Электронно-лучевая термообработка

Такие свойства металлических материалов, как проч­ность и твердость, наряду с химическим составом и од­нородностью материала определяются его кристалличе­ской структурой и размерами зерен. Эти свойства тесно связаны с особенностями способа получения материала и в первую очередь с условиями кристаллизации, а так­же со способами его дальнейшей обработки, например с процессами механической деформации и термообра­ботки.

Напряжения, действующие в изготовленной детали при ее эксплуатации, как правило, распределены так, что предъявляют повышенные или различные требова­ния к механическим свойствам определенных участков детали, например ее поверхностных слоев. Во многих из таких случаев локальные переплав или закалка участ­ков деталей с помощью электронных пучков позволяют получить значительное локальное улучшение свойств материала и повысить тем самым эксплуата­ционные показатели детали в целом.

При обработке с расплавлением материал в области, ограниченной воздействием электрон­ного пучка, кратковременно нагревается до температуры выше точки плавления. Последующее охлаждение за счет отдачи тепла теплопроводностью в соседние, остав­шиеся холодными, области влечет за собой чрезвычайно высокие скорости кристаллизации. Образуется структу­ра, в значительной своей части совершенно отличная от тех, которые получаются при нормальных в технике процессах кристаллизации. Существенно расширяются границы растворимости для твердых растворов. Морфо­логия интерметаллических соединений может изменить­ся таким образом, что первоначально хрупкие материа­лы становятся пластичными. Кроме того, достигается значительное измельчение микроструктуры и разруше­ние сегрегации.

При закалке за время тем­пературного цикла вещество остается в твердом состоя­нии. Эффект закалки при этом проявляется у закали­ваемых материалов. Быстрое нарастание температуры и чрезвычайно короткое в сравнении с другими способа­ми закалки время пребывания материала в нагретом состоянии приводит у закаливаемых сталей к образова­нию особо мелкозернистого аустенита и тем самым к мартенситу с очень высокой твердостью. Конечно, эффект закалки имеет место и при облагораживающем переплаве закаливаемых материалов. При закалке без плавления время температурного цикла составляет при­близительно 10^-5- 1^-1с, при облагораживающем пере­плаве 10^-3- 1 с. Если при обработке без плавления пе­ренос тепла происходит исключительно теплопровод­ностью, то при переплаве энергия может передаваться и в зоны, удаленные от поверхности, при образовании парового капилляра подобно тому, как это происходит при электронно-лучевой сварке.

Обрабатывать можно структуры точечной, линейной формы и площадок. Необходимые скорости отклонения пучка лежат в пределах 0,02 – 1 м/с при облагораживающем переплаве и до 10 м/с – при закалке. Импульсный режим пучка можно использовать в первую очередь для точечной обработки.