Разработка технологии лазерной цементации инструментальных сталей для деревообрабатывающей промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Маринин, Евгений Анатольевич

• Маринин, Евгений Анатольевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Маринин, Евгений Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................6

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ.............15

1.1 Анализ использования технологий лазерной, плазменной и комбинированной лазерно-плазменной обработки, используемых для повышения прочности и износостойкости поверхностных слоев режущего инструмента.............................15

1.2 Тепловое воздействие высокоэнергетического излучения на металлические материалы при лазерной и лазерно-плазменной обработке.....................................22

1.3 Особенности влияния сверхскоростного нагрева и охлаждения на формирование микроструктуры обрабатываемой поверхности в режиме импульсного и непрерывного лазерного и лазерно-плазменного излучения.........28

1.4 Механизм структурно-фазового упрочнения при цементации поверхностного слоя сталей.....................................................................................................................29

1.4.1 Ионно-плазменная цементация в вакууме..................................................29

1.4.2 Цементация в дуговом и тлеющем разряде при атмосферных условиях 32

1.4.3 Лазерное и лазерно-плазменное легирование поверхностного слоя........35

1.5 Научные основы лазерного упрочнения инструмента для деревообрабатывающего производства......................................................................38

1.6 Выводы по главе 1...................................................................................................40

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................................................42

2.1 Обоснование выбора материалов для исследований...........................................42

2.2 Предварительная (объемная) термическая обработка, характеристики термического оборудования и оборудования для высокоэнергетической обработки .........................................................................................................................................43

2.3 Металлографические методы исследования структуры.....................................47

2.4 Методы измерения твердости................................................................................48

2.5 Исследование фазового состава и тонкой структуры зоны высокоэнергетической обработки...............................................................................48

2.6 Испытание механических свойств и износостойкости.......................................49

2.7 Определение содержания химических элементов в зоне высокоэнергетической обработки.......................................................................................................................51

2.8 Расчетные методы прогнозирования и оценки структуры поверхностного слоя инструментальных сталей при высокоэнергетической обработке лезвийных рабочих кромок инструмента.......................................................................................51

2.9 Статистические методы обработки результатов измерений..............................53

2.10 Выводы по главе 2.................................................................................................54

ГЛАВА 3 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЫЩЕНИЯ СТАЛИ УГЛЕРОДОМ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ.........................................................................55

3.1 Закономерности формирования плазменного факела при воздействии импульсного и непрерывного лазерного оптического разряда на поверхности зоны обработки.......................................................................................................................55

3.2 Механизм насыщения поверхности стали углеродом в плазменном оптическом разряде в парах металла................................................................................................61

3.3 Физическая модель массопереноса из плазмы в жидкую фазу поверхностного слоя обрабатываемого материала................................................................................63

3.3.1 Перенос ионов углерода к поверхности расплава......................................63

3.3.2 Проход Кнудсеновского слоя у поверхности расплава.............................64

3.3.3 Адсорбция углерода поверхностным слоем...............................................65

3.3.4 Химические реакции на поверхности металлического расплава.............65

3.3.5 Растворение углерода в жидкой фазе за счет процессов диффузии и конвективного перемешивания.............................................................................66

3.4 Математическое описание диффузии углерода для двухфазного состояния в зоне лазерной цементации............................................................................................67

3.4.1 Тепловые потоки и массоперенос в зоне лазерной цементации...............68

3.4.2 Математическая модель связи теплового поля и распределение компонентов по глубине при лазерной цементации...........................................70

3.4.3 Расчет и построение изотерм температурного поля в поверхностном слое инструментальных сталей при лазерной цементации.........................................75

3.5 Выводы по главе 3...................................................................................................77

ГЛАВА 4 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ, МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЦЕМЕНТИРОВАННОГО СЛОЯ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ .. 78

4.1 Выбор принципиальной схема лазерной цементации.........................................78

4.2 Исследования структуры, величины и свойств цементированного слоя на инструментальных сталях У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ..............78

4.2.1 Формирование микроструктуры поверхностного слоя и механических свойств при лазерной цементации инструментальной стали У8А....................91

4.2.2 Формирование микроструктуры поверхностного слоя и механических свойств при лазерной цементации инструментальных сталей 6ХС, 9ХС, 9ХФ и ХВГ...........................................................................................................................94

4.2.3 Формирование микроструктуры поверхностного слоя и механических свойств при лазерной цементации инструментальных сталей 8Х6НФТ и Х6ВФ .................................................................................................................................100

4.3 Влияние технологических параметров процесса обработки на глубину, механические свойства и химический состав цементированного слоя.................102

4.3.1 Влияние энергетических параметров лазерной цементации на структуру и свойства обработанной поверхности..................................................................102

4.3.2 Дефекты структуры, образующиеся при лазерной цементации. Рекомендованные режимы лазерной цементации.............................................104

4.4 Испытания износостойкости цементированного слоя инструментальных сталей У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ..........................................................117

4.5 Причины повышения износостойкости исследуемых марок инструментальных сталей после лазерной цементации...........................................................................124

4.6 Выводы по главе 4.................................................................................................126

ГЛАВА 5 ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВОЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ.....................................................................128

5.1 Разработка и внедрение технологии лазерной цементации лезвийного деревообрабатывающего инструмента.....................................................................128

5.2 Выводы по главе 5.................................................................................................133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................................134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Общий вид и характеристики экспериментального стенда для

лазерной цементации..................................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Листинг решения уравнения теплопроводности в среде MathCad

.......................................................................................................................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Листинг решения уравнения массопереноса в среде MathCad

.......................................................................................................................................156

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Планирование и обработка полного факторногоэксперимента

.......................................................................................................................................158

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Номенклатура обрабатываемого инструмента.........................166

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Акты внедрения и проведения натурных испытаний лезвийного деревообрабатывающего инструмента, упрочненного лазерной цементацией ... 171 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Расчет себестоимости лазерной цементации...........................173

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии лазерной цементации инструментальных сталей для деревообрабатывающей промышленности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Повышение ресурса работы и надежности машин, механизмов и инструментов является одним из основных вопросов в конкурентоспособности выпускаемой продукции. Как показывает практика, разрушение 90% деталей машин и инструмента начинается с поверхности [1]. Поэтому упрочнение поверхности является одним из главных факторов повышения ресурса и надежности. Работоспособность и износостойкость определяются рациональностью выбора марки материала и технологии упрочнения поверхности. Особенно это актуально для лезвийного деревообрабатывающего инструмента, изготавливаемого из относительно недорогих материалов, имеющих высокую твердость поверхности и относительно низкую теплостойкость (6ХС, 9ХС, 9ХФ, ХВГ). Однако их применение для лезвийного дереворежущего инструмента в настоящее время экономически оправдано, особенно для инструментов c протяженной режущей кромкой, используемых при операциях, не требующих повышенной точности (черновое фрезерование). Стойкость инструмента, изготовленного из указанных инструментальных сталей, зависит от многих факторов, но не превышает продолжительность рабочей смены [2], что ведет к необходимости переналадки оборудования и значительным простоям. Особенно чувствительно это для малых предприятий, численность оборудования на которых не превышает 10 единиц. Решение задачи повышения периода стойкости дереворежущего инструмента, изготовленного из нетеплостойких инструментальных сталей без кратного роста стоимости, позволит снизить металлоемкость процесса, улучшить экологические показатели процесса и увеличить конкурентоспособность оборудования за счет сокращения эксплуатационных затрат.

В настоящее время разработано достаточно много технологий упрочнения поверхности: термомеханическая, химико-термическая, локальные термические

(газоплазменная, светолучевая, плазменная, индукционная, электронно-лучевая, лазерная), электроискровая, ультразвуковая [3-15].

При выборе технологии упрочнения необходимо учитывать механизм износа лезвийного деревообрабатывающего инструмента. Он представляет собой сложный процесс, который укрупненно может быть объяснен за счет химических реакций в зоне контакта и изнашивающего механического воздействия [16].

На решение задач снижения показанного износа направлена химико -термическая обработка [17-21]. Она сочетает термическое и химическое воздействия с целью изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя металла или сплава. Химико-термическая обработка осуществляется в результате диффузионного насыщения металла или сплава неметаллами (С, N В и др.) или металлами (Л1, Zn и др.) при определенной температуре и активной насыщающей среде.

Для повышения долговечности наиболее ответственных деталей наиболее широко используются процессы цементации, том числе и для инструментальных сталей [22, 23]. Существует несколько методов диффузионного насыщения поверхности углеродом, применяемых при цементации [3,8 ,17-20,24]. К ним относятся:

-цементация твердым карбюризатором; -высокотемпературная вакуумная цементация; -цементация в кипящем слое (жидкостная цементация); -цементация в расплавленных солях (жидкостная цементация); -цементация пастами; -газовая цементация;

-ионная-плазменная цементация в вакууме;

- цементация в дуговом и тлеющем разряде.

В целом процессу цементации присущи ряд недостатков [25]:

1 большая длительность технологического цикла;

2 низкая стойкость приспособлений и оборудования вследствие высоких температур процесса;

3 высокая стоимость оборудования;

4 ограничение размеров цементуемых партий (деталей) размерами печей;

5 при ведении технологического процесса цементации в газовой, жидкой, твердой фазе могут наблюдаться ряд дефектов [25]:

5.1 пониженная толщина цементованного слоя, что является следствием пониженной температуры процесса или недостаточным временем выдержки;

5.2 пониженная концентрация углерода в слое (при нормальной температуре процесса и достаточном времени выдержки пониженная концентрация углерода вызывается недостаточной подачей карбюризатора);

5.3 повышенная концентрация углерода в слое цементитной или карбидной сетки, в результате чего после закалки слой приобретает хрупкость;

5.4 неравномерная толщина слоя (если такая неравномерность наблюдается в пределах одной садки на различных деталях, то это может быть вызвано двумя причинами: неравномерным распределением температуры в различных местах печи либо неравномерной циркуляцией газов в рабочем пространстве);

5.5 пятнистая твердость цементованного слоя (неравномерная или, как говорят производственники, пятнистая цементация, и как следствие неравномерная твердость после закалки, что вызывается оседанием сажи на поверхность деталей с последующим ее закаливанием, что мешает науглероживанию при цементации).

Проведенный патентный и литературный анализ способов упрочнения с помощью цементации поверхностного слоя показал, что в настоящее время наиболее перспективными технологическими процессами цементации поверхности являются:

-ионно-плазменная цементация в вакууме;

-цементация в дуговом и тлеющем разряде при атмосферных условиях;

-лазерная цементация при атмосферных условиях.

Наиболее эффективной из вышеуказанных технологических процессов цементации является лазерная обработка, так как она не только позволяет устранить основные перечисленные недостатки, но и обеспечивает высокую производительность процесса цементации (для определенного типа упрочняемых

изделий). Кроме этого лазерную цементацию можно сочетать с одновременным ведением технологических процессов:

-лазерного легирования поверхностного слоя;

-лазерного рафинирования поверхностного слоя;

-лазерного полирования поверхности.

Сверхвысокоскоростной нагрев и охлаждение поверхностного слоя, подвергнутого лазерной цементации позволяет получить высокодисперсные структуры, обладающие более высокой износостойкостью по сравнению со структурами, полученными другими методами цементации.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью создания научных основ и разработки технологий лазерной цементации и установления влияния технологических параметров на структуру и свойства упрочненных поверхностей лезвийного деревообрабатывающего инструмента.

Степень разработанности темы. Проблемам взаимодействия лазерного излучения с металлическими материалами и лазерной химико-термической обработки посвящены работы А.Г. Григорьянца, А.И. Шиганова, Л.И. Миркина, А.А. Углова, Г.Н. Гаврилова, Д.Н. Гуреева, Г.И. Бровер, И.С. Белашовой, А.Л. Осинцевой, С.А. Федосова, О.В. Чудиной, А.М. Семенцева, А.М. Бернштейна, И.Ю. Малыгиной, Дж. Реди и др.

Несмотря на значительное количество работ, посвященных использованию лазерного луча для осуществления процессов химико-термической обработки, нами были выделены вопросы, недостаточно изученные к настоящему моменту. К ним относятся:

- возможности использования лазерной плазмы как источника легирующего элемента, в частности углерода;

- описание физической и математической модели лазерной цементации;

- возможности лазерной цементации по увеличению ресурса работы лезвийного деревообрабатывающего инструмента.

По этой причине степень разработанности темы диссертации является недостаточной и требует дальнейшего ее развития.

Цель работы - повышение эксплуатационных характеристик лезвийного деревообрабатывающего инструмента, выполненного из инструментальных низколегированных сталей, посредством лазерной цементации.

Для достижения обозначенной цели в диссертации необходимо было решить следующие задачи:

1 на основании анализа известных теоретических и практических исследований и экспериментальных результатов выбрать или предложить оптимальную схему лазерной цементации, обеспечивающую технологическую воспроизводимость процесса;

2 установить влияние режимов лазерной цементации на формирование структуры, фазового состава, свойств упрочненной поверхности и размеры зоны упрочнения;

3 определить оптимальные режимы лазерной цементации и изучить их влияние на технологические и эксплуатационные свойства деревообрабатывающего инструмента;

4 разработать математическую модель процесса насыщения углеродом инструментальных сталей;

5 разработать технологию лазерной цементации инструментальных сталей марок У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ;

6 провести производственные испытания упрочненного деревообрабатывающего инструмента.

Научная новизна диссертации

1. В качестве насыщающей среды использована приповерхностная лазерная плазма, образующаяся при определенных условиях. Установлены условия образования плазмы, выполняющей роль насыщающей среды для исследуемых марок инструментальных сталей.

2. Установлены закономерности формирования цементованного слоя при использовании лазерного излучения для исследуемых инструментальных материалов.

3. Выявлены особенности физико-механических свойств после лазерной цементации инструментальных сталей У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ.

4. Определена оптимальная схема лазерной цементации исследуемых инструментальных сталей, позволяющая добиться технологической воспроизводимости процесса и устойчивых результатов насыщения углеродом.

5. Подтверждена эффективность лазерной цементации для повышения периода стойкости деревообрабатывающего инструмента, изготавливаемого из исследуемых материалов.

Теоретическая и практическая значимость работы

- разработана и внедрена на ООО «Станкоинструментальный завод ТЕРМИТ» и ООО «Реал» технология лазерной цементации лезвийного деревообрабатывающего инструмента, позволяющая повысить период стойкости;

- определены режимы лазерной цементации, обеспечивающие повышение периода стойкости не менее, чем в 2 раза для широкой номенклатуры лезвийного инструмента, применяемого в деревообрабатывающей промышленности;

- обработанный лезвийный инструмент прямоугольного сечения по технологии лазерной цементации успешно прошел производственные испытания.

Результаты диссертационного исследования используются при актуализации учебных программ по дисциплинам: «Современные технологии поверхностного упрочнения», «Математическое моделирование и современные проблемы наук о материалах и процессах», «Теория и технология термической и химико-термической обработки».

Методология и методы исследования. При решении задач, поставленных в диссертационном исследовании, были использованы следующие методы: металлография, электронная микроскопия, механические испытания, рентгеноструктурный анализ, исследование распределения углерода по глубине, методы математической статистики для обработки экспериментальных данных, методы математического моделирования процессов насыщения углеродом,

численное решение уравнений для определения параметров лазерной обработки для нагрева обрабатываемых изделий.

Объектом исследования был выбран лезвийный деревообрабатывающий инструмент, выполненный из сталей марок У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ.

Предмет исследования - влияние режимов лазерной цементации на структуру, свойства и эксплуатационные характеристики лезвийного деревообрабатывающего инструмента.

Положения, выносимые на защиту:

- закономерности изменения физико-механических и эксплуатационных свойств деревообрабатывающего инструмента после лазерной цементации, положенные в основу разработанной технологии лазерной цементации при атмосферных условиях;

- закономерности формирования микроструктуры поверхности исследуемых инструментальных сталей в результате лазерной цементации при атмосферных условиях;

- особенности влияния параметров лазерной цементации при атмосферных условиях на фазовые превращения, формирование тонкой структуры и эксплуатационные характеристики.

Степень достоверности полученных новых данных подтверждается корректностью поставленных в исследовании задач, их технической аргументированностью, большим количеством проведенных экспериментов, а также положительными результатами внедрения разработанной технологии.

Апробация результатов исследований и испытаний. Основные результаты работы обсуждались и получили одобрение на 19th International Symposium on Metastable Amorphous and Nanostructured Materials, г. Москва,

2012 г., VII международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Сварка и родственные технологии», посвященной 95-летию Национальной академии наук Украины, п.г.т. Ворзель Киевской обл., Украина,

2013 г, международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг»,

г. Челябинск, г. Санкт-Петербург, 2016, 2017 гг., Десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», г. Санкт-Петербург, 2010 г., Всероссийской ежегодной научно-технической конференция «Общество, наука, инновации» г. Киров, 2011, 2012, 2013, 2014 гг., XIII Всероссийской с международным участием Школе-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова, г. Черноголовка, 2015 г., III и IV международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве», г. Чебоксары, 2017 г, 2018 г.., Международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении», г. Севастополь, 2017, 2018 гг.

Область исследований соответствует требованиям паспорта научной специальности 05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов» по следующим пунктам:

№2 - теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях;

№3 - теоретические и экспериментальные исследования влияния структуры (типа, количества и характера распределения дефектов кристаллического строения) на физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства металлов и сплавов;

№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. Автор осуществил постановку цели и задач диссертационного исследования, организовал и выполнил экспериментальные и теоретические исследования на всех этапах работы, в т. ч. и при апробации, и опубликовании результатов в открытой печати.

Работы, выполненные автором лично: металлографические исследования структуры, электронно-микроскопический и рентгеноструктурный анализ, механические испытания.

По теме диссертации опубликовано 1 5 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук и 3 статьи в журналах, проиндексированных в базе SCOPUS. Подана заявка на получение патента на технологию лазерной цементации.

Научно-исследовательская работа по исследованию процесса лазерной цементации частично выполнена в рамках программы У.М.Н.И.К.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ

ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

1.1 Анализ использования технологий лазерной, плазменной и комбинированной лазерно-плазменной обработки, используемых для повышения прочности и износостойкости поверхностных слоев режущего

инструмента

Концентрированные источники энергии (лазер и плазменный поток) широко используются для повышения прочности и износостойкости поверхностных слоев различных деталей и инструментов.

Лазер является одним из лучших методов для локальной закалки материалов, так как он вызывает наименьшую деформацию детали, по сравнению с другими методами за счет минимального тепловложения в обрабатываемую деталь. Эффект улучшения функциональных свойств поверхностного слоя при лазерном упрочнении по сравнению с упрочнением концентрированными потоками энергии значительно выше [26, 27]. Экономичность тепловой обработки с помощью лазера и рентабельность промышленного использования достигается при обработке материала после классической термической обработки. Детали, прошедшие закалку без оплавления поверхности с помощью лазера, могут быть направлены непосредственно на сборочную линию без дополнительной механической обработки - шлифовки, доводки или хонингования.

Но, не смотря на все вышеперечисленные достоинства лазерного упрочнения, данная технология, как и любой технологический процесс, имеет свои недостатки, которые в значительной мере снижают технико-экономическую эффективность данного метода. Недостатки лазерной термообработки в большинстве своем являются логическим следствием её преимуществ, а также физики взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемым материалом. К

таким недостаткам относятся низкий коэффициент поглощения лазерного излучения обрабатываемой металлической поверхностью, жёсткие термические циклы, сопутствующие лазерной закалке, не совсем благоприятное распределение остаточных напряжений в поверхностном слое после лазерной закалки.

Кроме того, при лазерном упрочнении деталей, имеющих высокий класс обработки поверхности, необходимо наносить покрытие для увеличения коэффициента поглощения лазерного излучения, а после закалки необходимо его удаление.

Результаты первых исследований по насыщению с помощью луча лазера поверхности технического железа углеродом были опубликованы в 1969 г. [28].

На поверхность технически чистого железа с исходной твердостью -1000 МПа наносился графит, который затем облучался с оплавлением поверхности импульсным лазерным излучением (параметры обработки: Еи=35 Дж, ти=1 мс, Хи=1,05 мкм). Металлографические исследования показали, что на поверхности образуется белый, плохо травящийся слоя, достигающий твердости 14000 МПа. За ним идет термообработанный слой с твердостью до 10000 МПа. При лазерной обработке без графита повышение твердости в зоне оплавления составило 1700 МПа, а в зоне термического влияния - 750 МПа.

Рентгеноструктурные исследования показали, что содержание углерода в зоне лазерной обработки доходит до 4,3% и наблюдается эвтектическая структура.

В 1984 г. - была опубликована статья [29], посвященная лазерно-плазменной цементации низкоуглеродистой стали (0,006-0,008% С) с исходной твердостью 800 МПа ТЕА СО2-лазером в атмосфере пропана - С3Н8 из плазмы оптического пробоя. Параметры лазерной обработки: длительность импульса - 20 мкс, частота следования импульсов - 160 Гц, скорость обработки - 0,22 мм/с, плотность энергии лазерного излучения -1 Дж/мм2, давление пропана - 0,25-0,5 атм. По данным рентгенофазового состава содержание углерода в поверхностном расплавленном слое доходит до 5%, микротвердость достигала значений 10000 МПа. Зона термического влияния составляет 20-35 мкм, а микротвердость 1500 МПа. Структура поверхностного слоя в зависимости от режимов обработки изменяется

от мартенсит + аустенит до смеси мартенсита, аустенита и карбидов и, наконец, к смеси мартенсита и карбидов. В некоторых случаях на поверхности наблюдались трещины.

Работа, опубликованная в 1985 г., была посвящена исследованию лазерной цементации из углеродсодержащей пасты, нанесенной на поверхность стали 18ХГТ [30]. Исследовалось влияние параметров лазерной обработки: мощность луча лазера (0,65^2) кВт, скорость перемещения детали (2^30) мм/с - на геометрию и микротвердость упрочненной зоны и качество поверхности детали. Авторами был определен оптимальный режим лазерной цементации, позволяющий получить упрочненную зону глубиной 0,65 мм, шириной 1,8 мм и микротвердостью Нц~9100 МПа.

В работе [31], посвященной цементации низкоуглеродистых сталей импульсным лазерным излучением из углеродсодержащих паст, наносимых на поверхность, сообщается об образовании двухслойной зоны, состоящей из белого плохо травящегося слоя микротвердостью 14000 МПа, расположенного под ним термообработанного слоя с микротвердостью 10000 МПа. Твердость цементированного слоя при лазерной цементации возрастает с увеличением содержания углерода. После лазерной цементации сталей 12Х13, 20ХГ3, 30Х13 и 40Х13 микротвердость поверхностного слоя достигает значений 15000 МПа, что значительно превышает микротвердость указанных сталей после лазерной закалки. Так после импульсной лазерной закалки микротвердость стали 12Х13 достигает значений 5700 МПа, а стали 40Х13 - 8240 МПа. Большие значения микротвердости после цементации импульсным лазерным излучением обусловлено появлением в структуре упрочненных зон большого количества карбидов. При цементации стали 40Х с обмазкой из графитов микротвердость составляет 10200 МПа, а у стали 15Х11МФ - 6570 МПа. Меньшая микротвердость стали 15Х11МФ связана с повышенным количеством остаточного аустенита в зоне обработки.

Работа, вышедшая в 1988 г., посвящена цементации армко-железа непрерывным излучением СО2-лазера в углеродсодержащих газах (пропан и смесях пропана с аргоном, неоном, азотом и др.) [32]. При всех режимах

цементации микротвердость в зоне обработки превышает величину 6500 МПа. Наибольшая достигнутая глубина цементированного слоя составляет 4 мм. При глубине цементированного слоя 1 мм и мощности луча лазера в несколько киловатт производительность составила 2 см2/с. При цементации в атмосфере чистого пропана с давлением 1,1 атм. (~0,1 МПа) в поверхностном слое получается заэвтектический чугун.

Обобщающие результаты по применению лазерного излучения для цементации поверхностного слоя из углеродсодержащего газа изложены в работе [14]. В процессе цементации на режимах, обеспечивающих внедрение небольшого количества углерода в зону оплавления низко- и среднеуглеродистой стали, ее структура состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Вследствие высокой насыщенности мартенсита углеродом микротвердость в этом случае достигает значения 9000 МПа. При введении большого количества углерода в зону оплавления содержание аустенита может заметно увеличиться, при этом микротвердость колеблется в широком интервале от 4500 до 9000 МПа. При дальнейшем повышении содержания углерода в зоне оплавления или при лазерной цементации высокоуглеродистых сталей в структуре кроме мартенсита и аустенита образуются карбиды. С увеличением карбидной фазы микротвердость увеличивается с 9000 до 14000 МПа.

На практике более распространенным способом упрочнения поверхности концентрированными потоками энергии является обработка плазменной струей. Она требует меньших капитальных вложений и обеспечивает более стабильные результаты при резко меняющихся условиях производства.

Плазменной закалке успешно поддаются углеродистые инструментальные стали типа У8, У10, стали для инструментов холодного деформирования тали для инструмента холодного деформирования типа 5ХВ2С, 9ХС, Х12, стали для инструмента горячего деформирования типа 5ХНМ, 60ХН, а в некоторых случаях и быстрорежущие стали [33-39]. При такой обработке в поверхностном слое при определенных условиях формируется мартенситно-аустенитная структура высокой дисперсности, твердость которой может достигать 65 ИКС

По данным опытно-промышленного применения на 28 предприятиях ресурс закаленных деталей возрастает в 2.. .4 раза, увеличивается наработка упрочненного технологического инструмента, а его удельный расход снижается на 20.50 % [33].

Упрочнение сталей при плазменной закалке осуществляется за счет нагрева поверхности выше критически температур (Ас1, Ас3, Аст) и быстрого охлаждения поверхности, что обеспечивает получение закалочных структур.

Источником энергии при проведении технологического процесса плазменной закалки являются специальные устройства - плазмотроны.

По аналогии с лазерной закалкой, плазменная термообработка осуществляется с оплавлением и без оплавления поверхности. Обработка без оплавления поверхности может являться финишной операцией, вследствие сохранения шероховатости поверхности, полученной предыдущей механической обработкой.

Оплавление рекомендуется для достижения более высоких значений твердости и износостойкости [40]. Однако при использовании таких режим существенно повышается риск возникновения пор и горячих трещин [41].

В работе [42] делается вывод о том, что наиболее эффективной обработкой для легированных инструментальных сталей является микроплавление (ванна расплава глубиной 100-200 мкм). Так для стали Р6М5 при такой обработке повышается твердость и теплостойкость.

Автор работы [33] говорит о том, что при использовании в качестве источника энергии электрической или плазменной дуги, существенно повышается производительность процесса, по сравнению с другими источниками КПЭ.

Также плазма может быть использована для осуществления химико-термической обработки. В работе [43] цементацию сталей и сплавов при атмосферных условиях производили с использованием плазмы дугового разряда косвенной и прямой дуги с использованием графитового электрода диаметром 6 мм, перемещая его вдоль поверхности образцов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маринин, Евгений Анатольевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гаркунов, Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов. - М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

2. Грубе, А.Э. Дереворежущие инструменты / А.Э. Грубе. - М.: Лесная промышленность, 1971. - 345 с.

3. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. - М.: Металлургия, 1978. - 302 с.

4. Кривоносова, Е.А. Газопламенная обработка металлов: Учебное пособие /Е.А. Кривоносова, Н.Е. Семенова. - Пермь: Изд-во Перм. гос. тех. ун-та. - 73 с.

5. Никифоров, В.Д. Использование лучистого нагрева для сварки, пайки и термической обработки / В.Д. Никифоров, М.И. Опарин, С.А. Федоров //Сварочное производство. - 1974. - №12. - С. 19-21.

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

7. Спиридонов, Н.В. Плазменные и лазерные методы упрочнения деталей машин / Н.В. Спиридонов, О.С. Кобяков, И.Л. Куприянов. - Минск: Выш. шк., 1988. - 155 с.

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

9. Кайдалов, А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии / А.А. Кайдалов. - Киев: Екотехнология, 2004. - 270 с.

10. Рыкалин, Н.Н. Лазерная и электронно - лучевая обработка материалов: Справочник /Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

11. Григорьянц, А.Г Методы поверхностной лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. - М.: Высшая школа, 1987. - 190 с.

12. Григорьянц, А.Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. - М.: Высшая школа, 1988. - 159 с.

13. Григорьянц, А.Г. Основы лазерной обработки материалов /А.Г. Григорьянц. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

14. Григорьянц, А.Г. Технологические процессы лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров. - М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006. - 664 с.

15. Биронт, В.С. Применение ультразвука при термической обработке металлов / В.С. Биронт. - М.: Металлургия, 1977. - 168 с.

16. Памфилов, Е.А. Особенности исследования изнашивания режущих инструментов для переработки древесных материалов / Е.А. Памфилов, Е.В. Шевелева // ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2017.- №6. - С. 89-103.

17. Гуляев, А.М. Металловедение / А.М. Гуляев. - М.: Металлургия, 1978. - 647 с.

18. Лахтин, Ю.М Химико - термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. - М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

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

20. Зинченко, В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико - термической обработки / В.М. Зинченко. - М.: Изд - во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2001.-303 с.

21. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов /Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова. - М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002. - 648 с.

22. Костин, Н.А. Особенности процесса науглероживания инструментальных сталей для повышения стойкости штампового инструмента / Н.А. Костин, Е.В. Трусова, В.И. Колмыков // Auditorium. - 2016. - №2. - С. 53-58.

23. Крукович, М.Г. Технологические направления применения цементации / М.Г. Крукович, А.С. Савельева // Потенциал современной науки. - 2015. - №3. -С. 44-48.

24. Прокошкин, Д.А. Химико-термическая обработка металлов-карбонитрация /Д.А. Прокошкин. - М.: Машиностроение, 1994. - 112 с.

25. Райцесс, В.Б. Термическая обработка / В.Б. Райцесс. - М.: Машиностроение, 1980. - 192 с.

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

27. Забелин, А.М Лазерные технологии машиностроения: Учебное пособие /А.М. Забелин, А.М. Оришин, А.М. Чирков. - Новосибирск: Изд-во. Новосибирского гос. тех. университета, 2004. - 142 с.

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

29. Анисимов, В.И. Насыщение железа углеродом при пробое газа атмосферного давления излучением импульсно - периодического СО2 - лазера / В.И. Анисимов, В.Ю. Баранов, В.А. Большев // Поверхность. - 1984. - №9. -С. 119-126.

30. Веремеевич, А.Н. Изучение процесса цементации с применением лазеров непрерывного действия / А.Н. Веремеевич, М.Н. Кряжина //Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического симпозиума «Повышение износостойкости и усталостной прочности деталей машин обработкой концентрированными потоками энергии. - 1985. - С. 12-15.

31. Лахтин, Ю.М. Лазерная химико-термическая обработка и наплавка сплавов / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Кочан. - М.: Машиностроение, 1986. - 64 с.

32. Косырев, Ф.К. Цементация низкоуглеродистых сталей при воздействии непрерывного излучения СО2 - лазера / Ф.К. Косырев, Н.А. Железнов, В.А. Барсук //Физика и химия обработки материалов. - 1988. - №6.- С. 54-57.

33. Сафонов, Е.Н. Плазменная закалка деталей машин: монография /Е.Н. Сафонов. - Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2014. - 116 с.

34. Линник, В.А. Поверхностное упрочнение сталей методом плазменной закалки / В.А. Линник, А.К. Онегина, А.И. Андреева и [др.] // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1983. - №4. - С.2-5.

35. Самотугин, С.С. Плазменное упрочнение стали Р6М5 после объемной закалки / С.С. Самотугин // Проблемы специальной электрометаллургии. -1998. -№3. - С.35-42.

36. Самотугин, С.С. Плазменная обработка инструментальных сталей / С.С. Самотугин // Сварочное производство. -1997.- №9.- С.8-11.

37. Алимов, В.И. К вопросу об анализе процессов при упрочнении дугоразрядной плазмой / В.И. Алимов, Н.Т. Егоров, В.Н. Крымов //Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Донецк. - 2001.- Вып. 16.- С. 26-29.

38. Алимов, В.И. Поверхностное упрочнение сталей электродуговой плазмой / В.И. Алимов, В.Н. Крымов //Металлургия. Донецк. - 1999. - Вып. 14. -С. 137-143.

39. Гаврилов, Г.Н. Обработка быстрорежущей стали Р6М5 непрерывным способом излучения СО2-лазера / Г.Н. Гаврилов, О.В. Горшков, С.А. Вольхин, Л.Г. Лысанова // Судостроительная промышленность. Серия «Технология и организация производства». - Вып. 24. - 1990. - С. 31-36.

40. Ставрев, Д. С. Упрочнение серых чугунов при поверхностном отбеле низкотемпературной плазмой / Д. С. Ставрев, Н. Я. Ников //Металловедение и термическая обработка металлов. - 1985. - № 4.-С. 15-18.

41. Лещинский, Л.К. Плазменное поверхностное упрочнение /Л.К. Лещинский, С. С. Самотугин, И. И. Пирч, В. И. Комар. - Киев: Тэхника, 1990. - 109 с.

42. Самотугин, С.С. Плазменное микро- и наноструктурирование поверхности инструментальных сталей / С. С. Самотугин, В.А. Мазур // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2013. - № 4. - С. 29-37.

43. Алимов, В.И. Химико-термическое упрочнение с использованием плазмы дугового разряда /В.И. Алимов, В.Н. Крымов //Технология машиностроения. - 2005. -№1. - С. 50-53.

44. Финкельбург, В. Электрические дуги и термическая плазма / В. Финкельбург, Г. Меккер. - М.: Изд. иностр. лит-ры, 1961. - 310 с.

45. Григорьянц, А.Г. Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие / А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.М. Чирков. - М.: Изд-во МГТУ им.

H.Э. Баумана, 2004. - 52 с.

46. Забелин, А.М. Гибридные технологии лазерной наплавки: Учебное пособие / А.М. Забелин, И.Н. Шиганов, А.М. Чирков, Ю.А. Хрулев.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 132 с.

47. Коротеев, Н.И. Физика мощного лазерного излучения / Н.И. Коротеев, И.Л. Шумай. - М.: Наука, 1991. - 312 с.

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

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

50. Рэди, Дж. Ф. Действие мощного лазерного излучения / Дж.Ф. Рэди. -М.: Мир, 1974. - 470 с.

51. Андреев, С.Н. Моделирование взрывного вскипания при импульсном лазерном воздействии / С.Н. Андреев, С.В. Орлов, А.А. Самохин //Труды института общей физики им. А.М. Прохорова. - 2004. - т.60. - С. 127-147.

52. Вейко, В.П. Об экспериментальной проверке распределения температуры в зоне воздействия излучения оптического квантового генератора на металл / В.П Вейко, А.Н. Кокора, М.Н. Либенсон // ДАН. СССР. - 1967. - т. 179. -№1. -С. 68-71.

53. Ujihara, К. Reflectivity of Metals at High Temperatures / К. Ujihara // J Journal of Applied Physics. - 1972. - Vol 43. - P. 2376-2382.

54. Arata, Y. Applicatoin of Laser-for Material Processing / Y. Arata, H. Mario,

I. Miyamoto // W., Doc IV, 1971. - 18 p.

55. Ландау, Л.Д. Электродинамика сплошных сред /Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. - М.: Наука, 1982. - 623 с.

56. Shkarofsky, 1. Review on industrial applications of high-power laser-beams / 1. Shkarofsky. - RCA Review. - 1975. - Vol. 36. - №2. - P. 336-368.

57. Крапошин, B.C. Зависимость глубины закалки сталей и чугунов от режима лазерного облучения /В.С. Крапошин // Физика и химия обработки материалов. - 1988. - №6. - С. 80-87.

58. Гладуш, Г.Г. Термокапиллярная конвекция в жидкости под воздействием мощного лазерного излучения. / Г.Г. Гладуш, Л.С. Красицкая, Е.Б. Левченко и [др.] // Квантовая электроника. - 1982. - т.9. - №4. - С. 660-667.

59. Углов, A.A. О расчете плавления металлов концентрированным потоком энергии / А.А Углов, И.Ю. Смуров, А.Г. Гусаков // Физика и химия обработки материалов. - 1985. - №3. - С. 3-7.

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

61. Amine, T. Microstructural and hardness investigation of tool steel D2 processed by laser surface melting and alloying/ T. Amine, J.W. Newkirk, H.E. El-Sheikh, F. Liou // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. -2014. -V. 73. -P. 1427-1431.

62. Yilbas, B.S. Laser surface treatment of high-speed tool steel (AISI M2) / B.S. Yilbas, F. Patel, C. Karatas // Surface and Interface Analysis. -2013. -V. 45. -P. 1008.

63. Райзер, Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов / Ю.П. Райзер. - М.: Наука, 1974. - 308 с.

64. Даньщиков, Е.В Приповерхностная плазма в луче непрерывного СО2-лазера / Е.В Даньщиков, В.А. Дымшаков, Ф.В. Лебедев и [др.] //Известия АН СССР, серия физическая. - 1985. - т.49. - №4. - С. 811-828.

65. Мажукин, В.И. Кинетика оптического пробоя пара алюминия в широком частотном диапазоне. Современное состояние проблемы / В.И. Мажукин, М.В. Мажукин, П. Бергер //Математическое моделирование.- 2005. - т. 17. - №12. - С. 27 - 29.

66. Васильченко, Ж.В. Взаимодействие излучения непрерывного СО2-лазера с плазмой у поверхности металлической подложки / Ж.В. Васильченко и [др.]. - Минск: Изд-во института физики АН СССР, 1994. - Препринт №694.- 20 с.

67. Прохоров, А.М. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / А.М. Прохоров и [др.]. - М.: Наука, 1988. - 537 с.

68. Леонтьев, H.A. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / Н.А. Леонтьев и [др.]. - М.: Металлургия, 1986. - 142 с.

69. Кремнев, Л.С. Исследование структуры закаленного слоя инструментальных сталей после воздействия СО2-лазера / Л.С. Кремнев, Е.В. Холоднов, O.B. Владимирова // Известия вузов. Черная металлургия. - 1988. -№5. - С. 102-107.

70. Стенищева, Л.Н. Лазерно-дуговая обработка сталей / Л.Н. Стенищева, Ю.Н. Селезнев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1989. -№1.- С. 13-15.

71. Гаврилов, Г.Н. Разработка и освоение технологий поверхностного термического упрочнения и наплавки металлических материалов лазерным изучением: дис. ... доктора техн. наук: 05.16.01 / Гаврилов Геннадий Николаевич.-Нижний Новгород, 2000. - 397 с.

72. Брик, В.Б. Кинетика миграции атомов углерода при фазовых превращениях в стали при лазерном облучении / В.Б. Брик // Физика и химия обработки материалов. - 1989. - №2. - С. 21-27.

73. Углов, А.А. Воздействие лазерного излучения на инструментальные углеродистые и нержавеющие мартенситные стали / A.A. Углов и [др.] //Физика и химия обработки материалов. - 1986. - № 5. - С. 38-45.

74. Гаврилов, Г.Н. Особенности формирования структуры сталей при лазерном термическом цикле / Г.Н. Гаврилов, В. Кастро, И. Брауэр, Е.С. Беляев // Заготовительные производства в машиностроении. -2011. - №12. - С. 38-41.

75. Саррак, В.И. О механизме медленного роста трещины при задержанном разрушении закаленной стали / В.И. Саррак, Г.А. Филиппов // Физика металлов и металловедение. - 1975. - т.40. - Вып.6. - С. 1262-1267.

76. Тананко, И.А. К вопросу о природе неоднородности мартенсита закаленной стали / И.А Тананко, А.И. Махатилова, В.В. Белозеров // Физика металлов и металловедение. - 1983. - т.56. - Вып.4. - С.791-795.

77. Еднерал, Н.В. Поверхностная лазерная обработка стали У10 / Н.В. Еднерал, Х.А. Мазорра, Ю.А. Скаков, В.М. Андрияхин // Технология автомобилестроения. -1980. - № 5. - С. 27-29.

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

79. Волобуев, Ю.В. Оценка влияния параметров термического цикла сварки на размер аустенитного зерна в зоне термического влияния сталей типа 12ХН4МА / Ю.В. Волобуев, В.Г. Федоров, Г.Б. Кулигин // Сварочное производство. - 1983. - № 12. - С. 6-8.

80. Долбилин, Е.В. Новые методы химико-термической обработки в электрическом разряде / Е.В. Долбилин, А.В. Кокорин //Технология машиностроения. - 2004. - №6. - С. 40-45.

81. 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.

82. Ванин, В.С. Ионная цементация стали / В.С. Ванин //Известия АН СССР. Отл-ние техн. наук. Серия Металлургия и топливо - 1960. - №8. - С. 61-66.

83. Бабад-Захряпин, А.А. Химико-термическая обработка в тлеющем разряде / А.А. Бабад-Захряпин, Г.Д. Кузнецов. - М.: Атомиздат, 1975. - 176 с.

84. Рябченко, Е.В. Ионная цементация / Е.В. Рябченко //Техника машиностроения. - 2002. - №1 (35). - С. 77-80.

85. Арзамасов, Б.Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов / Б.Н. Арзамасов и [др.]. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 400 с.

86. Кухарева, Н.Г. Химико-термическая обработка в тлеющем разряде атмосферного давления / Н.Г. Кухарева, М.А. Силенков, С.В. Шушков //Металловедении и термическая обработка металлов. - 2002.- №1. - С. 36-38.

87. Литовченко, Н.Н. Метод скоростной электродуговой цементации /Н.Н. Литовченко, В.И. Денисов, П.А. Воробьев, М.А. Живогляд // Материалы шестой международной практической конференции-выставки «Технология ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций». -С. Петербург: Изд-во СПБГУП - 2004. - С. 480-485.

88. Долбилин, Е.В. Химико-термическая обработка металлов в электрическом разряде. Учебное пособие по курсу «Плазменные, электроннолучевые и лазерные установки» / Е.В. Долбилин. - М.: Изд-во МЭИ, 2001. - 104 с.

89. Финкельбург, В. Электрические дуги и термическая плазма / В.Финкельбург, Г. Меккер. - М.: Изд. иностр. лит-ры., 1961. - 310 с.

90. Гаврилов, Г.Н. Влияние различных режимов лазерного борирования и цементации на свойства сталей 20 и У8А / Г.Н. Гаврилов, М.И Квасов, Т.Н. Герасимова // Технология судостроения. - №1. - 1991. - С. 8-10.

91. Тарасова, Т.В. Распределение элементов в ванне расплава при лазерном легировании / Т.В. Тарасова // Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов. - 2002. - №3.- С.24-27.

92. Белашова, И.С. Исследование кинетики массопереноса при лазерном легировании конструкционных сталей углеродом и кремнием в режиме оплавления поверхности / И.С. Белашова, Т.В. Тарасова // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2007. - №4. - С.34-38.

93. Маринин, Е.А. Экспериментальная оценка способов лазерной цементации низколегированных инструментальных сталей /Е.А. Маринин [и др.] //Технология металлов. - №11. - 2017. - С. 31-37.

94. Marinin, E.A. Expérimental Evaluation of the Methods of Laser Cementation of Low-Alloy Tool Steels / E.A. Marinin, G.N. Gavrilov, A.M. Chirkov and others // Russian Metallurgy (Metally). - Vol. 2018. - № 13. - P. 73-77.

95. Marinin, E. A. Choice of Laser Cementation Method of Blade Woodcutting Tools / E. A. Marinin, G. N. Gavrilov, A.M. Chirkov // Solid State Phenomena. - 2017.

- Vol. 265. - P. 74-78.

96. Белова, С.А. Возможности лазерного легирования при изготовлении быстрорежущего инструмента [Электронный ресурс] /С.А. Белова //Современные проблемы науки и образования: электрон. научн. журн. - 2014. - №6. - Режим доступа: https: //www.science-education.ru/pdf/2014/6/694.pdf.

97. Клевцов, Г.В. О подготовке образцов к рентгеноструктурному анализу / Г.В. Клевцов, Г.Б. Швец, А.Г. Жижерин // Заводская лаборатория. - 1983. - №11.-С.58-60.

98. ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-23-208-79.

99. Андрияхин, В.М. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических СО2-лазеров непрерывного действия / В.М. Андрияхин, B.C. Майоров, В.П. Якунин // Поверхность: Физика, химия, механика.

- 1983. - №6. - С. 140-147.

100. Вязьмина, Т.М. Получение однородного закаленного слоя при лазерной обработке стали 9Х / Т.М. Вязьмина, А.Н. Веремеевич, И.А. Иванов, B.C. Крапошин, В.П. Полухин // Физика и химия обработки материалов. - 1988. - №6. -С. 63-66.

101. Соболь, Э.Н. Физико-математический анализ нагрева и модификации поверхности при лазерной обработке материалов: Обзор / Э.Н. Соболь, А.Л. Глытенко, Б.Я. Любов // Инженерно-физический журнал. - 1990. - т.58. - №3. - С. 357-374.

102. 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.

103. 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 //Металловедение и термическая обработка металлов.

- 1986. - №9. - С. 32-35.

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

105. Шоршоров, М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана /М.Х. Шоршоров. - М.: Наука, 1965. - 336 с.

106. Боровский, И.Б. Массоперенос при обработке поверхности металлов оплавлением непрерывным лазерным излучением / И.Б. Боровский, Д.Д. Городский, И.М. Шарофеев, С.Ф. Морящев // Докл. АН СССР. - 1982. -т.263. - №3.

- С. 616-618.

107. Углов, А.А. О нестационарном термокапиллярном перемешивании расплава в зоне обработки металлов лазерным излучением / А.А. Углов, И.Ю. Смуров, А.Г. Гуськов, К.И. Татаров // Лазерная технология. - 1987. - Вып. 3. -

C. 14-19.

108. Гуськов, А.Г. Термокапиллярная конвекция в мелкой ванне расплава при плавлении твердого тела концентрированными потоками энергии / А.Г. Гуськов, И.Ю. Смуров, А.А. Углов //Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. - 1988. - №1. - С. 155-162.

109. Углов, А.А. Термокапиллярный массоперенос при лазерном легировании металлов / А.А. Углов, И.Ю. Смуров, К.И. Татаров [и др.] // Физика и химия обработки материалов. - 1988. -№6. - С. 24-29.

110. Дьяченко, С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах.

- М.: Металлургия, 1982. - 128 с.

111. Сафонов, А.Н. Расчет кинетики аустенизации сталей при лазерном нагреве /А.Н. Сафонов, Е.А. Щербакова, М.Н. Ивлиева [и др.] // Инженерно-физический журнал. - 1989. - т.57. - №6. - С. 959-964.

112. Гаврилов, Г.Н. Исследование фазового состава и совершенствование технологии лазерного термоупрочнения углеродистых сталей / Г.Н. Гаврилов, В.Г. Петриков, А.Л. Голованов, Н.М. Кулин // Прогрессивные технологии - основы качества и производительности обработки изделий: Материалы науч.-техн. конференции. - Н. Новгород: АТН РФ ВВО, 1995. - С. 104-107.

113. Лешковцев, В.Е Влияние напряжений на структурные превращения в стали 75Х2Е1ТМФ / В.Е. Лешковцев, A.M. Покровский, И.А. Тарасов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1991. - №2. - С. 19-21.

114. Лошкарев, В.Е. Математическое моделирование процесса закалки с учетом влияния напряжений на структурные превращения в стали / В.Е. Лошкарев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1986. - № 1. - С. 2-6.

115. Лошкарев, В.Е. Расчетное исследование влияния напряжений на структуру закаливаемых стальных изделий /В.Е. Лошкарев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1990. - №3. - С. 17 -22.

116. Андрияхин, В.М. Экспериментальная проверка расчетов термоупрочнения железоуглеродистых сплавов с помощью СО2-лазера непрерывного действия / В.М. Андрияхин, B.C. Майоров, Н.Т. Чеканова, В.П. Якунин // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1983. - №9. - С. 145-150.

117. Спиридонов, В.П. Математическая обработка физико-химических данных / В.П. Спиридонов, А.А. Лопаткин. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 222 с.

118. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов - М.: Машиностроение, 1981. -184 с.

119. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия /Отв. редактор М.Е. Жаботинский. - М.: Сов. энциклопедия, 1969. - 432 с.

120. Козлов, Г.И. Непрерывный оптический разряд - лазерно-плазменный источник ионов и излучения / Г.И. Козлов // Новые российские разработки в лазерной науке, технике и технологии. Сборник научно-практических статей. Выпуск 1. - Калуга: Изд-во АКФ «Политон». - 2005. - С. 41-45.

121. 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.

122. Васильченко, Ж.В. Взаимодействие излучения непрерывного СО2 -лазера с плазмой у поверхности металлической подложки /Ж.В. Васильченко,

B.В. Ажаронок, А.М. Забелин. - Минск.: Изд-во института физики АН СССР, Препринт №694, 1994. - 20 с.

123. Арцимович, Л.А. Элементарная физика плазмы /Л.А. Арцимович. - М.: Атомиздат, 1986. - 200 с.

124. Кривцун, И.В. Гибридные лазерно-дуговые процессы сварки и обработки материалов: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.02.10 / Кривцун Игорь Витальевич. - Киев, 2002. -393 с.

125. Marinin, E.A. Increasing the intensity of cementation process of tool low-alloy steels by surface laser treatment / E.A. Marinin, S.P. Grachev, A.L. Flaxman // Materials Science Forum. - 2016. - Vol. 870. - P. 377-382.

126. Углов, А.А. Моделирование поверхностного азотирования металлов из газовой атмосферы при импульсном лазерном облучении /А.А. Углов, А.Г. Гнедовец, О.М. Портнов //Физика и химия обработки материалов. - 1988. - №2. -

C. 62-67.

127. Морящев, С.Ф. Экспериментальная оценка частоты пульсирующего движения расплава при лазерном легировании / С.Ф. Морящев, И.М. Шарофеев, Д.Д. Городецкий // Физика и химия обработки материалов. - 1988. - №6. - С. 110111.

128. Левченко, Е.Б Неустойчивость капиллярных ванн в неоднородно нагретой жидкости при воздействии лазерного излучения /Е.Б. Левченко, А.Л. Черняков //Физика и химия обработки материалов. - 1983. - №1. - С. 129-130.

129. Аверин, В.В. Азот в металлах / В.В. Аверин, А.В. Ревякин. - М.: Металлургия, 1976. -224 с.

130. Коган, М.Н. О роли слоя Кнудсена в теории гетерогенных химических реакций и в течениях с реакциями на поверхности /М.Н. Коган, Н.К. Мокашов //Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. - 1971.- №6.- С. 3-11.

131. Алексеев, Н.И. Дуговой разряд с испаряющимся анодом (Почему род буферного газа влияет на процесс образования фуллеренов?) /Н.И. Алексеев, Г.А. Дюжев // Журнал технической физики. - 2001. - т.71. - №10. - С. 41-49.

132. Ytrehus, T. Asymmetries in evaporation and condensation Knudsen layer problem / T. Ytrehus // Phys. Fluids. - 1983. - Vol. 26. - №4. - P. 939-949.

133. Леушин, И.О. Влияние газовой фазы на процесс науглероживания /И.О. Леушин, Н.Ю. Голубев, СВ. Калистов, Г.И. Тимофеев // Литейщик России. - 2007.-№7. - С. 23-26.

134. Калистов, С.В. Повышение эффективности процесса науглероживания расплава при изготовлении массивных отливок ответственного назначения из синтетического чугуна: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.04 / Калистов Сергей Валентинович. - Нижний Новгород, 2008. - 154 с.

135. 3айт, В. Диффузия в металлах / В.Зайт. - М.: Иностранная литература, 1958. - 382 с.

136. Плышевский, А.А. Кинетика растворения углерода в расплавах Fe-C-Si / А.А. Плышевский, В.Н. Михалец, М.М. Шакиров, B.C. Кудрявцев // Производство ферросплавов. - 1975. - № 1. - С. 3-9.

137. Лепинских, Б.М. Диффузия элементов в жидких металлах группы железа / Б.М. Лепинских, А.В. Кайбичев, Ю.А. Савельев. - М.: Наука, 1974. - 190 с.

138. Горшкова, Т.Д. Математическое моделирование процесса лазерного легирования / Т.Д. Горшкова // Управление строением отливок и слитков. -Межвузовский сб. научн. трудов. - Вып. 1. - Н. Новгород: НГТУ, 1998. -С. 123 - 124.

139. Лариков, Л.Н. Диффузионные свойства металлов и сплавов. Справочник / Л.Н. Лариков. - Киев: Наукова думка, 1983. - 512 с.

140. Багрянский, К.В. Теория сварочных процессов / К.В. Багрянский, З.А. Добротина, К.К. Хренов. - К.: Вища школа, 1976. - 424 с.

141. Черный, А.А. Пирометаллургические расплавы в железоуглеродистых расплавах применительно к газовой плавке металла: учебное пособие / А.А. Черный. - Пенза: Пензенский государственный университет, 2008. - 55с.

142. Kulakov, S. On the Mechanism of Adhesive and Tribocorrasion Wear Under Dry Friction and Boundary Lubrication / S. Kulakov // Proc. of the JAPAN Intern. Tribology Conf, Nagoya. - 1990. - Vol. 1. - P. 493-498.

143. Chanc, Mazumder J., A Two-Dimensional Transient Model for Convection in Kazer Melted Pool / Mazumder J Chanc, М.М. Chen // Metallurgical Transactions. -1984. - Vol. l5A. - № 12. - P. 2175-2184.

144. Таблицы физических величин. Справочник / под ред. И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. - 1005 с.

145. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1975. -

584 с.

146. Григорьянц, А.Г. Упрочнение поверхности сплавов лазерным излучением / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов, В.М. Тарасенко // Поверхность. Физика. Химия. Механика. - 1983. - №9. - С. 124-131.

147. Филькенбург, В. Электрические дуги и термическая плазма / В. Филькенбург, Г. Меккер. - М.: Изд. иностр. лит., 1961. - 310 с.

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

149. Маринин, Е.А. Исследование структуры и свойств сталей после лазерной цементации с использованием энергии лазерного излучения /Е.А. Маринин, А.М. Чирков, Г.Н. Гаврилов // Современные технологии в машиностроении и литейном производстве: материалы III междунар. науч.-практ. конф. / под ред. д-ра техн. наук, проф. И.Е. Илларионова. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та - 2017. - С. 372-375 с.

150. Братухин, А.В. Значимость лазерного упрочнения конструкционных и инструментальных сталей при создании высокоэффективных изделий

машиностроения / А.В. Братухин, Г.Н. Гаврилов // Наука и технологии в промышленности. - 2012. - №4. - С.48-52.

151. Макаров, А.В. Влияние лазерной закалки и последующей термической обработки на структуру и износостойкость цементированной стали 20ХН3А / А.В. Макаров, Л.Г. Коршунов, И.Ю. Малыгина, А.Л. Осинцева // Физика металлов и металловедение. - 2007. - т.103. -№5. - С.536-548.

152. Чейлях, А.П. Влияние закалки на структуру, состав метастабильного остаточного аустенита и абразивную износостойкость цементованных конструкционных сталей / А.П. Чейлях, М.А. Рябикина, Н.Е. Караваева // Вестник Приазовского государственного технического университета. - 2012. - Вып. 25. -С.95-101.

153. Кремнева, Л.В. Режимы лазерного упрочнения дереворежущего инструмента из легированных сталей / Л.В. Кремнева, В.И. Малыгин, К.К. Снегирева // ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2016. -№5. - С. 157-166.

154. Ставрев, Д.С. Образование и изменение карбидов в железоуглеродистых сплавах под воздействием КПЭ / Д.С. Ставрев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2003. - №11. - С.3-6.

155. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 544 с.

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

Общий вид и характеристики экспериментального стенда для лазерной

цементации

Рисунок П. 1.1 - Источник лазерного излучения с чиллером

Рисунок П.2.2 - Стойка ЧПУ и оснастка

Таблица П.1.1 - Технические характеристики и параметры экспериментального стенда для лазерной цементации на базе дискового лазера ТГ^БО 1000

Параметр Значение

Максимальная мощность излучения 1000 Вт

Типовая стабильность мощности при номинальной мощности ±1% при активной регулировке мощности

Непрерывно регулируемый диапазон мощности 60 Вт - 1000 Вт при активной регулировке мощности

Качество излучения 2 мм-мрад

Апертурное число 0,1

Длина волны 1030 нм

Фокусное расстояние 450 мм

Максимальный диаметр лазерно-лучевого световодного кабеля 50 мкм

Класс защиты 1Р54

Температура окружающей среды 10°С - 50°С

Габаритные размеры:

ширина 730 мм

высота 1375 мм

глубина 1120 мм

Максимальное количество световодных кабелей 2

Листинг решения уравнения теплопроводности в среде МаШСаё

Построения выполнены для следующих режимов: д=7,6-104 Вт/см2; и=30 мм/с.

Листинг решения уравнения массопереноса в среде МаШСаё

1 Задаемся исходными данными (все физические величины приведены в ед изм. СИ)

1.1 Значением коэффициента диффузии углерода

-9

О = (5 10

1.2 Временем лазерного воздействия (отношение диаметра пятна к скорости перемещения луча лазера)

(1 := 0.001 диаметр пятна сфокусированного лазерного излучения

V := 0 .03 (1

г ■-

скорость пермещения пятна лазерного излучения г = 0.033

V

1.3 Составляющая скорости конвективного пермешивания. направленная вглубь материала:

и := 0.001

2 Записываем найденное решение уравнения массопереноса

2.1 Указываем значение потока частиц углерода, найденное из решения внешней задачи:

] := 0.09

2.2 Общий вид решения уравнения [Со соответствует исходному содержанию углерода 1.0%)

ОД :=

г1

и ■ £

4 О е

¿5-

2 О

и

г—■[ 2

+

2.3 Задаем диапазон значений глубины г

2 1=0,110 5. 2 10 4

2.4 Выводим таблицу значений распределения концентрации углерода вглубь от поверхности (в кг/куб.м)

135.612 118.658 102.561 90.423 93.175 79.753 7Э.479 7Э.105 79.018 78.003 78 78 78 78 78

2.5 Строим графический профиль распределения концентрации углерода

_I_I_I_

1x10"4 1:*10~4 :*1(Г4

6010

Построение концентрационного профиль выполнено для следующих режимов: д=7,6-104 Вт/см2; и= 30 мм/с; начальное содержание углерода - 1%. Концентрация углерода приведена в кг/м3.

Планирование и обработка полного факторного эксперимента

Таблица П.4.1 - Расчет дисперсии для стали 9ХС

ей Значения у

£ Л С О л Серия опытов У1 1 1 1 Г<1 1 1 1 X2 &

о Я £

1 2 3 4 5

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0 0,4 0,16 0,16 0,36 0,16 0,36 1,2 0,3 0,548

3 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4 0 0 0 0 0 0,6 0,36 0,36 0,16 0,16 0,16 1,2 0,3 0,548

5 0 0 1 1 1 0,2 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

6 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Сумма 0,8

Дисперсия воспроизводимости б2^} 0,1

0,55 Критерий Стьюдента, ¿табл.=2,78

1,83 0,55>2,78; 1,83>2,78. (не выполн.) повторные опыты не ошибочны

Стабл =0,391

Критерий Кохрена Срасч. =0,375

0,375<0,396, условие выполняется, дисперсии однородны.

Таблица П.4.2 - Расчет коэффициентов регрессии для стали 9ХС

а т

ы п о с^ е м хо Х1 Х2 Х5 2 X х1 X х1 х2 X 1 х1 Уг х1 х2 X 2 X 1 х1 X 1 х1 х2 х2 1 х1

о Я

1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

2 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 0,4 -0,4 0,4 0,4 -0,4 -0,4 0,4 -0,4

3 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0

4 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 0,6 -0,6 -0,6 0,6 0,6 -0,6 -0,6 0,6

5 1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 0,2 0,2 0,2 -0,2 0,2 -0,2 -0,2 -0,2

6 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

7 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

8 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0

Сумма: -0,8 0 0,8 0,4 -1,2 -0,4 0

Окончание таблицы П.4.2

Ъг 0,15 -0,1 0 0,1 0,05 -0,15 -0,05 0

АЪг ±0,17

Математическая модель: у = 0,15 - 0,1х1 + 0,1х3 - 0,15х1х3

Таблица П.4.3-Проверка адекватности математической модели для стали 9ХС

Номер опыта М Уфасч Ау Ау2

1 0 0 0 0

2 0,4 0,5 -0,1 0,01

3 0 0 0 0

4 0,6 0,5 0,1 0,01

5 0,2 0,1 0,1 0,01

6 0 0 0 0

7 0 0,1 -0,1 0,01

8 0 0 0 0

1=4 Сумма: 0,04

Дисперсия адекватности 5ад: 0,01

Критерий Фишера, /=4, д=0,05

р ' расч. ^табл. П <~ р грасч. — гтабл.

0,1 6,4 выполняется Модель адекватна

Таблица П.4.4 - Расчет дисперсии для стали 9ХФ

ей Значения у

£ ы п о а е Серия опытов 1 1 14 1 14 1 1М 1 сч 1 X2 &

ем о К 1 £ 3

1 2 3 4 5

1 0 1 0 0 0 0,2 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

2 1 0 0 0 1 0,4 0,36 0,16 0,16 0,16 0,36 1,2 0,3 0,548

3 0 1 1 0 0 0,4 0,16 0,36 0,36 0,16 0,16 1,2 0,3 0,548

4 0 1 1 1 0 0,6 0,36 0,16 0,16 0,16 0,36 1,2 0,3 0,548

5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 0 1 0 0 0 0,2 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

8 0 0 0 1 0 0,2 0,04 0,04 0,04 0,64 0,04 0,8 0,2 0,447

Сумма 1,5

Дисперсия воспроизводимости s2{i} 0,1875

Критерий Стьюдента, ^табл=2,78

1,09>2,78; 0,73>2,78. (не выполн.) повторные опыты не ошибочны

Стабл. 0,391

Критерий Кохрена Срасч. =0,2

0,2<0,391, условие выполняется, дисперсии однородны.

Таблица П.4.5 - Расчет коэффициентов регрессии для стали 9ХФ

Номер опыта хо Х1 Х2 Х5 2 X X X X X X 1 X Уг X X ^ X X 1 X X 1 X X X 1 X

1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

2 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 0,4 -0,4 0,4 0,4 -0,4 -0,4 0,4 -0,4

3 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 0,4 0,4 -0,4 0,4 -0,4 0,4 -0,4 -0,4

4 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 0,6 -0,6 -0,6 0,6 0,6 -0,6 -0,6 0,6

5 1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0

6 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

7 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 0,2 0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 0,2 0,2

8 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 0,2 -0,2 -0,2 -0,2 0,2 0,2 0,2 -0,2

Сумма: -0,4 -0,8 1,2 0 -0,4 0 0

Ъг 0,25 -0,05 -0,1 0,15 0 -0,05 0 0

АЪг ±0,22

Математическая модель: у = 0,25 - 0,1х2 + 0,15х3

При проверке адекватности модели в первом приближении принимаем линейную зависимость, исключая фактор х1 из-за его малой значимости.

Таблица П.4.6 - Проверка адекватности математической модели для стали

9ХФ

Номер опыта Й Уфасч Ду Ду2

1 0,2 0,3 -0,1 0,01

2 0,4 0,3 0,1 0,01

3 0,4 0,5 -0,1 0,01

4 0,6 0,5 0,1 0,01

5 0 0 0 0

6 0 0 0 0

7 0,2 0,2 0 0

8 0,2 0,2 0 0

1=4 Сумма: 0,04

Дисперсия адекватности 5ад: 0,01

Критерий Фишера, /=4, д=0,05

р ' расч. ^табл. П <~ р грасч. — гтабл.

0,053 6,4 выполняется Модель адекватна

Вывод: для стали 9ХФ влияние на образование дефектов оказывают только скорость обработки и плотность мощности лазерного излучения.

Таблица П.4.7 - Расчет дисперсии для стали ХВГ

ей Значения у

£ Л С О Он Серия опытов У1 1 1 1 1 1 1 X2 &

о Я £

1 2 3 4 5

1 0 0 1 0 0 0,2 0,04 0,04 0,64 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

2 0 0 1 1 0 0,4 0,16 0,16 0,36 0,36 0,16 1,2 0,3 0,548

3 0 1 1 0 1 0,6 0,36 0,16 0,16 0,36 0,16 1,2 0,3 0,548

4 1 1 1 1 0 0,8 0,04 0,04 0,04 0,04 0,64 0,8 0,2 0,447

5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 0 1 0 0 0 0,2 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

8 0 1 0 0 0 0,2 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

Сумма 1,4

Дисперсия воспроизводимости б2^} 0,175

Критерий Стьюдента, ¿табл.=2,78

1,09>2,78; 0,73>2,78. (не выполн.) повторные опыты не ошибочны

Стабл. 0,391

Критерий Кохрена Срасч. =0,21

0,21<0,391, условие выполняется, дисперсии однородны.

Таблица П.4.8 - Расчет коэффициентов регрессии для стали ХВГ

Номер опыта хо Х1 Х2 Х5 2 X х1 X х1 х2 X 1 х1 Уг х1 х2 ^ X X 1 х1 X 1 х1 х2 х2 1 х1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

2 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 0,4 -0,4 0,4 0,4 -0,4 -0,4 0,4 -0,4

3 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 0,6 0,6 -0,6 0,6 -0,6 0,6 -0,6 -0,6

4 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 0,8 -0,8 -0,8 0,8 0,8 -0,8 -0,8 0,8

5 1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0

6 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

7 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 0,2 0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 0,2 0,2

8 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 0,2 -0,2 -0,2 -0,2 0,2 0,2 0,2 -0,2

Сумма: -0,4 -1,2 1,6 0 -0,4 -0,4 0

Ъг 0,3 -0,05 -0,15 0,2 0 -0,05 -0,05 0

АЪг ±0,21

Математическая модель: у = 0,3 - 0,15х2 + 0,2х3

При составлении математической модели пренебрегаем фактором х1.

Таблица П.4.9 - Проверка адекватности математической модели для стали

ХВГ

Номер опыта У\ Уфасч Ду Ду2

1 0,2 0,35 -0,15 0,0225

2 0,4 0,35 0,05 0,0025

3 0,6 0,65 -0,05 0,0025

4 0,8 0,65 0,15 0,0225

5 0 -0,05 0,05 0,0025

6 0 -0,05 0,05 0,0025

7 0,2 0,25 -0,05 0,0025

8 0,2 0,25 -0,05 0,0025

1=4 Сумма: 0,06

Дисперсия адекватности д: 0,015

Критерий Фишера, /=4, д=0,05

р ' расч. ^табл. П <~ р грасч. — гтабл.

0,09 6,4 выполняется Модель адекватна

Вывод: для стали ХВГ влияние на образование дефектов оказывают только скорость обработки и плотность мощности лазерного излучения.

Таблица П.4.10 - Расчет дисперсии для стали 8Х6НФТ

ей Значения у

Н ы п О а е Серия опытов У! 1 1 1 1 1 см 1 X2 &

м о К £

1 2 3 4 5

1 0 1 1 0 0 0,4 0,16 0,36 0,36 0,16 0,16 1,2 0,3 0,548

2 1 0 1 1 1 0,8 0,04 0,64 0,04 0,04 0,04 0,8 0,2 0,447

3 1 0 1 0 1 0,6 0,16 0,36 0,16 0,36 0,16 1,2 0,3 0,548

4 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6 1 1 1 0 0 0,6 0,16 0,16 0,16 0,36 0,36 1,2 0,3 0,548