Obrabotka Metallov 2014 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (62) 2014 19 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ [7–10]. Для всех исследованных образцов наблю- далась модификация поверхности с образовани- ем двух слоев. Верхний наноструктурированный слой толщиной сотни нанометров приобретает микротвердость в диапазоне 12…15 ГПа (рис. 6) за счет насыщения азотом и благодаря образова- нию тонкой микроструктуры (рис. 7, а ). К верх- нему наноструктурированному слою примыкает слой (рис. 7, б ), имеющий участки со структу- рой ледебурита (закалка из жидкого состояния) и мартенсита (закалка из твердого состояния). Причем фазовые превращения с плавлением ме- талла начинаются вследствие концентрацион- ной неоднородности распределения углерода по фазам сплава закономерно вокруг графитовых включений. В этом слое (между поверхност- ным нанослоем и основой металла) происходят а б Рис. 7. Микроструктура чугуна СЧ25 после ЛПМ обработки: а – поперечное сечение поверхностного слоя (измерения на HELIOS NanoLab 650); б – поперечное сечение упроч- ненного слоя (оптическая микрофотография) структурные превращения, характерные для ла- зерной закалки, которые приводят к увеличению микротвердости до уровня 8…10 ГПа (в 3–4 раза тверже основы) на толщине в десятки-сотни ми- крометров (рис. 6, а и 7, б ). Сравнение удельной производительности лазерно-плазменной обработки чугуна СЧ25 с традиционной лазерной закалкой непрерыв- ным излучением показало, что производитель- ность лазерно-плазменной обработки в 7–10 раз выше, чем у традиционной лазерной закалки [3, 4] (рис. 6, б ). Это объясняется 4–5-кратным пре- вышением эффективности энергообмена между лазерной плазмой и металлом над прямым по- глощением лазерного излучения и действием ги- перинтенсивного ультразвука. Оценка триботехнических свойств произво- дилась при испытании образцов на машине тре- ния МИ-1 после предварительной взаимной при- тирки поверхностей диска (закаленная сталь 40) и колодки (образец, вырезанный из цилиндровой втулки двигателя). Удельная нагрузка в условиях жидкостного трения при смазке маслом М-14В2 ГОСТ 12337–84 составляла 1250 МПа. Результа- ты испытаний представлены на рис. 8. Обработанные лазером образцы изнаши- вались в принятых условиях испытаний со скоростью, в 20 раз меньшей по сравнению со скоростью изнашивания исходных (без ЛПМ- модификации) образцов. При этом на треть уменьшился коэффициент трения. Структура подповерхностных слоев, выяв- ленная травлением в нитале, представлена на рис. 8. Графитовые пластины окружены слоями металла со структурой, полученной закалкой из жидкого (ледебурит) и твердого (двойниковый мартенсит) состояния. Эти твердые участки вос- принимают усилие, возникающее в паре трения, обеспечивая износостойкость чугуна. Кроме того, они препятствуют затиранию графитовых частиц, сохраняя маслоудерживающий рельеф поверхности и обеспечивая тем самым низкий коэффициент трения. При оценке влияния образования жидкой фазы при термической обработке на свойства сплавов авторами работы [11] был сделан вывод о том, что структура, полученная закалкой из жидкого состо- яния, в деталях машин нежелательна, поскольку усадочные напряжения в сочетании со структур- ными напряжениями, полученными при закалке,