Спосіб лазерного легування сплавів на основі заліза

Спосіб лазерного легування сплавів на основі заліза, що включає створення на поверхні матері 3 26467 - лазерна обробка поверхні в режимі поверхневого оплавлення сплаву. Відмінними від найближчого аналога ознаками є: - вибіркове, щодо складових фаз, травлення поверхні сплавів на основі заліза, що містять вагову концентрацію вуглецю, яка перевищує рівноважну концентрацію в аустеніті; - проведення лазерної обробки в режимі оплавлення поверхні. Спосіб здійснюють таким чином: Проводять вибіркове, щодо складових фаз, травлення поверхні сплавів на основі заліза, що містять таку кількість вуглецю, яка перевищує рівноважну концентрацію в аустеніті, кислотною сумішшю концентрованих соляної та азотної кислот у співвідношенні 3:1 при кімнатній температурі протягом 3-5хв. для підвищення в поверхневому шарі вмісту цементиту та графіту, з подальшою лазерною обробкою поверхні в режимі оплавлення сплаву при мінімальному розфокусуванні променя з 10-20% перекриттям плям. Застосування вибіркового травлення поверхневого шару сплаву дозволяє створити підвищену концентрацію вуглецеви х фаз на поверхні, які структурно зв'язані з аустенітною матрицею, що дозволяє забезпечити кращу стійкість контакту «вуглець-матриця» і призводить до підвищення розчинності вуглецю у g-твердому розчині при подальшій лазерній обробці в режимі оплавлення поверхні. Заявлений спосіб дозволяє покращити легування вуглецем сплавів на основі заліза та підвищити механічні властивості їх поверхні. На Фіг.1. зображено дифрактограми сталі 190Н10: а) у вихідному стані; б) після вибіркового травлення; в) після лазерної обробки в режимі оплавлення. На Фіг.2 зображено діаграми розчинності вуглецю в g-твердому розчині сталей 1) 190Н10 та 2) 170Н10: а) у вихідному стані; б) після лазерної обробки ; в) після вибіркового травлення і лазерної обробки в режимі оплавлення. Приклади конкретного виконання. Приклад 1. Використовували зразки сплавів на залізонікелевій основі - 190Н10 складу: 1,89ваг.% С, 9,9ваг.% Ni, решта - Fe, з аустенітною структурою при кімнатній температурі. Дослідження полікристалічних зразків сплаву проводили на дифрактометрі ДРОН-3М у Fe - Кa випромінюванні. Вони показали за оцінкою параметру ag, що у ви хідному стані концентрація вуглецю у g-твердому розчині 4 не перевищувала рівноважну (1.51ваг.%). А надлишок вуглецю, присутнього у сплаві, був зв'язаний у цементит (Fe3C) та глобулярний графіт (Фіг.1-а). Частину зразків обробляли безпосередньо імпульсним лазером, а іншу частину зразків попередньо протравлювали сумішшю концентрованих соляної та азотної кислот у співвідношенні 3:1 при кімнатній температурі протягом 3хв. для підвищення в поверхневому шарі вмісту вуглецевих фаз - цементиту (Fе3С) та графіту (Фіг.1-б) за рахунок витравлювання аустенітної матриці, а потім обробляли імпульсним лазером. Лазерну обробку зразків сплаву проводили на установці «Квант-18М» (імпульсний YAG лазер, l=1,06´106 м, t=8´10-3c, n=1Гц) у режимі оплавлення поверхні в середовищі аргону при мінімальному розфокусуванні променя з 10-20% перекриттям плям. Оцінка параметра решітки ag показала його збільшення на 0.0004нм у заявленому способі у порівнянні з лазерною обробкою без застосування попереднього травлення. Таке збільшення параметра відповідає підвищенню розчинності вуглецю в g-твердому розчині на 0.14ваг.% (Фіг.2-1-б, в), загальна розчинність вуглецю у g-твердому розчині цього сплаву складає 1.65ваг.%. Застосування цього способу дозволяє підвищити механічні властивості поверхні зразка, наприклад, мікротвердість поверхні обробленого сплаву підвищилась більш ніж на 50% (5000МПа до 8000МПа). Приклад 2. Зразки сплаву 170Н10 складу 1,72ваг.% С, 10.3ваг.% Ni решта Fe, які мали фази, аналогічні сплаву 190Н10, обробляли згідно з прикладом 1, але у вихідному стані величина параметру ag відповідала розчинності вуглецю в gтвердому розчині 1.37ваг.% (Фіг.2-2-а). Порівняння параметру ag для обох партій зразків показало, що після безпосередньої лазерної обробки він виріс до значення 0.3631нм, а після застосування способу, що заявляється, до 0.3636нм (Фіг 2-2-б,в). Розчинність вуглецю при цьому підвищилась на 0.16ваг.%. Заявленим способом легування залізонікелевих сплавів була досягнута максимальна розчинність вуглецю в g-твердому розчині для сплаву 170Н10 - 1.83ваг.%, що на 18% вище його межової концентрації. Таким чином, запропонований спосіб лазерного легування вуглецем сплавів на основі заліза дозволяє підвищити механічні властивості поверхні сплаву за рахунок поєднання вибіркового, щодо складових фаз, травлення, яке дозволяє забезпечити кращу стійкість контакту «вуглець-матриця», та лазерної обробки поверхні в режимі оплавлення. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 26467 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601