- •25 Лекция 12
- •12. Физико-химические и физические основы лазерной и электронно-лучевой обработки структур
- •12.1. Лазерная обработка Принцип действия лазера
- •Характеристики лазерного излучения
- •Механизмы лазерного разрушения материалов
- •Методы поверхностной лазерной обработки
- •Лазерная сварка
- •12.2. Электронно-лучевая обработка
- •Физические основы взаимодействия ускоренных электронов с веществом
- •Электронно-лучевая сварка
- •Электронно-лучевая термообработка
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.