Повышение износостойкости инструментальных сталей при изготовлении авиационного крепежа с использованием лазерного термического упрочнения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Братухин Анатолий Владиславович

• Братухин Анатолий Владиславович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Братухин Анатолий Владиславович

Введение

Глава 1 Аналитический обзор литературных данных по проблемам стойкости холодновысадочного инструмента и применения лазерного упрочнения

1.1 Холодновысадочный инструмент для серийного производства крепежных изделий авиационной техники и факторы, влияющие на его стойкость

1.2 Методы упрочнения металлов и сплавов

1.3 Лазерная обработка

1.3.1 Основные характеристики лазерной обработки

1.3.2 Физико-химические процессы в материалах при воздействии мощного лазерного излучения

1.3.3 Лазерное поверхностное упрочнение

1.3.4 Современные тенденции развития техники и технологий для лазерной обработки

1.3.5 Применение лазерных технологий для обработки инструментальных сталей в науке и промышленности

Выводы по главе

Глава 2 Материалы, оборудование и методики проведения исследований

2.1 Материалы для исследования и их характеристики

2.2 Характеристики лабораторного и технологического оборудования, применяемого в работе

2.2.1 Описание лазерной установки «ЛАТУС -31»

2.2.2 Оборудование для исследования микроструктуры

2.2.3 Оборудование для измерения микротвердости

2.3 Методика приготовления микрошлифов

2.4 Методика определения износостойкости

2.5 Методы исследования фазового состава зоны лазерного воздействия

2.6 Программное обеспечение для математического моделирования процесса формообразования

2.7 Статистическая обработка результатов эксперимента

Выводы по главе

Глава 3 Исследование микроструктуры и напряженно-деформированного состояния инструментальных сталей для лазерной обработки

3.1 Виды выхода из строя крестообразных пуансонов при изготовлении авиационных крепежных изделий

3.2 Анализ микроструктуры исходного материала

3.3 Исследование напряженно-деформированного состояния инструментальных сталей

3.3.1 Оценка силового воздействия материала на пуансон в процессе выдавливания крестообразного шлица

3.3.2 Построение обобщенной кривой упрочнения

3.3.3 Определение напряженно-деформированного состояния материала заготовки методом математического моделирования

3.3.4 Определение величины и распределения напряжений в формообразующем профиле пуансона

Выводы по главе

Глава 4 Формирование микроструктуры и свойств инструментальных высоколегированных сталей при обработке лазером непрерывного излучения

4.1 Общие принципы и закономерности образования зон лазерного воздействия и их микроструктуры для высоколегированных инструментальных сталей Х12М, Р6М5, Р18, Р6М5К5

4.2 Влияние технологических параметров процесса лазерной обработки на глубину, механические свойства и микроструктуру упрочненного слоя

4.2.1 Влияние плотности мощности лазерного излучения

4.2.2 Влияние скорости перемещения лазерного луча и исходной микроструктуры на микротвердость и глубину упрочненного слоя

4.2.3 Влияние коэффициента перекрытия при лазерной обработке

4.3 Испытания износостойкости образцов инструментальных сталей Х12М, Р6М5, Р18, Р6М5К5, упрочненных лазером

4.4 Исследование структурно-фазового состава стали Р18 до и после лазерной закалки

Выводы по главе

Глава 5 Область применения разработанной технологии лазерного упрочнения

5.1 Разработка технологии лазерного упрочнения холодновысадочного инструмента для производства авиационных крепежных изделий

5.2 Производственные испытания разработанной технологии

5.3 Расчет технологической себестоимости лазерной закалки холодновысадочного инструмента

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости инструментальных сталей при изготовлении авиационного крепежа с использованием лазерного термического упрочнения»

Актуальность темы исследования

Важнейшим резервом для выполнения проводимых в нашей стране программ по импортозамещению и повышению конкурентоспособности производимой продукции является увеличение ресурса работы вспомогательного инструмента и технологической оснастки.

Этот вопрос также является актуальным и для производства авиационных крепежных деталей методом холодной высадки, где используется большая номенклатура технологического инструмента (матрицы, пуансоны, шпильки, втулки, ножи и т.п.). Потеря работоспособности инструмента в основном связана с износом рабочей поверхности технологической оснастки. В результате износа инструмента изготавливаемые крепежные детали перестают соответствовать требованиям конструкторско-технологической документации. Замена вышедшего из строя инструмента приводит к длительным переналадкам оборудования, что негативно сказывается на эффективности производственного процесса, а также на качестве изготавливаемых изделий.

Широко распространённые на текущий момент способы поверхностного упрочнения материалов (индукционная закалка, химико-термическая обработка, нанесение покрытий и др.) не дают возможность получить необходимый комплекс эксплуатационных характеристик, сочетающий высокие показатели твердости и вязкости.

Качественно новый уровень эксплуатационных характеристик достигается при использовании высококонцентрированных потоков энергии (плазмы, ионных пучков, электронного и лазерного лучей), обладающих рядом уникальных свойств и особенностей.

Благодаря высокоскоростному нагреву создается возможность получения мелкодисперсной структуры с большой плотностью дислокаций, более высоких значений твердости, прочности и вязкости по сравнению с другими видами упрочняющих обработок. Их всех современных способов упрочнения лазерная

закалка является более экономичной, стабильной и наиболее применимой для холодновысадочного инструмента, с учетом его специфики.

Несмотря на это, практическое применение лазерного упрочения на предприятиях нашей страны происходит достаточно медленно, так как существующих теоретических положений и прикладных знаний по лазерной обработке инструментальных сталей на текущий момент не достаточно, а оборудование для лазерной обработки является достаточно дорогостоящим.

Таким образом, актуальность данного исследования заключается в необходимости упорядочения и расширения научных знаний в области лазерного облучения, установления характера влияния параметров лазерной обработки на изменения микроструктуры и механических свойств, упрочненных лазером зон, что позволит разработать технологию лазерной закалки высоколегированных инструментальных сталей с целью повышения их износостойкости.

Внедрение эффективной технологии лазерного упрочнения инструментальных сталей, использующихся для изготовления технологической оснастки, позволит повысить производительность труда, качество выпускаемой продукции и экономическую составляющую производства авиационных крепежных изделий. Это особенно актуально в рамках программ по импортозамещению и выполнению задач, поставленных Государственной программой Российской Федерации "Развитие авиационной промышленности на 2013 - 2025 годы".

Степень разработанности. К основоположникам и исследователям, занимающихся расширением области применения лазерного упрочнения, относятся ведущие отечественные и зарубежные ученые: В.М. Андрияхин, Л.Ф. Головко, А.Г. Григорьянц, С.И. Губенко, В.С. Коваленко, Г.В. Меркулов, А.А. Соколов, А.П. Сафонов, Г.Н. Гаврилов, Ю.И. Матвеев, И.С. Белашова, У. Дьюли, А. Мэйтленд, М. Данн, Г. Хирд, Дж. Рэди и другие.

Уровень отечественных разработок в области лазерной техники и технологий позволяет России находиться в ряду ведущих мировых производителей в этом направлении. Однако, несмотря на определенные

успехи в данном направлении, на текущий момент предприятия нашей страны не имеет конкретные и обоснованные рекомендации и методики по обработке инструментальных сталей с целью повышения ресурса изделий. Отсутствуют систематизированные данные по лазерному упрочнению и изменению физико-механических свойств инструментальных сталей применительно к технологической оснастке для производства авиационного крепежа.

В связи с этим степень разработанности темы диссертации является недостаточной и есть необходимость в дальнейшем исследовании данного направления.

Объект исследования - высоколегированные инструментальные стали Р6М5, Р6М5К5, Р18, Х12М.

Предмет исследования - изменения микроструктуры и механических свойств инструментальных сталей в зависимости от энергетических параметров лазерного излучения.

Целью работы является повышение ресурса инструментальных сталей при изготовлении крепежных изделий для авиационной техники с использованием лазерного термического упрочнения. Для достижения обозначенной цели в диссертации необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести аналитический обзор литературных данных по проблемам стойкости холодновысадочного инструмента, условиям использования авиационной крепежной продукции, применения различных методов поверхностного упрочнения инструментальных сталей.

2. Провести обоснование выбора лазерной обработки для повышения ресурса инструментальных сталей, использующихся при производстве авиационного крепежа. Рассмотреть материалы, оборудование и методики для проведения необходимых исследований.

3. Провести комплекс исследований микроструктуры и напряженно-деформированного состояния инструментальных сталей, сформированного в процессе холодной высадки, для установления причины низкой стойкости

холодновысадочного инструмента на технологических операциях изготовления авиационных крепежных изделий.

4. Установить закономерности формирования микроструктуры и свойств быстрорежущих и штамповых сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18, Х12М при воздействии на них лазерного излучения.

5. На основе установленных закономерностей разработать технологию лазерного упрочнения исследуемых сталей с проведением испытаний упрочненного холодновысадочного инструмента в условиях действующего производства авиационного крепежа.

Научная новизна диссертации:

1. Установлены причины низкой стойкости холодновысадочного инструмента при изготовлении крепежных авиационных изделий, заключающиеся в изменении соотношения нормальных и касательных напряжений по контактной поверхности в пользу последних, а также наличием в их микроструктуре допустимой нормативно-технической документацией карбидной ликвации.

2. Уточнены механизмы формирования микроструктуры и механических свойств в зависимости от режимов лазерного излучения применительно к исследуемым высоколегированным инструментальным сталям Р6М5, Р6М5К5, Р18, Х12М, работающих в условиях малоцикловой усталости, при изготовлении особо ответственных изделий авиационной техники из конструкционных сталей и титановых сплавов.

3. Установлено влияние исходных микроструктур (феррита, цементита и мартенсита отпуска) исследуемых сталей на глубину и состав зоны лазерного воздействия.

4. Определены закономерности формирования микроструктуры при различных схемах наложения лазерных дорожек для исключения процесса распада мартенсита (на троостит или сорбит) и коагуляции карбидов применительно к крупногабаритному инструменту для накатывания резьбы.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- определено, что для обеспечения полной гомогенизации аустенита при закалке и минимизации процесса растворения карбидов обработку лазерным излучением для быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18 следует проводить с минимальным оплавлением поверхности при плотности мощности излучения q=1,1-1,3*104 Вт/см2, в случае обработки штамповой стали Х12М закалка должна происходить из твердого раствора без оплавления при плотности мощности излучения q=0,9*104 Вт/см2;

- определены режимы лазерной закалки исследуемых сталей, позволяющие повысить их износостойкость от 1,1 до 1,58 в зависимости от режимов лазерного упрочнения и исходной микроструктуры, по сравнению с образцами прошедших обычную упрочняющую термообработку;

- испытания обработанного инструмента по разработанной технологии лазерной закалки в условиях действующего производства ПАО «Нормаль» показали увеличение его стойкости до 1,5 раз.

Методология и методы исследования. При решении задач, решаемых в данной диссертации, были использованы следующие методы: электронная микроскопия и металлография для выявления микроструктуры,

рентгеноструктурный анализ для проведения количественного анализа структурных составляющих, методы математической статистики при обработке полученных результатов, механические испытания для построения кривых упрочнения, методы математического моделирования при исследовании напряженного-деформированного состояния материалов.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты исследования напряженного состояния и исходной микроструктуры инструментальных сталей для оценки характера их влияния на стойкость холодновысадочного инструмента;

- результаты исследования закономерностей формирования микроструктуры упрочненных лазером зон исследуемых сталей в зависимости от

энергетических параметров лазерного излучения и коэффициентов перекрытия лазерных дорожек;

- результаты экспериментальных данных по исследованию износостойкости сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18, Х12М с исходными микроструктурами феррита, цементита и мартенсита отпуска и установленными режимами лазерного упрочнения;

- результаты производственных испытаний холодновысадочного инструмента, подвергнутого лазерной закалке по разработанной автором технологии.

Область исследований соответствует требованиям паспорта научной специальности 05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов» по: №2 - Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях.

№6 - Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов объемной и поверхностной термической, химико-термической, термомеханической и других видов обработок, связанных с термическим воздействием, а также специализированного оборудования.

Личный вклад автора состоит в аналитическом обзоре литературных данных, проведении различного рода исследований по металлографии, участия в механических испытаниях, экспериментальных работах по упрочнению инструментальных сталей лазерными лучами, обработке и анализе результатов экспериментов, а также разработке технологии лазерного упрочнения и ее производственном опробовании.

Существенным отличием данной работы от предшествующих, является проведение исследований по изучению причин низкой стойкости холодновысадочного инструмента, работающего в условиях износа и малоцикловой усталости при изготовлении высокоточного авиационного крепежа из конструкционных сталей и титановых сплавов, а также определению режимов лазерного упрочнения, обеспечивающих максимальную микротвердость при

наибольшей глубины упроченного слоя, с учетом специфики работы данного инструмента и его малых габаритных размеров относительно мощности подводимого теплового воздействия.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается точностью определения решаемых задач, их научной аргументированностью, большим количеством исследовательских работ, а также положительными результатами испытаний упрочненного инструмента в условиях действующего производства.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: II-ая, IV-ая Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве» г. Чебоксары, 2016 г., 2018 г.; Всероссийская молодежная научная конференция «Наукоемкие проекты и технологии в машино- и приборостроении, медицине» г. Саратов, 2018 г.; IX-ая Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы-2018», г. Казань, 2018 г., Научно-практический семинар «Инновационные инженерные решения в литейно-металлургическом производстве» г. Н. Новгород, 2019 г, а также на заседаниях кафедры «Материаловедение, технологии материалов и термическая обработка металлов» ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 работа из которых в журнале, проиндексированном в наукометрической базе SCOPUS, издана 1 монография, получен 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы из 116 наименований и 6 приложений. Основной объем диссертации составляет 132 страницы, включая 16 таблиц и 52 рисунка.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ПРОБЛЕМАМ СТОЙКОСТИ ХОЛОДНОВЫСАДОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ

1.1 Холодновысадочный инструмент для серийного производства крепежных изделий авиационной техники и факторы, влияющие на его стойкость

В авиационной технике XXI века, несмотря на постоянно увеличивающийся объем интегральных конструкций из полимерных композиционных материалов, сварных конструкций, основным видом соединений остаются соединения на основе крепежных изделий.

Количество крепежных элементов, устанавливаемых в процессе сборки планера современного пассажирского самолета, достигает 1,5 млн. штук. Тенденция мирового развития и гражданского и военного авиастроения подтверждает сохранение соединений узлов, панелей, агрегатов летательных аппаратов, в том числе конструкций из полимерных конструкционных материалов, на основе крепежных соединений в объеме до 80%.

В АО «Нормаль» (г. Нижний Новгород) разработаны и серийно выпускаются крепежные системы для гражданской, военной, военно-транспортной авиации (рисунок 1.1) [98]

Рисунок 1.1. Крепежная продукция для авиационной техники

Большая номенклатура крепежных систем включает:

- термоупрочняемые и деформационно-упрочняемые стержневые детали и гайки;

- стержни и кольца болт-заклепок из титановых и алюминиевых сплавов, углеродистых и коррозионностойких сталей;

- различные виды заклепок из титановых и алюминиевых сплавов, углеродистых и коррозионностойких сталей, в том числе и для композиционных материалов;

- крепежные изделия типа Hi-Lock (применение тарированной затяжки).

Применяемые материалы: деформационно-упрочняемый (а+в) титановый сплав ВТ-16, титановые сплавы ВТ1-00 и 0Т4-0, стали мартенситного класса 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961), стали аустенитного класса с интерметаллидным упрочнением - хромоникелевая сталь 10Х11Н23Т3МР (ЭИ696М), хромоникелевые стали аустенитного класса 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т; мартенситностареющая сталь 03Х11Н10М2Т (ВНС-17), стали 14Х17Н2, 30ХГСА, 16ХСН, алюминиевые сплавы В65, В95ПС, Д16Т, Д18 и другие материалы [83].

В условиях крупносерийного и массового производства изготовление крепежных деталей производят на специальных холодновысадочных пресс-автоматах методами холодной высадки (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Холодновысадочные пресс-автоматы При изготовлении изделий методом холодной высадки используется большая номенклатура штампового инструмента (матрицы, пуансоны, втулки, ножи и т.п.) (рисунок 1.3). С учетом использования при изготовлении крепежной продукции высокопроизводительного оборудования, высоких требований к точности

изготавливаемых изделий, а также использование высокопрочных металлов и сплавов, применяемый холодновысадочный инструмент должен обладать повышенной износостойкостью, по сравнению, например с инструментальной оснасткой для общего машиностроения.

Рисунок 1.3 - Комплект инструмента для холодной высадки

Известно [95], что инструмент в процессе работы испытывает большое количество различных по своей природе механических нагрузок. Он работает на износ, сжатие, а при сложных схемах переходов по позициям формирования изделия инструмент работает в том числе и на разрыв. Таким образом, при выборе материала для холодновысадочного инструмента необходимо учитывать необходимость наличия высокой вязкости у материала в сочетании с высокими показателями твердости, прочности и износостойкости.

Автор в работе [69] считает, что на стойкость инструментов для холодновысадочных автоматов имеют влияние три основных фактора, которые приводят к выходу инструмента из строя:

1) затупление режущих кромок, это относится к отрезным и обрезным матрицам, втулкам и ножам;

2) трение, вызывающее износ каналов и рабочих поверхностей высадочных матриц, пуансонов и другого вида инструмента;

3) усталость металла инструментов в результате постоянных динамических знакопеременных нагрузок, которые приводят к появлению в областях скольжения микроскопических трещин, вокруг которых происходит концентрация внутренних напряжений. Эти трещины растут, что в итоге после большого знакопеременого числа нагрузок приводит инструмент к разрушению.

В результате износа инструмента изготавливаемые крепежные детали перестают соответствовать требованиям конструкторско-технологической документации. Замена вышедшего из строя инструмента приводит к длительным переналадкам оборудования, что негативно сказывается на эффективности производственного процесса, а также на качестве изготавливаемых изделий.

Еще одним фактором, влияющим на стойкость, является состояние используемого оборудования и так называемая наладка инструмента, то есть правильный монтаж инструмента на посадочные места для получения необходимой геометрии изделий.

Также имеет значение состояние поверхностного слоя обрабатываемого материала для холодной высадки. Трение между материалом и инструментом в сильной мере способствует износу инструмента. Поэтому материал, используемый для холодной высадки, должен быть без ржавчины и окисного слоя, так как это может повредить матрицы и прочие детали инструмента. Также на материалы наносят технологическое покрытие, обеспечивающие, наряду с облегчением процесса деформирования. Для удлинения срока службы инструмента при холодной высадке наносят масляную пленку на материал. Иногда к матрице подводят масло в непрерывном режиме, при этом важно, чтобы между деталью и инструментом не образовалось масленой плотной пленки, так как иначе металл не полностью зайдет в кромки матрицы. Для сложных деталей также используют смазку керосином [48].

По мнению автора [55] также необходимо учитывать при холодной штамповке и влияние обезуглероживания слоя, так как при высадке прутков или проволоки с большим обезуглероженным слоем стойкость матриц может снизиться в 1,5 раза и больше. Высокая прочность проволоки, вызванная

наклепом при волочении и калибровке, не всегда сказывается отрицательно на стойкости матрицы; более того, иногда наблюдается повышенная стойкость. Однако это относится только к высадочным матрицам, а, например, стойкость крестообразных пуансонов при использовании сильно нагартованной проволоки может упасть до 50 %.

Наконец, причинами неудовлетворительной стойкости инструмента могут быть геометрические отклонения при изготовлении самого инструмента, в неправильной выборе стали, в ошибках при его термообработке. Ошибки в проектировании инструмента также играют отрицательную роль, например, слишком резкие переходы сечений или неправильная обработка может вызвать трещины при шлифовании.

Ошибки при термообработке инструмента, такие как перегрев, слишком резкое охлаждение, недостаточное время прогрева, могут привести к термическим трещинам или несоответствующей требованиям чертежа микроструктуре и твердости.

В работе [97] анализируется влияние стойкость различных деталей инструмента, работающего на одном и том же оборудовании. Обычно процесс изготовления крепежных деталей при холодной высадке происходит за 4-5 технологических перехода. Инструмент, использующийся при этом, подвергается различным нагрузкам (в зависимости от формообразования на конкретном переходе) и имеет различную форму. Меньшим нагрузкам подвергается, как правило, инструмент на начальных переходах: это отрезные втулки, ножи, матрицы, черновые пуансоны. На последующих переходах, где происходит непосредственно само формообразование детали, стойкость инструмента значительно ниже. Наиболее проблемными в этом плане являются просечные и крестообразные пуансоны.

Таким образом, очевидно, что износостойкость холодновысадочной оснастки является многофакторным процессом, зависящим, как от выбора самого материала инструмента, так и от его проектирования и изготовления с учетом особенностей технологии производства высокоточного авиационного крепежа.

1.2 Методы упрочнения металлов и сплавов

Существующие методы упрочнения металлов и сплавов можно классифицировать на шесть групп:

1. насыщение поверхностных слоев материала другими химическими элементами (азотирование, нитроцементация, цементация, и др.);

2. получение пленки на поверхности материала (химические и гальванические виды покрытий, напыление электродуговыми, лазерными методами, напыление плазмой материалов, полученных методами порошковой металлургии и др.)

3. обработка с целью изменения микроструктуры поверхностного слоя (электроэрозионная обработка, закалка лучами лазера или плазмы и др.);

4. обработка с целью изменения микроструктуры по всему сечению материала (объемная термическая обработка, обработка холодом и др.);

5. модификация энергетического запаса поверхностных слоев (обработка в магнитных полях);

6. получение на поверхности различных классов шероховатости (шлифование, хонингование и др.);

Выбор того или иного метода зависит в первую очередь от условий эксплуатации изделия, а также от возможности применения данных методов, исходя из номенклатуры применяемых материалов, подлежащих упрочнению.

В каждом случае для принятия окончательного решения об использовании того или иного метода упрочнения необходимо учитывать специфику, включающую все факторы [5].

Например, холодновысадочный инструмент работает в условиях, сочетающих одновременно действие контактных, динамических, а также термических нагрузок. Поэтому, как уже упоминалось ранее, инструментальная оснастка для производства крепежа должна обладать комплексом эксплуатационных свойств, включающего в себя высокие показатели износостойкости, твердости, вязкости и прочности.

В настоящее время основным видом повышения работоспособности инструмента является стандартная объемная термическая обработка, включающая в себя закалку, отпуск и, при необходимости, обработку холодом для удаления большого количества остаточного аустенита. Происходит изменение микроструктуры и твердости по всему сечению детали, при этом достигаются стандартные свойства для эксплуатации инструментальных сталей.

Так, в частности, для упрочнения инструментальной оснастки стала применяться термическая обработка в вакууме. Такая обработка материалов в вакуумных печах с охлаждением в потоке аргона или азота, по сравнению с нагревом в расплавах солей, имеет определенные преимущества: сведен к минимуму вред окружающей среде и рабочему персоналу, повышение стабильности получаемых свойств после термообработки из-за более равномерного прогрева деталей по всему сечению и возможности программируемого медленного охлаждения в интервале мартенситного превращения, отсутствие закалочных трещин, а также большую вариативность в использовании термического оборудования.

Для повышения эксплуатационных свойств инструментальных сталей также используют методы упрочнения поверхностного слоя - химико-термическая обработка, закалка ТВЧ, а также нанесение различного вида покрытий и др.

Основным преимуществом таких методов по сравнению с объемной термической обработкой является возможность получения высокой твердости заданной толщины только на поверхности изделия, сердцевина изделия в то же самое время останется на прежнем уровне твердости. Это дает возможность получения инструментального материала с вязкой сердцевиной, что

сказывается положительным образом на эксплуатационный комплекс свойств инструментальной оснастки.

В начале 1980-х годов стали применяться и сразу же продемонстрировали свою эффективность износостойкие покрытия для широкой номенклатуры инструмента из нитрида титана ТК Следующим этапом развития было создание двухслойных покрытий, которые состояли из слоя карбида ТЮ или карбонитрида

титана ТЮК, а сверху наносился тонкий слой оксида алюминия АЬОз. Также получили практическое применение и разработанные многослойные покрытия, состоящие из различных соединений титана: ТШ, ТЮ, ТЮК.

Преимуществами многослойных твердых покрытий на основе соединений титана являются высокая ударная прочность, хорошая адгезия с основой, относительно низкие внутренние напряжения, а также отсутствие напряжений на границе «покрытие-основа», что позволяет повысить трещиностойкость.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Братухин Анатолий Владиславович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забелин, А.М. Лазерные технологии машиностроения: Учебное пособие /

A.М. Забелин, А.М. Оришин, А.М. Чирков - Новосибирск: Изд-во Новосибирский гос. тех. ун-т, 2004. - 142 с.

2. Гольдштейн, М. И. Специальные стали: учеб. для вузов/ М. И. Гольдштейн, С.В. Грачев - М.: Металлург, 1985. - 408 с.

3. Дубняков, В.Н. Роль мартенситного превращения в упрочнении стали при лазерной обработке и последующей деформации/ В.Н. Дубняков, А.И. Ковалев, О.Л. Кашук // МиТОМ. - 1988. - №9. - С. 54-57.

4. Головин, Г.Ф. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы

металловедения и технологии. - 3-е изд., перераб. и доп / Г.Ф. Головин, М.М. Замятнин - Л.: Машиностроение, 1990. - 239 с.

5. Андрияхин, В.М. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических СО2-лазеров непрерывного действия /

B.М. Андрияхин, В.С. Майоров, Якунин В.П // Поверхность: Физика, химия, механика. - 1983. - №6. -С. 140-147.

6. Колесов, Н.С. Материаловедение технология конструкционных материалов:

учеб. для вузов/ Н.С. Колесов, И.С. Колесов - 2-е изд, перераб. - М.: Высш. Шк., 2007. - 535с.

7. Бунатян, Г.Б. Холодное выдавливание деталей формирующей технологической оснастки/ Г.Б. Бунатян, В.А. Скуднов, А.И. Хыбемяги -М.: Машиностроение, 1998. - 182 с.

8. Ильичев, Л.Л. Использование технологий нанесения ионно-плазменных покрытий для повышения износостойкости и коррозионной стойкости режущего, штампового инструмента и деталей машин / Л.Л. Ильичев, В.Г. Клевцов, В.И. Рудаков, Ш.Г. Насыров, Н.А. Клевцова// Фундаментальные исследования. - 2005. - № 4 - С. 71-72.

9. Григорьянц, Д.Г. Оборудование и технология лазерной обработки материалов / Д.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов. - М.: Высшая шк., 1990, -159 с.

10. Малькова, Н.Ю. Недостатки процессов и перспективные способы химико-термической обработки /Н.Ю. Малькова// Успехи современного естествознания. - 2007. - № 12-1 - С. 124-124

11. Соболь Э.Н. Физико-математический анализ нагрева и модификации поверхности при лазерной обработке материалов: Обзор / Э.Н. Соболь,

A.Л. Глытенко, Б.Я. Любов // Инженерно-физический журнал. - 1990. -Т.58, №3. - С. 357-374.

12. Металловедение. Термическая и химико-термическая обработка сплавов: Сборник научных трудов /Под редакц. В.Н. Арзамасова - М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003. - 248 с.

13. Шмитт-Томас, К. Г. Металловедение для машиностроения: справочник / К. Г Шмитт-Томас, пер. с нем. под ред. Скуднова В.А. - М.: Металлургия, 1995.- 512 с.

14. Банных, О.А. Машиностроение: энциклопедия Т.2. Стали, чугуны / О.А. Банных. М.: Машиностроение, 2000. - 780 с.

15. Полевой, С. Н. Упрочнение машиностроительных материалов: справочник / С. Н. Полевой, В. Д. Евдокимов. М.: Машиностроение, 1994. - 496 с.

16. Галкин, В.В. К вопросу низкой стойкости пуансонов при выдавливании крестообразного шлица в винтах с потайной головкой из стали 14Х17Н2 /

B.В. Галкин, А.А.Дербенев, А.В. Братухин, Г.Н. Гаврилов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2017. - №4. - С. 6-12.

17. Коваленко, В. С. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / В. С. Коваленко, А. Д. Верхотуров, Л. Ф. Головко, И. А. Подчерняева. -М.: Наука, 1986. - 275 с.

18. Коваленко, В.С. Упрочнение деталей лучом лазера / В.С. Коваленко В.С, Л.Ф. Головко, Г.В. Меркулов, А.И. Стрижак - Киев : Техника, 1981. - 131 с.

19. Кремнев, Л.С Упрочнение рабочих поверхностей плоскопараллельных концевых мер длины лазерным излучением / Л. С. Кремнев, О. Е. Владимирова, Т. Г. Сагадеева // ФиХОМ, 1985. -№3.- С. 13-16.

20. Миркин, Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера / Л.И. Миркин - М.: Изд - во МГУ им М.В. Ломоносова, 1975. - 383 с.

21. Веденов, А.А. Физические процессы при лазерной обработке материалов /

A.А. Веденов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 208 с.

22. Абильсинтов, Г.А. Технологические лазеры. Т.1/ Г.А. Абильсинтов, В.С Голубев.- М.: Машиностроение, 1991. - 432 с.

23. Гуреев, Г.Д. Влияние лазерной и лазерно-ультразвуковой обработок на изменение износостойкости поверхностей трения стали / Г.Д. Гуреев, Д.М. Греев // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. Науки. - 2007. -№2. -С. 138-144.

24. Бураков, В.А. Особенности структур, сформированных при лазерной закалке инструментальных сталей из жидкого состояния / В.А. Бураков, Н.Н Буракова // Изв. вузов. Черная металлургия - 1989. - №2. - С. 92-96.

25. Сорокин В. Г. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин. М.: Машиностроение, 2001. - 608с.

26. Малахов, А.И. Основы металловедения и теории коррозии: учеб. для машиностроительных техникумов / А.И. Малахов, А.П. Жуков. - М.: Высш. Школа, 1978. - 192 с.

27. Дубровская, Е.А. Выбор параметров лазерного нагрева углеродистых сталей для получения заданной глубины закалки / Е.А. Дубровская, Ч.В. Конецкий, B.C. Крапошин, И.В. Родин //МиТОМ. - 1986. - №9. - С. 32-35.

28. Коваленко, В.С. Обработка материалов импульсным излучением лазеров /

B.С. Коваленко. - Киев: Высшая школа, 1974. - 144 с.

29. Рыжов, С.Б. Стали и сплавы энергетического оборудования: справочник /

C.Б. Рыжов, А.С. Зубченко, Ю.В. Каширский; под ред. С.Б. Рыжова. - М.: Машиностроение, 2008. - 958 с.

30. Барабонова, И.А. Повышение работоспособности быстрорежущей стали методами лазерной и криогенной обработки: дис. кандидата техн. наук / И.А. Барабонова - Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2014 - 148 с.

31. Артингер, И.И. Инструментальные стали и их термическая обработка. Пер. с венг./И.И.Артингер - М.: Металлургия, 1992 - 312 с.

32. Полянсков, Ю.В. Технологические методы повышения износостойкости режущего инструмента и деталей машин: Учебное пособие/Ю.В. Полянсков, В.П.Табаков, А.П.Тамаров. -Ул.: Изд-во УлГУ, 1999 - 69 с.

33. Казаков,Н.Ф. Технология металлов и других конструкционных материалов/ Н.Ф.Казаков, А.М. Осокин, А.П. Шишкова. -М.: Металлургия, 1976 - 687 с.

34. Тофпенец, Р.Л. Оптимизация режимов термоциклической обработки быстрорежущих сталей / Р.Л. Тофпенец, С.Е. Бельский, И.И. Шиманский // Пути повышения эффективности использования материалов: Тез. докл. НТК.- Минск, 1983.- С. 35 - 37.

35. Галкин, В.В. Структурно-деформационная оценка упрочнения металла в многооперационных процессах холодного деформирования / В.В.Галкин// Упрочняющие технологии и покрытия, 2014. - № 7. - С.27-29.

36. Воробьев, И.А. Нержавеющие коррозионностойкие жаростойкие и жаропрочные стали для изготовления крепежных изделий / И.А. Воробьев, В.А. Володин, А.И. Лашин, Е.Ф. Кантинов - Н. Новгород: Изд-во Нижегородский гуманитарный центр, 2005. - 317 с.

37. Колачев, Б.А. Титановые сплавы в контракциях и производстве авиадвигателей и авиационно-космической технике / Б.А. Колачев, Ю.С. Елисеев, А.Г. Братухин, В.Д. Талалаев - Москва: Изд-во МАИ, 2001. - 411 с.

38. Федосов, С. А. Влияние лазерной обработки на содержание остаточного аустенита в углеродистых и хромистых сталях/ С.А. Федосов // ФиХОМ, 1990. -№5.- С.18-22.

39. Леушин, И.О. «Моделирование процессов и объектов в металлургии. Учебник / И.О. Леушин - Москва: Изд-во Форум, 2017. - 208 с.

40. Крапошин, B.C. Фазовый состав железоуглеродистых сплавов после закалки из жидкого состояния / Крапошин B.C., Шахлевич К.В // Изв. АН СССР Металлы - 1989. - № 5 - С . 107-112.

41. Околович, Г.А. Штамповые стали для холодного деформирования металлов. Монография. — 2-е изд., перераб. и доп. / Г.А. Околович — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. — 202 с.

42. Гаврилов, Г.Н. «Научные основы разработки и внедрения высокоэнергетических лазерных технологий для обработки металлических материалов в машиностроении». / Г.Н. Гаврилов, С.В. Костромин С.В., А.В Братухин, Д.О. Федотов // Сб. тр. II Международной науч.-практ. конф.-Чебоксары: Изд-во Чувашский ГУ, 2016. - С. 229-233.

43. Миркин, К.Н. Физические основы обработки материалов лучами лазеров / К.Н. Миркин -М.: Издательство МГУ, 1975. -135с.

44. Навроцкий, Г. А. Холодновысадочные автоматы / Г.А. Навроцкий -М.: Машгиз, 1965 - 267с.

45. Kusinski J. Modification of the steel surface layer for its better wear resistance by means of laser melting and alloying / J. Kusinski, A. Woldan // SPIE Digital Library.

46. Международная энциклопедия CASL. Авиационно-космическое машиностроение/ Гл. редактор А.Г. Братухин. -М.: ОАО «НИЦ АСК», 2015. - 608 с.

47. Борейшо,А.С. Лазеры: устройство и действие: Учебное пособие/А.С. Борейшо.- Санкт-Пет.: Мех.инс-т. СПб ,1992 - 215 с.

48. Гладких, А.Н. Автоматизация холодновысадочного производства/ А.Н. Гладких.- М.:МАШГИЗ, 1963 -175 с.

49. Семенов, Е.И. Ковка и штамповка. Учебник для вузов/ Е.И.Семенов- М.: Высшая школа, 1972 - 352 с.

50. Криштал, М.А. Структура и свойства сплавов обработанных излучением лазера / М.А. Криштал, А.А. Жуков, А.Н. Кокора -М.: Металлургия, 1973. - 234 с.

51. Великих, В.С. Влияние лазерной закалки на механические свойства стали / В.С Великих, В.К. Гончаренко, А.В. Романенко - М.: Металлургия. 1986. - 215с.

52. Семенцев А.М. Повышение эффективности лазерной обработки деталей из железоуглеродистых сплавов, основанное на установленном механизме массопереноса легирующих элементов в зоне лазерного воздействия: дис. кандидата техн. наук / А.М. Семенцев- Брянск: Изд-во БГТУ, 2008. - 235 с.

53. Харитонов, Л.Г. Определение микротвердости / Л. Г. Харитонов. - М.: Металлургия, 1967. - 44 с.

54. Крылов, К.И. Основы лазерной техники: Учеб.пособие для студентов приборостроительных спец.вузов/ К.И.Крылов, В.Т.Прокопенко,В.А.Тарлыков.-:Машиностроение.Ленин.отделение, 1990.- 316 с.

55. Биллигман, И. Высадка и другие методы объемной штамповки: Справочное рук-во/И.Биллигман; под редакцией В.Т.Мещерин; пер.с нем.Е.Н.Ланского.- М:ГНТИ, 1960.- 462 с.

56. Матвеев, Ю. А. Лазерные технологии в судовом машиностроении: Монография / Ю. А. Матвеев.- Н. Новгород: Изд-во ГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - 96 с.

57. Федюкин, В.К. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин В.К. Федюкин, М.Е. Смагоринский- Л.: Машиностроение, 1989. - 255 с.

58. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1991.544 с.

59. Скуднов, В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении: учеб. пособие / В.А. Скуднов; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Н. Новгород, 2011. - 198 с.

60. Ким, Е.И. Теоретическое исследование кинетики аустенитизации в сталях при нагреве непрерывным лазерным излучением / Е.И. Ким, А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов и др. // Инженерно-физический журнал. - 1987, Т.52, №3. - С. 444-492.

61. Чудина, О.В. Механизмы упрочнения железа при лазерном легировании и азотировании / О.В. Чудина, Л.Г. Петрова // Металловедение и термическая обработка металлов - 2002. - № 4. - С. 21-26.

62. Бробер, А.В. Особенности структурообразования в зонах лазерного оплавления металлов и сплавов / А.В. Бробер, Л.Д. Дьяченко // Металловедение и термическая обработка металлов - 2009. - №6. С. 29-33.

63. Гуляев А.П. Металловедение.Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986, 544 с.

64. Смирнов-Аляев, Г. А. Сопротивление металлов пластическому деформированию / Г.А. Смирнов-Аляев -Л.: Машиностроение, 1978. - 386 с.

65. CALS в авиастроении / Науч. ред. А.Г. Братухин. - М.: Изд-во МАИ, 2002. - 676 с.

66. Реди, Дж. Промышленное применение лазеров/Дж.Реди.-М.:Мир,1981 -640 с.

67. Галкин, В.В. К вопросу построения экспериментальных зависимостей интенсивности напряжений металла от степени деформации / Галкин В.В., Кудрявцев С.А., Терещенко Е.Г., Дербенев А.А. // Заготовительные производства в машиностроении 2013.- № 11. - С.23-27.

68. Семенов, Е.И. Ковка и штамповка. Справочник в 4 томах. Том 3: Холодная объемная штамповка/ Е.И. Семенов и др.-М.: Машиностроение, 1987.- 384 с.

69. Петриков, В.Г. Прогрессивные крепежные изделия / В.Г. Петриков, А.П. Власов - М.: Машиностроение, 1991. - 256 с.

70. Григорьянц, А.Г. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под редакцией А.Г. Григорьянца. - 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 664 с.

71. Гаврилов, Г.Н. Значимость лазерного упрочнения конструкционных и инструментальных сталей при создании высокоэффективных изделий машиностроения / Г. Н. Гаврилов, А.В. Братухин // Наука и технологии в промышленности. - 2012.- №4. - С. 48-52

72. Кикин, П.Ю. Основы лазерной обработки металлов: учеб. Пособие / П.Ю. Кикин, В.Н. Перевезенцев, А.И. Пчелинцев [и др.]. - Н. Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2003. - 67 с.

73. Сафонов, А.Н., Лазерные методы термической обработки в машиностроении / А.Н. Сафонов, А.Г. Григорьянц - М.: Машиностроение, 1986. - 64 с.

74. Бробер, А.В. Особенности структурообразования в зонах лазерного оплавления металлов и сплавов / А.В. Бробер, Л.Д. Дьяченко // Металловедение и термическая обработка металлов, 2009. - №6. С. 29-33.

75. Головин, Г.Ф., Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева / Г.Ф. Головин, Н.В. Зимин - Л.: Машиностроение, 1990. -87 с.

76. Тихонов, А.С. Термоциклическая обработка сталей, сплавов и композиционных материалов/ А.С. Тихонов, И.Г. Леушин и др. - М.: Наука, 1984. - 186 с.

77. Приготовление микрошлифов и выявление микроструктуры металлических материалов: методические указания к лабораторным работам; сост. В.А. Братухин, Г.Н. Гаврилов, Т.А. Воскресенская - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 2006. - 20 с.

78. Делоне, Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом: Курс лекций: учеб. руководство / Н.Б. Делоне - М:Наука,1989.-280 с.

79. Гладуш, Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов/Г.Г. Гладуш.-М.: Машиностроение, 1999. - 208с.

80. Ящерицин, П.И. Основы резания материалов и режущий инструмент/ П.И.Ящерицин,М.Л. Еременко, Н.И.Жигалко- Минск: Изд-во Вышэйшая школа,1995. -528 с.

81. Белашова И.С. Поверхностное упрочнение инструментальных сталей : дис. доктора техн. наук / И.С. Белашова - Москва: Изд-во МАДИ, 2005 - 374 с.

82. Галкин, В.В. К вопросу построения экспериментальных зависимостей интенсивности напряжений металла от степени деформации / Галкин В.В., Кудрявцев С.А., Терещенко Е.Г., Дербенев А.А. // Заготовительные производства в машиностроении - 2013.- №11. - С. 23-27

83. Братухин В.А. Крепежные системы при создании авиакосмической техники / В.А Братухин, А.В. Братухин// Авиационная промышленность -2012.- №1. - С. 33-36

84. Чукулин, Б.Б. Титановые сплавы в машиностроении / Б.Б. Чукулин, С.С. Ушков, И.Н. Разуваева, В.Н. Гольдфайн - Л.: Машиностроение, 1977. - 248 с.

85. Гаврилов, Г.Н. «Научные основы разработки и внедрения высокоэнергетических лазерных технологий для обработки металлических материалов в машиностроении». / Г.Н. Гаврилов, С.В. Костромин С.В., А.В Братухин, Д.О. Федотов // Сб. тр. II Международной науч.-практ. конф.-Чебоксары: Изд-во Чувашский ГУ, 2016. - С. 229-233.

86. Балабуев, П.В. Титановые сплавы в изделиях АНТК им. О.К. Антонова / П.В. Балабуев // Титан - 1998.- №1. - С. 45-51

87. Арутюнян, Р.В. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов, Д.Д. Малюта, А.Ю. Себрант - М.: Наука, 1989.- 367 с.

88. Апдрияхин, В.М. Экспериментальная проверка расчетов термоупрочнения железоуглеродистых сплавов с помощью СО2-лазера непрерывного

действия /В.М. Апдрияхин, B.C. Майоров, Н.Т. Чеканова, В.П. Якунин // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1983. - №9. - С. 145-150.

89. Яресько С.И. Повышение работоспособности металлорежущего инструмента на основе совершенствования технологических процессов лазерного импульсного упрочнения: дис. доктора техн. наук / С.И. Яресько - Волгоград: Изд-во ВГТУ, 2010. - 421 с.

90. Колосова, Т. М. Статистическая обработка результатов эксперимента. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Моделирование и оптимизация свойств материалов и технологических процессов» для студентов направлений 551600 дневной формы обучения / Т.М. Колосова, В.Н. Сорокин, Т.Н. Кузнецова. — Н. Новгород : Изд-во НГТУ, 1996. - 11 с.

91. Арутюнян, Р.В. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов, Д.Д. Малюта, А.Ю. Себрант - М.: Наука, 1989.- 367 с.

92. Ворошнин, Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки / Л.Г. Ворошнин, О.Л. Менделеева, В.А. Сметкин - М.: «Новое знание», 2010. -305 с.

93. Григорьянц, А.Г. Сила инноваций: старые традиции в новых условиях / А.Г. Григорьянц, И. Шиганов, Р. Третьяков //Фотоника. -2015. -№3. -С. 2835.

94. Федоров Ф.Б. Лазеры. Основы устройства и применение/ Ф.Б. Федоров-М: ДОСААФ,1988 -190 с.

95. Губкин, С.И. Теория обработки металлов давлением / С.И. Губкин -М.: Металлургиздат, 1957 -307с.

96. Звелто, О. Принципы лазеров. Пер.с англ.-3-е перераб. и доп. изд./О. Звелто -М.:Мир,1990. -560 с.

97. Кроха, В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. Справочник /А.В. Кроха -М.: Машиностроение, 1980. - 157 с.

98. Братухин, А.В. Лазерное упрочнение технологической оснастки для холодной высадки крепежных изделий авиакосмической техники /А.В. Братухин// Технология машиностроения, -2015. -№2. -С. 35-40.

99. Сторожев М.В. Сопротивление материалов // М.В. Сторожев, Е.А. Попов -М.: Машиностроение, 1971.- 424 с.

100. Кшау, М. Поверхностная закалка деталей машин и расчет остаточных напряжений: создание модели и моделирование процесса / М. Кшау, Д. Дюран // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. -№ 4.

- С. 18-23.

101. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах.

- М.: Металлургия, 1982. - 128 с.

102. Братухин, А.Г. Технологическое обеспечение высокого качества, надежности, ресурса авиационной техники. В 2-х. Т.1 / А.Г. Братухин. -М.: Машиностроение, 1996. - 524 с.

103. Леонтьев, H.A. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П.А. Леонтьев, М.Г. Хан, Н.Т. Чеканова. - М.: Металлургия, 1986. -142 с.

104. Веденов A.A. Физические процессы при лазерной обработке материалов / А.А Веденов, Г.Т. Гладуш - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 208 с.

105. Ким, Е.И. Теоретическое исследование кинетики аустенитизации в сталях при нагреве непрерывным лазерным излучением/ Е.И. Ким, А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов и др. // Инженерно-физический журнал. - 1987.

- Т.52, №3. - С. 444-492

106. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов /Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова - М.: Изд - во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002.648 с.

107. Григорьянц, А.Г. Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие / А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.М. Чирков - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 52с.

108. Коротеев, Н.И. Физика мощного лазерного излучения / Н.И. Коротеев, И.Л. Шумай - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1991.- 312 с.

109. Супов, А.В. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. справочное издание в 3-х т / А.В. Супов, В.П. Канев, П.Д. Одесский [и др.]. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - 920 с.

110. Братухин, А.Г. Современные авиационные материалы: технологические и функциональные особенности: учебное пособие для авиационных и технических направлений и специальностей / А.Г. Братухин - М.: АвиаТехИнформ ХХ! век, 2001. - 420 с.

111. Зубченко, М.М. Марочник сталей и сплавов / М.М. Зубченко. - 2-е, изд. -М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.

112. Фролов, В.А. Использование энергии светового луча в технологических целях / В.А. Фролов, Н.С. Мамаев //Сварочное производство. - 1993.- №4.- С. 12-14.

113. Лахтин, Ю.М. Материаловедение / Ю.М Лахтин, В.М. Леонтьева - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

114. Коваленко, В.С. Обработка материалов импульсным излучением лазеров / В.С. Коваленко. - Киев: Высшая школа, 1974. - 144 с.

115. Коваленко, В.С. К вопросу механизма упрочнения материала при воздействии непрерывного лазерного излучения / В.С. Коваленко // Электронная обработка металлов. - 1980. - №1. - С. 35-39.

116. Горшков О.В. Разработка технологии лазерного термоупрочнения инструментальных сталей для повышения стойкости разделительных штампов и режущего инструмента: дис. кандидата техн. наук / О.В. Горшков - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 1994 - 259 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Результаты статистической обработки экспериментальных

данных

Таблица А1

Микротвердость образцов в области лазерных дорожек

Образец (режим Л.О.) Значение микротвердости, МПа

Р6М5 (Р=800 Вт, У=8 мм/с) 9095 9004 9001 9001 9023

Р6М5 (Р=800 Вт, У=10 мм/с) 9095 9094 9050 9060 9020

Р6М5К5 (Р=900 Вт, У=8 мм/с) 9820 9828 9970 9805 9850

Р6М5К5 (Р=900 Вт, У=10 мм/с) 9845 9810 9835 9820 9850

Р18 (Р=900 Вт, У=8 мм/с) 9650 9600 9620 9580 9600

Р18 (Р=900 Вт, У=10 мм/с) 9550 9580 9580 9650 9600

Х12М (Р=600 Вт, У=10 мм/с) 8700 8720 8680 8650 8680

Х12М (Р=600 Вт, У=12 мм/с) 8750 8650 8600 8750 8700

Таблица А2

Статистическая обработка экспериментальных данных

Образец (режим Л.О.) X Бх2 Бх Кв,% 8,%

Р6М5 (Р=800 Вт, У=8 мм/с) 9025 9535 97,6 1,08 1,27

Р6М5 (Р=800 Вт, У=10 мм/с) 9064 9593 97,9 1,08 1,35

Р6М5К5 (Р=900 Вт, У=8 мм/с) 9855 10335 101,7 1,03 1,27

Р6М5К5 (Р=900 Вт, У=10 мм/с) 9832 10301 101,5 1,03 1,27

Р18 (Р=900 Вт, У=8 мм/с) 9610 10003 100,0 1,04 1,28

Р18 (Р=900 Вт, У=10 мм/с) 9592 9956 99,8 1,04 1,28

Х12М (Р=600 Вт, У=10 мм/с) 8686 9045 95,1 1,09 1,39

Х12М (Р=600 Вт, У=12 мм/с) 8690 9097 95,4 1,10 1,43

Приложение Б. Картины деформированного состояния материалов при математическом моделировании процесса формообразования внутреннего крестообразного профиля

!оГ

Рисунок Б1 - Картины деформированного состояния материала при внедрении в заготовку торцевого конического участка пуансона

Рисунок Б2 - Картины деформированного состояния материала на начальной стадии внедрения в заготовку усеченного конуса пуансона

Рисунок Б3 - Картины деформированного состояния материала на конечной стадии внедрения в заготовку усеченного конуса пуансона

Рисунок Б4 - Картины деформированного состояния материала по переходам холодной высадки крепежных стержневых изделий

Рисунок Б5

- Действующие напряжения при холодной высадки крепежных стержневых изделий

Рисунок Б6 - Интенсивость деформаций при холодной высадки крепежных

стержневых изделий

Рисунок Б7 - Действующие напряжения в заготовке для стали 14Х17Н2

Рисунок Б8 - Действующие напряжения в заготовке для стали 16ХСН

Приложение В3. Фотографии микроструктур упрочненных зон

лазерным излучением

а) б) в)

Рисунок В1 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,1*104 Вт/см2, У=8 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В2 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,1*104 Вт/см2, У=12 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В3 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,1*104 Вт/см2, У=14 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В4 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО -отжиг ) при q=1,1*104 Вт/см2, У=8 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В5 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО -отжиг ) при q=1,1*104 Вт/см2, У=12 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В6 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО -отжиг ) при q=1,1*104 Вт/см2, У=14 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В7 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=1 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В8 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=0,85 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В9 - Микроструктура стали Р6М5К5 (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=0,7 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

Рисунок В10 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,3*104 Вт/см2, У=8 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

Рисунок В11 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,3*104 Вт/см2, У=12 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В12 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при q=1,3*104 Вт/см2, У=14 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

Рисунок В13 - Микроструктура стали Х12М (ПТО -отжиг ) при q=1,3*104 Вт/см2, У=8 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В14 - Микроструктура стали Х12М (ПТО -отжиг ) при q=1,3*104 Вт/см2, У=12 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

Рисунок В15 - Микроструктура стали Х12М (ПТО -отжиг ) при q=1,3*104 Вт/см2, У=14 мм/с при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В16 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=1 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В17 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=0,85 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

а) б) в)

Рисунок В18 - Микроструктура стали Х12М (ПТО - закалка+ 3-х кратный отпуск) при Кп=0,7 при увеличении: а) х100, б) х300, в) х1000

Приложение Г. Электронно-микроскопические изображения тонких структур облученных материалов

SEM MAG: 200 x Dot: BSE Detector 200 |jm mi

Date(m/dty): 12/08/17 guest Digital Microscopy ImagingH

-d1

Рисунок Г1 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р6М5К5 при q=1,4*104 Вт/см2, У=12 мм/с

Рисунок Г2 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р6М5К5 при q=1,3*104 Вт/см2, У=10 мм/с

Рисунок Г3 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р6М5К5 при q=1,1*104 Вт/см2, У=12 мм/с

Рисунок Г4 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р6М5К5 при q=0,9*104 Вт/см2, У=12 мм/с

Рисунок Г5 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р18 при q=0,9*104 Вт/см2, У=10 мм/с

Рисунок Г6 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р18 при q=1,4*104 Вт/см2, У=12 мм/с

Рисунок Г7 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р18 при q=0,9*104 Вт/см2, У=8 мм/с

Рисунок Г8 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры стали Р18 при q=1,3*104 Вт/см2, У=10 мм/с

Юмкт

Электронное изображение 1

в)

0 1(1 20

m Km

Cobalt Ka1. Silicon Ka1. Tungsten Lai. iDlybdenum La1 Chromium a Carbon Ka1_2

О 10 20

мкт

СИготшт Ка1, 8Шсоп Ка1, Типд^еп 1_а 1. СагЬоп Ка1_2

д)

Рисунок Д1 - Распределение легирующих элементов в зоне лазерного упрочнения:

а, б, в - сталь Р6М5К5; г, д - сталь Р18

Приложение Д. Акт опытно-промышленного внедрения

^^ pu

<№09001

?егисгр

ПУБЛИЧНОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

НОРМАЛЬ

PUBLIC JOINT-STOCK COMPANY

«NORMAL»

ул.Литвинова, 74, г.Нижний Новгород, РОССИЯ 603950 тел. [phone], факс [phone], E-mail: [e-mail] 74, Litvinova street, N. Novgorod, 603950, Russia, phone [phone], fax [phone], E-mail: [e-mail]

УТВЕРЖДАЮ

генерального директора А.И. ЛАШИН

АКТ

опытно-промышленного внедрения технологии лазерного ynpi технологической оснастки для холодной высадки крепежных

Комиссия в составе: Главный технолог, Курилин С.В. Зам. начальника Управления Качеством, Слюняева Т.А. Начальник цеха №21, Сорпов A.B.

составили настоящий акт о том, что на наше предприятие для оценки возможности применения лазерной обработки для повышения эксплуатационных характеристик и ресурса промышленных изделий были представлены экспериментальные и натурные образцы технологической оснастки, у которых в НГТУ им. P.E. Алексеева лазерным излучением были обработаны контактные поверхности.

Испытания проводились в условиях действующего производства ПАО «Нормаль» на холодновысадочных автоматах, при изготовлении крепежных изделий из конструкционной стали 16ХСН, коррозионностойкой стали 14Х17Н2 и титановых сплавов ВТ-16, ВТ1-00 при различных технологических параметрах холодной высадки. В ходе исследований сравнивалась стойкость (ресурс) холодно-высадочного инструмента после обычной термической обработки и после дополнительной лазерной обработки по технологии, разработанной в НГТУ им. P.E. Алексеева при непосредственном участии A.B. Братухина. В качестве критерия, определяющего ресурс работы инструмента, использовали максимально возможное число годных изготовленных серийных авиационных болтов до

выхода из строя инструмента.

Результаты производственного апробирования разработанной технологии лазерного упрочнения положительные, произошло увеличение стойкости обработанного инструмента, по сравнению со штатным, до 1,5 раз, что подтверждает целесообразность использования технологии лазерного упрочнения как перспективного процесса при изготовлении технологической оснастки для холодной высадки авиационных крепежных изделий.

jj Члены комиссии: ¿¿¿¿¿ïdtf'- Курилин C.B. "/ss/tf., Слюняева Т.А.

Сорпов A.B.

Приложение Е.

Патент на изобретение «Способ лазерной обработки тел вращения из

инструментальных сталей»