиллированной воде (а)
и 3%-растворе NaCl (b) при лазерном легировании хромом (хромированный слой
толщиной 0.5 мм содержал 22%Cr и имел твердость HV700)
Слайд 112Разработка лазерного центра в г. Шатура, 2009 г.