40.Особенности структурных превращений в чугунах при лазерном нагреве.

Лазерная обработка чугунов с оплавлением приводит к растворению графита в расплаве, вследствие чего в зоне оплавления формируется структура отбеленного чугуна. Кристаллизация происходит при высоких скоростях охлаждения, поэтому в структуре отбеленного чугуна наблюдается выравнивание концентрации кремния. Эта структура характеризуется очень мелкими дендритами или ячейками аустенита, в междендритных промежутках которых расположена двухфазная составляющая – ледебурит. Особенность ледебурита в том, что он почти полностью состоит из цементита, т.е. кристаллизация осуществляется по механизму, близкому к квазиэвтектическому. Эвтектические блоки в результате продольного роста ориентированы в направлении теплоотвода. Большое количество цементита определяет высокую твердость этой зоны.

Микротвердость зоны оплавления чугунов различных марок несколько отличается и имеет следующие значения, МПа: 8000 – 10000 для ВЧ 60; 6400 – 9450 для ВЧ 50; 7400 – 9000 для СЧ 24; 6000 – 8000 для КЧ 35–10.

В некоторых случаях микротвердость поверхностных участков зоны оплавления имеет пониженные значения. Это связано с наличием графита в верхних слоях зоны оплавления ввиду неполного его растворения или всплытия из нижних слоев. Иногда это явление сопровождается образованием мелких пор в приповерхностных участках.

Граница между зоной оплавления и ЗТВ в чугунах является неровной вследствие эффекта "контактного плавления", заключающегося в насыщении углеродом металлической матрицы около графитовых включений и понижении температуры плавления согласно диаграмме Fe–Fe₃C.

Степень насыщения углеродом на различных расстояниях от графитовых включений различна. Рядом с графитом образуется слой с преобладанием цементита, далее – пластинчатый ледебурит, ледебурит и аустенит, однородный аустенит и, наконец, – аустенитно-мартенситная игольчатая структура.

Микротвердость этих слоев также различна и составляет 6400 – 6700 МПа для аустенитной и аустенитно-мартенситной структуры, 10000 – 12000 МПа для цементитной и ледебуритной структуры.

В нижней части ЗТВ влияния насыщение матрицы из графита очень незначительное, потому структура представляет собой мартенсит и остаточный аустенит.

48. Енергетичний баланс процесу лазерного газопорошкового

Наплавлення

Е= E1+E2+ E3+E4+ E5+E6+ E7+ E8+E9+ E10

де E- енергія лазерного випромінювання джерела випромінювання,

E1 - енергія випромінювання, що витрачена на доставку променя оптичними та дзеркальними елементами тракту до робочої зони; E2 - енергія випромінювання, як диффузно, так і дзеркально відбита від поверхні, що опромінюється, E3 - частина поглиненої енергії, витраченої на нагрівання від Т0 до Тпл і плавлення матеріалу основи, E4 - енергія

випромінювання, витрачена на нагрівання від Т0 до Тпл і плавлення порошкового наплавляемого матеріалу, E5 - частина поглиненої енергії, витрачена на структурно-фазові перетворення, E6 - частина поглиненої енергії, випроменена нагрітими обсягами

матеріалу, E7 - частина поглиненої енергії, витрачена на конвективний теплообмін з навколишнім середовищем; E8 - частина поглиненої енергії, витрачена на початкове пошкодження поверхні; E9 - частина лазерної енергії, витрачена на кінетику процесса; E₁₀ - частина поглиненої енергії, витрачена на хімічні реакції в зоні обробки.

50.

Рис 1 Схема лазерно-плазмового наплавлення

56. Основними параметрами, що визначають всі фізико-хімічні процеси, що протікають у поверхневому шарі при лазерно-плазмовому наплавленні, є - температура нагрівання ( T_m ), час нагрівання ( t_m ), швидкість охолодження ( V_c ). Ці параметри перебувають у прямій залежності від ряду факторів, пов'язаних з лазерним променем ( довжина хвилі, потужність й її розподіл, розмір і форма плями фокусування, поляризація), оброблюваною деталлю (початкова температура, форма, маса, хімічний склад, теплофізичні й оптичні властивості присутність оксидної плівки(чистота поверхні), порошком, що наплавляється, ( температура, хімічний склад, теплофізичні властивості, витрата, напрямок і кут подачі, дисперсність), і умовами реалізації процесу (швидкість наплавлення, температура оточуючого середовища, швидкість транспортуючого газу, технологічна схема).

59.61

Рис. 7 Загальний алгоритм лазерно-плазмового наплавлення матеріалу (початок)

Рис. 7 Загальний алгоритм лазерно-плазмового наплавлення матеріалу (продовження)

57. Поглощение лазерного излучения дуговой плазмой приводит к существенному повышению температуры ее центральных областей, причем максимально достижимые значения Т увеличиваются с ростом мощности пучка P. Отмеченный рост температуры плазмы способствует повышению ее электропроводности и, как следствие, увеличению плотности тока в приосевой зоне разряда. Таким образом, разряд, генерируемый лазерно-дуговым плазмотроном, характеризуется повышенной концентрацией тепловой и электрической энергии в той области плазмы, которая подвергается воздействию лазерного пучка и жестко связана с его осью, а также высокой пространственной стабильностью этой области (рис. 37).

Рис. 37. Пространственные распределения температур плазмы разряда в лазерно-дуговом плазмотроне (I=200A) при мощности лазерного пучка: 1 кВт (1), 2 кВт (2), 3 кВт (3). 0 кВт (штриховая кривая)

r – расстояние от оси лазерного луча

Z – расстояние от среза катода

Описанное изменение теплового режима горения плазменной дуги, под воздействием лазерного излучения, вызывает существенное перераспределение газодинамических характеристик потока плазмы при увеличении P. Одной из основных причин этого является снижение вязкости аргоновой плазмы при повышении температуры. Другой причиной является упомянутое выше перераспределение плотности тока в разряде, усиливающее роль электромагнитных сил в ускорении плазменного потока. В результате аксиальная компонента скорости плазмы на оси разряда заметно увеличивается. Несмотря на возрастание скорости, снижение плотности плазмы при повышении температуры приводит к тому, что газодинамическое давление плазменного потока в приосевой зоне комбинированного разряда несколько уменьшается. Следует отметить, что это снижение, вызывающее уменьшение динамического воздействия на поверхность расплавленного металла, важно для процесса наплавки с использованием лазерно-дугового плазмотрона.