Анотація до роботи:

Семирга О.М. Закономірності формування структурно-фазового стану покриттів та приповерхневих шарів сплавів на основі заліза і титану при комбінованій імпульсній обробці. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 – металознавство та термічна обробка металів. - Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено дослідженню фазового та структурно-напруженого стану електроіскрових покриттів та приповерхневих шарів сплавів на основі заліза і титану під дією комбінованої електроіскрової і лазерно-ультразвукової обробки.

Прямими структурними методами показано, що структурно-фазовий склад ЕІП на сталі У8 визначався дисоціацією карбіду WC на складові W₂C і W та їх подальшою ерозією, взаємодією продуктів ерозії з елементами міжелектродного середовища (вуглецем, азотом, киснем), взаємною дифузією елементів покриття і сталевої підкладки, а також висхідною дифузією вуглецю із приповерхневих шарів підкладки.

Вперше встановлено, що в процесі формування покриття мала місце вторинна карбідізація вольфраму, що утворився при дисоціації карбіду WC.

Аналіз структурно-напруженого стану системи показав, що у сполуці на основі ТіС формувалися розтягуючі, а в складових покриття W₂C, W і складовій Fe_a підкладки – стискуючі залишкові напруги. У високовуглецевому аустенітному прошарку підкладки залишкові напруги були практично зрелаксованими, що сприяло зменшенню градієнта напруг на міжфазній границі і збільшенню товщини покриття.

Встановлено, що лазерний нагрів ЕІП поліпшував його експлуатаційні властивості за рахунок засвоєння азоту із збільшенням частки нітриду TiN в карбонітриді TiCN, додаткової вторинної карбідизації W із утворенням високоміцного карбіду W₂C та вибіркової релаксації знеміцнюючих розтягуючих при збереженні зміцнюючих стискуючих залишкових напруг.

Лазерна обробка в ультразвуковому полі титанових сплавів
ВТ-22 і ВТ-23 інтенсифікувала процес азотування із атмосфери з утворенням нітридів TiN, Mo₂N, VN та азотистих твердих b- і a- розчинів.

1. Структурно-фазовий склад ЕІП на сталевій підкладці У8 визначався практично повною дисоціацією карбіду WC на поверхні легуючого електрода Т15К6 на складові W₂C і W та їх подальшою ерозією, взаємодією продуктів ерозії з елементами міжелектродного середовища (вуглецем, азотом, киснем), взаємною дифузією елементів покриття і сталевої підкладки, а також висхідною дифузією вуглецю із приповерхневих шарів підкладки.

2. Виявлено складний структурно-напружений стан гетерофазних ЕІП і приповерхневих шарів підкладки та показано, що залишкові напруги у різних фазових складових формувалися за різними закономірностями - у сполуці на основі ТіС формувалися розтягуючі, а в складових W₂C, W, Fe_a - стискуючі напруги.

3. Висхідна дифузія вуглецю в процесі ЕІО сталевої підкладки індукувала обернене мартенситне a-g-перетворення, призводила до формування в перехідній області карбіда Fe₃W₃C та викликала вторинну карбідизацію вольфраму, що утворився при попередній дисоціації карбіду WC.

4. В процесі ЕІО в приповерхневому шарі сталевої підкладки формувався високовуглецевий аустенітний прошарок, в якому залишкові напруги були практично зрелаксовані за рахунок протікання a-g-перетворення із зменшенням питомого об’єму. Релаксаційна здатність аустенітного прошарку зростала при інтенсивних режимах ЕІО, що сприяло зменшенню градієнта напруг на міжфазних границях та збільшенню товщини покриття.

5. У каналі електричного розряду синтезувався карбонітрид титану TiCN із збільшенням частки TiN при інтенсивних режимах ЕІО до 70-80%.

6. Лазерний нагрів ЕІП здатний поліпшити його експлуатаційні властивості за рахунок додаткового засвоєння азоту із збільшенням частки нітриду TiN в карбонітриді TiCN, вторинної карбідизації вольфраму із утворенням високоміцного карбіду W₂C та вибіркової релаксації знеміцнюючих розтягуючих при збереженні зміцнюючих стискуючих залишкових напруг.

7. ЛО титанових сплавів ВТ-22 і ВТ-23 в режимі оплавлення призвела до синтезу нітриду TiN з параметром гратки, меншим за величину, характерну для сполуки стехіометричного складу. Процес азотування з атмосферного повітря інтенсифікувався при лазерному оплавленні в ультразвуковому полі, в результаті чого утворився нітрид TiN практично стехіометричного складу, підвищився вміст азоту в b- і a- твердих розчинах і додатково синтезувалися нітриди Mo₂N і VN. Інтенсифікація засвоєння азоту була пов’язана з ефективним перемішуванням лазерного розплаву в ультразвуковому полі, коли на додаток до термокапілярного вихрового плину виникала кавітація розплаву, що забезпечувало масоперенесення по всій глибині ванни.

Основні результати дисертації опубліковані у наступних роботах:

1. Бондар В.Й., Данільченко В.Ю., Прокопенко Г.І., Семирга О.М. Лазерно-ультразвукова обробка титанового сплаву ВТ-22 // Доповіді Національної академії наук України.- 2003.- №9 .- С. 97-102.

2. Данільченко В.Ю., Семирга О.М. Закономірності формування електроіскрових покриттів на сталевій підкладці // Металознавство та обробка металів.- 2003.- № 2.- С. 25 –30.

3. Бондарь В.И., Данильченко В.Е., Прокопенко Г.И., Семирга А.М. Структурно-фазовое состояние титанового сплава после лазерной обработки в ультразвуковом поле // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003.- №4.- С. 485-500.

4. Bondar V.I, Gubin Yu.V., Danil’chenko V.E., Paustovsky A.V., Semyrga A.M. Structure and phase state of spark coating // Materials and Coatings for extreme Performances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Technologies for Their Production and Utilization. Proceedings of conference. – Katsavely (Ukraine), 2002. - P. 492-493.

5. Данильченко В.Е., Семирга А.М. Структурные факторы лазерного упрочнения стали // IX Международный семинар “Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов”. Тезисы докладов. - Екатеринбург (Россия), 2002.- С.153.

6. Данильченко В.Е., Семирга А.М. Влияние лазерной обработки аустенита на структурное состояние метастабильных сплавов Fe-Ni и Fe-Ni-C // VI Всероссийская конференция “Структура и свойства аустенитных сталей и сплавов”. Тезисы докладов. - Екатеринбург (Россия), 2001. – С. 79.

7. Bondar V.I., Danilchenko V.E., Semyrga O.M. Structural-phase state of carbon steel after impulse treatment // 8^th European Powder Difffaction Conference. Collected abstracts. – Uppsala (Sweden), 2002. - P. 134.