Повышение износостойкости сталей методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых смесей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Лосинская, Анна Андреевна

• Лосинская, Анна Андреевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Лосинская, Анна Андреевна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ВВЕДЕНИЕМ УГЛЕРОДА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ (литературный обзор)

1.1 Методы химико-термического упрочнения сталей

1.1.1 Применение процессов цементации для поверхностного упрочнения деталей машин и элементов конструкций

1.1.2 Углерод и его растворимость в железе

1.1.3 Использование различных насыщающих сред в процессе цементации

1.1.4 Формирование науглероженных слоев и их фазовый состав

1.1.5 Термическая обработка поверхностно науглероженных сталей

1.2 Поверхностное упрочнение сталей концентрированными источниками энергии

1.2.1 Упрочнение сталей токами высокой частоты

1.2.2 Лазерное упрочнение стальных изделий

1.2.3 Электронно-лучевая обработка

1.2.4 Плазменное упрочнение

1.3 Нанесение твердых износостойких покрытий из газообразного состояния

1.3.1 РУЛ-процессы получения покрытий

1.3.2 Применение тонких пленок

1.4 Подготовка поверхности перед обработкой

1.5 Масштабирование и воспроизводимость технологий нанесения покрытий

1.6 Выводы

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

2.2 Оборудование и режимы вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковой железо-графитовой смеси

2.3 Оборудование и режимы печного науглероживания стали в твердом карбюризаторе

2.4 Структурные исследования материалов

2.4.1 Оптическая металлография

2.4.2 Просвечивающая электронная микроскопия

2.4.3 Растровая электронная микроскопия

2.4.4 Рентгеноструктурный анализ

2.5 Прочностные и триботехнические испытания материалов

2.5.1 Определение микротвердости

2.5.2 Испытания на ударную вязкость

2.5.3 Изнашивание материалов в условиях трения скольжения

2.5.4 Оценка стойкости материалов в условиях трения о закрепленные частицы абразива

2.5.5 Оценка стойкости материалов в условиях трения о нежестко закрепленные частицы абразива

2.6 Анализ топографии поверхностей изнашивания

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКЕ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СТАЛЬ 20

3.1 Расчет температурных полей

3.2 Математическая модель остаточных напряжений

3.3 Выводы

4 МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛЕЙ МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ УГЛЕРО-ДОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ

4.1 Металлографические исследования наплавленных поверхностных слоев стали

4.2 Результаты структурных исследований с использованием просвечивающей электронной микроскопии

4.3 Структурный анализ наплавленных слоев с использованием растровой электронной микроскопии

4.4 Рентгеноструктурные исследования поверхностных слоев

4.5 Дюрометрические испытания поверхностно упрочненной стали

4.6 Влияние вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродосодер-жащих порошковых смесей на ударную вязкость стали 20

4.7 Результаты триботехнических исследований наплавленных материалов

4.7.1 Особенности изнашивания материалов в условиях трения скольжения

4.7.2 Исследование износостойкости поверхностно упрочненных материалов в условиях абразивного изнашивания

4.8 Выводы

5 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЗАКАЛКА И ОТПУСК ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА

5.1 Структурные исследования поверхностных слоев стали 20 после наплавки углеродосодержащих порошковых смесей с последующей электроннолучевой закалкой и отпуском

5.1.1 Результаты металлографических исследований

5.1.2 Структурные исследования материалов с применением метода электронной микроскопии

5.1.3 Рентгеноструктурные исследования материалов

5.1.4 Микротвердость стали после закалки и отпуска

5.2 Триботехнические испытания поверхностных слоев после наплавки с последующей закалкой и отпуском

5.3 Выводы

6 АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1 Разработка износостойкого покрытия с использованием электронно-

лучевого оплавления углеродного волокна

6.2 Разработка технологического процесса поверхностной вневакуумной электронно-лучевой закалки

6.3 Формирование защитных покрытий методом вневакуумной электроннолучевой наплавки

6.4 Внедрение результатов научной работы в учебный процесс

6.5 Представление материалов работы на научно-промышленных выставках

6.6 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости сталей методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых смесей»

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что к механическим свойствам поверхностных слоев и внутренних объемов изделий предъявляются различные требования. Это вызвано тем, что поверхностные слои изделий как правило подвергаются более интенсивному воздействию окружающей среды. На поверхности деталей машин и элементов конструкций происходят процессы абразивного износа, коррозии, зарождение трещин в результате знакопеременных и контактных нагрузок [1-5].

Для повышения механических свойств поверхностных слоев изделий применяются технологические процессы поверхностного упрочнения. При этом возможно изменение физических, механических свойств, а также химического состава поверхностных слоев. Одним из самых распространенных в промышленности процессов поверхностного упрочнения является цементация низкоуглеродистых сталей. Недостатком этого процесса является его большая длительность, обусловленная необходимостью длительного диффузионного насыщения поверхностей изделий углеродом.

Альтернативным решением по упрочнению поверхности сталей являются технологии, основанные на применении высокоэнергетических методов воздействия. Эти методы позволяют значительно ускорить процесс упрочнения. Такие тепловые источники как лазерный луч, электронный пучок, плазма, токи высокой частоты могут быть использованы для быстрого нагрева или расплавления поверхности за короткий промежуток времени, в течении которого тепло не успевает проникнуть в глубокие объемы изделия. Таким образом, применение высокоэнергетических методов воздействия позволяет быстро упрочнять поверхность изделия, не изменяя свойств его внутренних объемов. Данные методы широко применяются в промышленности, обеспечивая получение покрытий с высокими показателями твердости, коррозионной стойкости, износостойкости и жаростойкости [6].

Актуальность темы исследования

Проблема повышения износостойкости металлических материалов конструкционного назначения, в первую очередь углеродистых сталей, является одной из наиболее актуальных для современного материаловедения. Обусловлено это тем, что большой объем деталей машин и элементов конструкций выходит из строя по причине их изнашивания. Одним из наиболее экономически эффективных решений данной проблемы является цементация. Изучению процессов науглероживания сталей посвящено большое количество работ. Экспериментально оптимизированы режимы цементации многих сталей в газовых и жидких средах, а также в твердых засыпках.

Нанесение защитных покрытий или модифицирование поверхностных слоев существенным образом сказывается на эксплуатационных свойствах изделий, изготовленных из сталей. Цементация низкоуглеродистых сталей позволяет значительно повысить их поверхностную твердость и стойкость в различных условиях изнашивания. Исследования, посвященные разработке и оптимизации технологических процессов модифицирования поверхностных слоев металлических материалов, являются перспективными и актуальными [7-14].

Анализ широко используемых в промышленности процессов цементации свидетельствует о том, что их основным недостатком является большая длительность. Обусловлено это тем, что углерод диффузионным путем должен быть перенесен из внешней среды на большую глубину в стальную заготовку. Вторая проблема заключается в том, что при реализации стандартных технологических процессов цементации сталей практически невозможно обрабатывать особо крупные изделия.

Эффективным решением отмеченной проблемы является применение технологии вневакуумного электронно-лучевого поверхностного легирования сталей. Оборудование для реализации данной технологии - промышленные ускорители электронов - разработано отечественными специалистами из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. В сравнении с другими высокоэнергетически-

ми методами поверхностного упрочнения предложенная обработка имеет ряд важных технологических и экономических преимуществ: высокая мощность (до 100 кВт) и КПД теплового источника, вывод пучка электронов воздушную атмосферу, высокая производительность процесса [15, 16].

Специалистами Института ядерной физики СО РАН, Новосибирского государственного технического университета, Института физики прочности и материаловедения СО РАН и южнокорейскими специалистами проведен ряд исследований по поверхностному легированию металлов и сплавов с использованием технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки [17-26]. Результаты этих работ свидетельствуют о высокой эффективности процессов электронно-лучевого легирования материалов с использованием пучков релятивистских электронов, выпущенных в воздушную атмосферу. В то же время возможности использования этого процесса для насыщения поверхностных слоев сталей углеродом практически не изучены. Решению данной проблемы посвящена представленная диссертационная работа.

Диссертационная работа выполнялась в рамках федерально-целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Степень разработанности

В настоящее время высокоэнергетические методы обработки широко используются в промышленности при реализации процессов резки, сварки, плавления материалов, а также при формировании на деталях поверхностно упрочненных слоев. Насыщение поверхностных слоев сталей углеродом осуществляют методами лазерной [13, 14, 27-31, 34] и плазменной наплавки [32], электроконтактной химико-термической обработки [33]. Как правило, для наплавки используют углерод в форме графита [13, 14, 27-32]. Исследования по вневакуумной электронно-лучевой наплавке углеродсодержащих порошковых смесей не выполнялись ни в российских, ни в зарубежных лабораториях. В работах, выполненных

ранее, для легирования сталей и цветных сплавов с использованием пучков релятивистских электронов применяли порошковые смеси, содержащие хром, бор, кремний, титан, ванадий, ниобий, молибден, тантал [7-14, 17-26].

Цели и задачи исследования

Цель диссертационной работы заключается в повышении износостойкости сталей путем их поверхностного легирования углеродом с использованием метода вневакуумной электронно-лучевой наплавки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Выбор рациональных технологических режимов вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых материалов на стальную основу, обеспечивающих высокое качество поверхностно упрочненных слоев. Оптимизация состава порошковой смеси и концентрации в ней насыщающего элемента.

2 Проведение структурных исследований поверхностных слоев и переходных зон, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых смесей на заготовки из низкоуглеродистой стали.

3 Исследование структуры наплавленных высокоуглеродистых слоев после проведения термической обработки (закалки и отпуска) с использованием ускорителя электронов.

4 Проведение триботехнических исследований высокоуглеродистых наплавленных слоев, а также слоев после наплавки с закалкой и отпуском (в условиях трения скольжения и при воздействии закрепленных и нежестко закрепленных частиц абразива). Анализ ударной вязкости низкоуглеродистой стали с наплавленными слоями.

Научная новизна

1 Выявлены закономерности формирования поверхностных слоев на низкоуглеродистой стали 20 с использованием технологии вневакуумной электроннолучевой наплавки порошковых железо-графитовых смесей. Показано, что мощность теплового источника, зависящая от значения тока пучка электронов, определяет глубину упрочненного слоя, его структуру и механические свойства. При изменении тока пучка от 20 до 26 мА на стальных заготовках сформированы высокоуглеродистые слои (1,57...2,55 % С) толщиной от 1,2 до 2,6 мм. Твердость наплавленного материала составляет 5,7...4,5 ГПа.

2 Экспериментально установлено, что при наплавке порошковой смеси по режиму со сканированием электронного пучка по поверхности стальных заготовок толщиной 10 мм скорость охлаждения материала поверхностного слоя меньше критической, что не позволяет получать структуру мартенсита. Основными структурными составляющими в наплавленных слоях являются ледебурит, вторичный цементит видманштеттова типа и перлит. На основании проведенных исследований с целью формирования структуры высокоуглеродистого мартенсита, обладающего высоким уровнем твердости и износостойкости, обосновано последовательное выполнение операций насыщения углеродом и закалки наплавленного слоя с использованием одного и того же ускорителя электронов. Микротвердость поверхностно закаленных и отпущенных слоев стали и чугуна, сформированных в процессе электронно-лучевой наплавки, достигает 7 и 8 ГПа.

3 Изучено влияние наплавленных слоев на триботехнические и механические свойства стали 20. В условиях воздействия закрепленных и нежестко закрепленных частиц абразива интенсивность изнашивания наплавленных и закаленных электронным пучком поверхностных слоев заэвтектоидной стали (1,57 % С) и до-эвтектического чугуна (2,19 % С) ниже, чем низкоуглеродистой стали, цементованной в твердом карбюризаторе с последующей закалкой и низким отпуском. При испытании по схеме трения скольжения наибольшей износостойкостью обладает слой наплавленного чугуна после электронно-лучевой закалки и отпуска.

4 Установлено, что закалка наплавленных слоев, имеющих структуру белого доэвтектического чугуна, сопровождается ростом внутренних напряжений. С целью предотвращения образования сетки трещин слои белого чугуна рекомендовано использовать без закалки.

5 Показано, что при электронно-лучевой закалке предварительно наплавленных высокоуглеродистых слоев, уменьшение мощности теплового источника приводит к измельчению аустенитного зерна и образующихся в нем мартенсит-ных кристаллов за счет присутствия нерастворившихся пластин вторичного цементита.

Теоретическая и практическая значимость работы

1 Рекомендации по созданию высокоуглеродистых слоев на сталях были использованы при разработке технологии упрочнения деталей типа "втулка" для ОАО «Сибэлектротерм» (г. Новосибирск). Методом электронно-лучевого оплавления углеродного волокна была упрочнена партия втулок, входящих в секцию прикатывающих валков сеялки СЗП - 3,6. Полевые испытания показали, что уровень износа втулок с разработанным покрытием в 1,6 раза ниже по сравнению с втулками, упрочненными по заводской технологии.

2 С использованием результатов диссертационной работы разработан процесс поверхностного упрочнения детали типа «винт», входящей в конструкцию станка для намотки щеток (ООО НПП «ГЕФЕСТ», г. Новосибирск). Предложенный процесс позволяет на 40 % повысить износостойкость винта по сравнению с упрочнением по технологии объемной закалки.

3 Результаты проведенных исследований использованы при разработке защитных покрытий, предназначенных для упрочнения рабочих поверхностей лопаток установки горизонтального бурения (ООО «ЭкспертНефтеГаз», г. Новосибирск).

4 Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на механико-технологическом факультете Новосибирского государственного техни-

ческого университета при чтении лекций и выполнении лабораторных работ в учебных курсах «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов».

Методология и методы исследования

Подходы к решению задач, поставленных в работе, основаны на использовании уникального технологического оборудования (промышленного ускорителя электронов типа ЭЛВ-6) и современного аналитического оборудования, характеризующегося высокой точностью и надежностью методик.

В ходе выполнения диссертационной работы проводились экспериментальные исследования, направленные на подбор рациональных режимов электроннолучевой наплавки углеродсодержащей порошковой смеси. Исследовалось влияние мощности теплового источника на структуру и свойства поверхностных слоев, формирующихся при наплавке порошковых железо-графитовых смесей. При проведении экспериментальных исследований выполнена оценка эффективности процессов электронно-лучевой закалки и отпуска предварительно наплавленных высокоуглеродистых слоев. Целью данного эксперимента являлось увеличение твердости и износостойкости полученных покрытий.

Оценка эффективности разработанных материалов осуществлялась на основании экспериментальных данных, полученных при проведении триботехниче-ских и механических испытаний. Реализованы различные условия абразивного изнашивания, моделирующие реальные условия эксплуатации поверхностно упрочненных изделий.

В рамках диссертационной работы проведена оценка охрупчивания основного металла, вызванного нанесением твердого покрытия. В качестве критерия степени охрупчивания использована величина ударной вязкости поверхностно упрочненных материалов.

Положения, выносимые на защиту

1 Результаты структурных исследований высокоуглеродистых слоев, полученных по технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых железо-графитовых смесей на низкоуглеродистую сталь 20.

2 Результаты исследования градиентной структуры материалов после комбинированной обработки, включающей наплавку, закалку и последующий отпуск с использованием промышленного ускорителя электронов ЭЛВ-6.

3 Результаты исследования поведения композиции «высокоуглеродистый слой - сталь 20» в различных условиях изнашивания и при динамическом нагру-жении.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов экспериментальных исследований достигнута использованием статистических методов обработки полученных данных, применением современного аналитического оборудования, соответствием выводов по работе и современных представлений о природе процессов, происходящих при реализации методов поверхностного упрочнения металлических материалов. Исследования, выполненные другими авторами, прямо и косвенно подтверждают данные, полученные при выполнении работы.

Основные результаты и положения работы докладывались на научной конференции молодых ученых «Progress through innovative technologies» (г. Новосибирск, 2012); на всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (г. Новосибирск, 2012, 2013); на всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» (г. Новосибирск, 2012, 2013); на всероссийской школе-семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (г. Томск, 2012); на XIII международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых (г. Ека-

теринбург, 2012); на IX российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, 2012); на всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2012); на международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии» (г. Томск, 2013).

По результатам исследований опубликовано 16 научных работ, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 11 - в сборниках трудов международных и всероссийских научно-технических конференций.

1 МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ВВЕДЕНИЕМ УГЛЕРОДА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ (литературный обзор)

Важнейшей задачей современного материаловедения является поиск эффективных способов снижения металлоемкости, повышения надежности и долговечности деталей машин и элементов конструкций. Одним из важных направлений в этой области является упрочнение поверхностных слоев изделий, что имеет принципиальное значение с точки зрения взаимодействия изделий с окружающей средой и восприятия внешней нагрузки. Оценивая рациональные подходы к проблеме упрочнения поверхностных слоев, необходимо рассмотреть известные методы модифицирования материалов, возможности создания новых технологий.

В подавляющем большинстве случаев задачи поверхностного упрочнения материалов ориентированы на получение поверхностных слоев материалов, обладающих высокой твердостью при сохранении вязкой сердцевины. Важной задачей является также повышение стойкости материалов при работе в условиях воздействия агрессивных сред, а также повышение их износостойкости в различных условиях воздействия абразива. В настоящее время для решения этих задач применяется множество технологических процессов поверхностного упрочнения, которые условно делятся на три группы [35, 36]. В данной классификации исходным критерием является агрегатное состояние материалов подложки и наносимого покрытия.

1 Методы упрочнения поверхности, при которых изделие и наносимое покрытие находятся в твердом состоянии. К этой группе относятся традиционные технологии, основанные на диффузионном насыщении поверхностных слоев материала различными элементами при повышенных температурах. Речь идет, прежде всего, о химико-термической обработке (ХТО) сталей. К ним относятся такие процессы как цементация, азотирование, борирование и др. Диффузионное насыщение поверхностных слоев происходит в твердой фазе без расплавления насыщаемого материала. Из-за невысоких скоростей диффузии в твердом состоянии

процессы химико-термической обработки являются достаточно длительными. В ряде случаев, например при цементации, необходима дополнительная термическая обработка упрочняемого изделия.

2 Поверхностное упрочнение заготовок с использованием концентрированных источников энергии. В данном случае источник тепла нагревает поверхность материала до расплавления. В жидком состоянии скорость массопереноса увеличивается многократно. В результате этого длительность процесса модифицирования поверхностных слоев существенно сокращается. Реализация процессов такого рода, как правило, не связана с необходимостью проведения дополнительной термической обработки изделий.

3 Нанесение твердых износостойких покрытий из газообразного состояния. К этой группе процессов поверхностного упрочнения можно отнести PVD-процессы {Physical Vapour Deposition), основанные на формировании покрытий путем конденсации материала из паровой фазы. Сюда же относят методы формирования различных видов гальванических покрытий. Достоинства отмеченных процессов заключаются в минимальном тепловом воздействии на основной материал, и как следствие, в отсутствии существенных структурных изменений. Следует отметить, что технологии этого типа наиболее чувствительны к качеству поверхности, на которой формируется покрытие.

Любая обработка поверхности в той или иной степени предполагает изменение свойств поверхностных слоев и приповерхностных областей материала. В общем случае можно выделить два типа обработки поверхности: процессы нанесения покрытия на подложку и процессы модификации поверхности подложки. При нанесении покрытий структура подложки может не изменяться, в то время как модифицирование поверхности приводит к изменению структуры основного материала.

На рисунке 1.1 представлена классификация процессов нанесения покрытий и модификации поверхностных слоев. В некоторых случаях перед нанесением тонкой пленки или покрытия поверхностные слои заготовок необходимо дополнительно модифицировать. Например, перед нанесением покрытия методом

' Принеси,; п.шссспмя мокры 1 ни II ¡.пфнкацип шжсрмк««. ш

Г

I- НалВс'сш1е''нокрь1Т11Й из ,Н0\1.1рП010 1ЧрМЧ1 Ч лч ючнш

В среде электролита

Электролитическое осаждение

Нанесение покрытия методом химического восстановления

Осаждение методом замещения

Электрофорезное осаждение

- В вакууме

Испарение в вакууме

Осаждение с использованием; _ ионного распыления_

Лазерное испарение

И I. 1.1 ¡\к

Дуговое осаждение из паровой фазы

Осаждение методом распыления

Ионное осаждение

В среде химически ¡ активной паровой фазы:

Химическое осаждение из паровой фазы

Насыщение элементами из твердой фазы

В химическом растворе

Струйный пиролиз

Химическое восстановление

I

П.н'счешк ч.и. I ми

1ермическос напыление

Плазменное напыление

Дуговое напыление

Пламенное напыление

В <pi.iu.Kie г.мх-сспнс

11 <11 к ч-мк1 чаирп.1 11

С п 1.м> К'нмс

Толстые пленки

Эмалирование

Золь-гель покрытия

Наплавка

За счет смачивания

Метод погружения

Метод центрифугирования

Покраска

Нанесение>в.твердом

СОС10ЯШИ1

Плакирование

Золочение

Рисунок 1.1 - Процессы нанесения покрытий и модификации поверхности [37]

1

—I Химическое иреойр.1 знание

Ми шфшщронашх позермюеш

Мокрое химическое растворение

Газовое (термическое)

Плазменное термическое

(»Гни .мнение оГч' шенпе _элементами ,

Термическое

Химическое

Изменение шероховатости

Химическое

Механическое

Химико-механическое

Текстурирование напылением

В срсдс электролита

Анодирование

Замена ионов

Механическое

Дробеструйная обработка

Деформационное упрочнение другими методами

Ионная имплантация-

Ионным пучком

Имплантация ионов в среде плазмы

Термическая обработка»

Создание термических _напряжений_

PVD стальная заготовка может быть упрочнена по технологии плазменного азотирования [37].

Возможно дополнительное воздействие на поверхностные слои с целью изменения их структуры и свойств. Так, покрытие, осажденное методом распыления (sputter deposition) на лопатки турбины двигателя самолета, может быть подвергнуто дробеструйной обработке для повышения плотности материала и создания в нем сжимающих напряжений [37].

1.1 Методы химико-термического упрочнения сталей

Методы химико-термической обработки широко используются для повышения надежности и долговечности элементов конструкций и деталей машин. Химико-термическая обработка обеспечивает изменение химического состава, структуры, а, следовательно, и комплекса механических свойств поверхностных слоев обрабатываемых изделий. Изделия, подвергнутые химико-термической обработке, обладают высоким сопротивлением износу и развитию усталостных трещин, в ряде случаев характеризуются повышенным уровнем коррозионной стойкости [9-12].

Процессы химико-термической обработки заключаются в диффузионном насыщении поверхностных слоев сталей такими элементами как углерод, азот, бор и др. В современном машиностроении методы цементации, азотирования, бо-рирования, нитроцементации широко применяются с целью повышения долговечности деталей различного типа.

На рисунке 1.2 [9] представлена классификация методов химико-термической обработки. Различают насыщение из порошковых и газовых сред, из растворов металлов или солей, из паст и суспензий. Выбор метода осуществляется исходя из условий работы материала, габаритов обрабатываемых деталей, толщины упрочняемого слоя и др.

Реализация методов химико-термической обработки зависит от протекания трех элементарных процессов: диссоциации, адсорбции и диффузии. С позиции

Рисунок 1.2 - Классификация методов химико-термической обработки [9]

формирования модифицированного слоя важным условием является растворимость диффундирующего элемента в материале заготовки. Диффузионные слои могут быть сформированы элементами, характеризующимися малой растворимостью, но склонными к образованию химических соединений. При этом требуется соблюдение определенных температурно-временных условий [11].

Большой вклад в изучение процессов химико-термической обработки и их освоение внесли работы отечественных исследователей Ю.Н. Грибоедова, В.И. Андрюшечкина, Г.В. Земскова, И.Е. Конторовича, A.B. Смирнова, Д. А. Прокош-кина, Ю.М. Лахтина, Г.Н. Дубинина, В. И. Архарова, Н. А. Минкевича, В. И. Просвирина и др. Среди зарубежных ученых значительный вклад в развитие химико-термической обработки сталей внесли Ф. Гальмиша, А. Брамлей, Э. Гудермон, И. Кембел, К. Кемен, Ж. Лессю и многие другие.

1.1.1 Применение процессов цементации для поверхностного упрочнения деталей машин и элементов конструкций

Первые исследования процесса цементации, заключающегося в обогащении поверхностных слоев сталей углеродом, были выполнены в начале двадцатого века [38-40]. Для повышения растворимости углерода в сталях и увеличения глубины его проникновения, цементацию проводят при высоких температурах (900...950 °С). Цементованные детали подвергают упрочняющей термической обработке, а именно закалке и низкотемпературному отпуску [41]. Процесс реализуют на стальных заготовках с пониженным содержанием углерода (0,1...0,25 %). В результате диффузионного насыщения углеродом формируется явно выраженная градиентная структура заготовок. Их поверхностные слои обогащены углеродом, а сердцевина представляет собой низкоуглеродистую сталь. В процессе заключительной термической обработки поверхность материала приобретает высокую твердость. При этом сохраняется вязкая сердцевина, обеспечивающая надежную работу изделия при ударных нагрузках.

1.1.2 Углерод и его растворимость в железе

Особенности поведения углерода в металлах при реализации процессов химико-термической обработки определяются его характерными свойствами. Удельный вес углерода составляет 2,5 г/см3, ковалентный радиус - 0,77 А, температура плавления - 3500 °С. В железе углерод растворяется в жидком и твердом состояниях, а также может образовывать с железом химическое соединение ¥е$С (цементит). В результате растворения углерода в твердофазном железе формируются растворы внедрения [9, 42, 43].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лосинская, Анна Андреевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тушинский, Л. И. Структурная теория конструктивной прочности материалов [Текст] / Л. И. Тушинский. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. -400 с.

2. Coated Metal. Structure and Properties of Metal-Coating Compositions [Text] / L. I. Tushinsky, I. M. Kovensky, A. V. Plokhov, V. I. Sindeyev, P. V. Reshedko. - Berlin ; Heidelberg; New-York : Springer, 2002. - 451 p.

3. Новые материалы и технологии. Теория и практика упрочнения материалов в экстремальных условиях [Текст] / А. Н. Попырин, Н. П. Болтина, А. А. Боль, Л. И. Тушинский, А. В. Плохов и др. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1992.-200 с.

4. Структура и конструктивная прочность композиции основной металл -покрытие [Текст] / Л. И. Тушинский, А. В. Плохов, А. В. Столбов, В. И. Синдеев. - Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1996. - 294 с.

5. Методы исследования материалов. Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий [Текст] / Л. И. Тушинский, А. В. Плохов, А. О. Токарев, В. И. Синдеев. - Москва : Мир, 2004. - 384 с.

6. Голковский, М. Г. Закалка и наплавка релятивистским электронным пучком вне вакуума. Технологические возможности метода [Текст] / М. Г. Голковский. - [Германия] : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 318 с.

7. Журавина, Т. В. Структура и свойства биметаллических материалов на основе титана, полученных по технологии вневакуумной электронно-лучевой наплавки и сварки взрывом [Текст] : дис. канд. техн. наук : 05.16.09 / Т. В. Журавина ; Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 2012. - 18 [1] с.

8. Kalpakjian, S. Manufacturing Engineering & Technology Pearson Education [Text] / S. Kalpakjian, S. R. Schmid. - New York : Upper Saddle River, 2001. -815 p.

9. Лахтин, Ю. M. Химико-термическая обработка металлов : учеб. пособие для вузов [Текст] / Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. - Москва : Металлургия, 1985. -256 с.

10. Металловедение и термическая обработка стали [Текст] : справ, в 3 т. Т. 2. Основы термической обработки / под ред. M. JI. Берштейна, А. Г. Рахштадта. -Москва : Металлургия, 1983. - 368 с.

11. Ворошин, JI. Г. Теория и технология химико-термической обработки [Текст] : учеб. пособие / Л. Г. Ворошин, О. Л. Менделеева, В. А. Сметкин. - Москва ; Минск : Новое знание, 2010. - 304 с.

12. Czerwinski, F. Heat treatment conventional and novel applications [Text] /F. Czerwinski. - Croatia : InTech, 2012.-418 p.

13. Katsamas, A. I Laser-beam carburizing of low-alloy steels [Text] / A. I. Kat-samas, G. N. Haidemenopoulos // Surface and Coatings Technology. - 2001. - Vol. 139, iss 2-3. -P. 183-191.

14. Microstructure and hardness analysis of carbon nanotube cladding layers treated by laser beam [Text] / J. Yao, C. Ma, M. Gao, F. Kong, Q. Zhang // Surface & Coatings Technology. - 2006. - Vol. 201, iss 6. - P. 2854-2858.

15. Development of the Next Generation of Powerful Electron Accelerators [Text] / R. A. Salimov, P. I. Nemytov, N. К Kuksanov, B. M. Korabelnikov, M. R. Kosi-lov, M. E. Veis, V. V. Prudnikov // Radiation Physics and Chemistry. - 1995. - Vol. 46. -P. 481-484.

16. Technological Applications of Industrial Electron Accelerators of ELVSeries [Text] / A. F. Vaisman, M. G. Golkovski, A. I. Korchagin, N. K. Kuksanov, A. L. Lavru-hin, S. E. Petrov, R. A. Salimov, S. N. Fadeev // 5 International Conference on Electron Beam Technologies. (EB'9), Varna, Bulgaria, 2-5 June 1997. - Varna, 1997. - P. 342— 347.

17. Электронно-лучевая вневакуумная наплавка защитных покрытий на титановые сплавы [Текст] / М. Г. Голковский, Н. К. Куксанов, H. М. Барис, Л. И. Тушинский // Вестник Радтех-Евразия. - 2002. - № 1 (11). - С. 50-62.

18. Структура и свойства рельсовой стали после вневакуумной электронно-лучевой обработки [Текст] / В. А. Батаев, А. А. Батаев, М. Г. Голковский, Б. В. Коротаев, Я. Г. Рыбинская // Актуальные проблемы

транспорта азиатской части России : сб. тр. - Новосибирск : Изд-во СГУПС. -С. 98-103.

19. Структурные изменения, происходящие при вневакуумной электронно-лучевой закалке боковых граней головок железнодорожных рельсов [Текст] / В. А. Батаев, А. А. Батаев, М. Г. Голковский, П. И. Остроменский, Б. В. Коротаев // Металловедение и термическая обработка металлов.-2002,-№ 12.-С. 14-18.

20. Легирование стали при обработке электронным пучком [Текст] / И. М. Полетика, Г. В. Краев, В. П. Мейта, М. Г. Голковский. А. Ф. Вайсман // Применение ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве : тез. докл. 6 Всесоюз. конф., Ленинград, окт. 1988 г. - Ленинград, 1988. -С. 143-144.

21. Electron Beam Treatment of Structural Alloy Steels. Heat Treatment and Technology of Surface Coatings [Text] / E. V. Konopleva, О. V. Abramov, M. G. Golkovski, A. F. Vaisman. // Proceedings of the 7 International Congress on Heat Treatment of Materials, Moscow, 11-14 dec. 1990. - Moscow, 1990. - Vol. 1. -P. 302-308.

22. Theoretical analysis of heat flow and structural changes during laser transformation hardening of hypoeutectoid steel. Formation of austenite from pearlite [Text] / К Inoue, E. Ohmura, K. Haruta, S. Uoita // Transactions of Japan Welding Research Institute. - 1987. - Vol. 16, iss 2.-P. 49-56.

23. Закалка поверхностного слоя среднеуглеродистой стали с использованием энергии релятивистских электронов [Текст] / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. В. Перовская, А. Н. Калинин, Р. А. Салимов // Перспективные материалы. - 2006. - № 2. - С. 73-79.

24. Improvement of hardness and ware resistance in SiC/Ti-6Al-4V surface composites fabricated by high-energy electron beam irradiation [Text] / J. C. Oh, E. Yun, M. G. Golkovski, S. Lee // Materials Science and Engineering. - 2003. - Vol. 351. - P. 98-108.

25. Hardness improvement of TiB2/Ti surface alloyed material fabricated by high-energy electron beam irradiation. [Text] / J. C. Oh, K. Euh, S. Lee, Y. Koo, N. J. Kim //Scripta Materialia. - 1998. - Vol. 39, iss AO. - P. 1389-1394.

26. Формирование коррозионностойких покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов [Текст] / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. В. Перовская, Е. Н. Беляков, Р. А. Салимов, В. А. Батаев, Ю. А. Сазанов // Перспективные материалы. - 2006. - № 2. - С. 80-86.

27. Walker, М. Laser surface alloying of iron and 1%C+ 1.4%Cr steel with carbon [Text] /М. Walker, D. R. F. West, W. M. Steen //Met. Technol. - 1984. -Vol. 11.-P. 399-404.

28. Das, D. К Prior Austenite Grains in Steels laser Surface Alloyed with Carbon. Materials characterization [Text] / D. К Das // Materials characterization. — 1997. - Vol. 38, iss. 3.-P. 135-141.

29. Katsamas, A. I. Surface hardening of low-alloy 15CrNi6 steel by C02 laser beam [Text] / A. I. Katsamas, G. N. Haidemenopoulos // Surface and Coatings Technology. - 1999. - Vol. 115. -P. 249-255.

30. Abboud, J. H. Laser surface treatments of iron-based substrates for automotive application [Text] / J. H. Abboud, K. Y. Benyounis, A. G. Olabi, M. S. J. Hashmi // Journal of Materials Processing Technology. — 2007. - Vol. 182. - P. 427431.

31. Micro structure and corrosion behavior of austenitic stainless steel treated with laser [Text] /1. Y. Khalfallah, M. N. Rahoma, J. H. Abboud, K. Y. Benyounis // Optics &Laser Technology. - 2011. - Vol. 43. - P. 806-813.

32. Nikolaou, J. Selective case hardening of plain steel by carbon alloying with a plasma transferred arc (РТА) technique [Text] / J. Nikolaou, L. Bourithis, G. Papadimitriou // Journal of materials science. - 2003. - Vol. 38, iss 13. - P. 28832891.

33. Gurevich, Y. G. Wear-resistant coatings of white cast iron on powder steels [Text] / Y G. Gurevich // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 2012. - Vol. 50. -P. 619-624.

34. Microstructure and wear property of carbon nanotube carburizing carbon steel by laser surface remelting [Text] / J. Yao, Q. Zhang, M. Gao, W. Zhang // Applied Surface Science. - 2008. - Vol. 254. -P. 7092-7097.

35. Белашова, И. С. Поверхностное упрочнение инструментальных сталей / И. С. Белашова, Д. П. Шашков. - Москва : Технополиграфцентр, 2004. - 296 с.

36. Кизина, Я. Н. Моделирование кинетики процесса лазерного поверхностного легирования через жидкую фазу [Электронный ресурс] / Я. Н. Кизина // Молодежь и наука: материалы 6 Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Красноярск, 20-25 апр. 2010 г. -Красноярск : Сиб. Федер. ун-т, 2011. - Режим доступа: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2010/sectionl.html, свободный. - Загл. с экрана.

37. Mattox, D. М. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing: film formation, adhesion, surface preparation and contamination control [Text] / D. M. Mattox. - Westwood : Noyespubl., 1998.-944p.

38. Iwase, K. Equilibrium between Iron, Carbon, and Oxygen: Reduction of Iron Ores, Cementation, and Gas Occlusion of Iron and Steel [Text] / K. Iwase //Science Reportsof the Tohoku Imperial University. - 1926. - Vol. 15. - P. 511— 529.

39. Takahachi, G. The Mechanism of Carbon Penetration in the Cementation of Iron and Steel [Text] / G. Takahashi. - 1928. - Vol. 17. — P. 761— 782.

40. Lloyd, C. The gaseous cementation of iron and steel part 6 [Text] / C. Lloyd // Carnegie Scholarship Memoirs. - 1929. - Vol. 18. — P. 2-47.

41. Parrish, G. Carburizing. Microstructures and Properties [Text] / G. Parrish. - [USA] : The Materials Information Soc., 1999. - 247 p.

42. Гуляев, А. П. Металловедение [Текст] / А. П. Гуляев. - Москва : Металлургия, 1978.-648 с.

43. Черей, О. Т. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов [Текст] : учеб.-метод. пособие / О. Т. Черей. - Нижний Новгород : ВГИПУ, 2011.-27 с.

44. Солнцев, Ю. П. Материаловедение [Текст]: учеб. для вузов / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин. - Санкт-Петербург : Химиздат, 2007. - 784 с.

45. Parrish, G. The influence of micros tructure on the properties of case-carburized components [Text] / G. Parrish. - USA : American Society for Metals, 1980. - 247 p.

46. Прогрессивные методы химико-термической обработки [Текст] / под ред. Г. Н. Дубинина, Я. Д. Когана. - Москва : Машиностроение, 1979. -184 с.

47. Ernst, F. Carbides in low-temperature carburized stainless steel [Text] / F. Ernst, Y. Cao, G. Michal//Acta Materialia. -2004. - Vol. 52.-P. 1469-1477.

48. Cao, Y. Colossal carbon supersaturation in austenitic stainless steels carburized at low temperatures [Text] / Y Cao, F. Ernst, G. Michal // Acta Materialia. -2003. - Vol. 51.-P. 4171-4181.

49. Корецкий, Я. Цементация стали [Текст] / Я. Корецкий ; пер. с чеш. Ю. Н. Савенкова. - Ленинград : Гос. союз, изд-во судостроит. пром-ти, 1962. -231 с.

50. Минкевич, А. Н. Хромирование и борирование стали при нагреве ТВЧ [Текст] / А. Н. Минкевич, Г. Н. Улыбин // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1959. - № 4. - С. 49-51.

51. Лахтин, Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов [Текст] / Ю. М. Лахтин. - Москва : Машиностроение, 1983. - 359 с.

52. Czerwinski F. Diffusion annealing of Fe-Ni alloy coatings on steel substrate [Text] / F. Czerwinski // Journal of Materials Science. - 1998. - Vol. 33. - P. 38313837.

53. Lo, К. H. Laser transformation hardening of AISI 440C martensitic stainless steel for higher cavitation erosion resistance [Text] / К. H. Lo, F. T. Cheng, H. C. Man // Surface & Coatings technology. - 2003. - Vol. 173. -P. 96-104.

54. Katsamas, A. I. Laser-Beam Surface Transformation Hardening of Hypoeu-tectoid Ck-60 Steel [Text] / A. I. Katsamas, A. D. Zervaki, G. N. Haidemenopoulos // Steel Research. - 1997. - Vol. 68 (3). - P. 119-124.

55. Katsamas, A. I. Laser Surface Hardening [Text] / A. I. Katsamas, G. N. Haidemenopoulos, J. Balk // Trib. Assoc. - 1998. - Vol. 4 (3). - P. 129-140.

56. Effect of laser surface hardening on the microstructure, hardness and residual stresses of austempered ductile iron grades [Text] / C. Soriano, J. Leunda, J. Lam-barri, N. V. Garcia, C. Sanz // Applied Surface Science. - 2011. - Vol. 257. - P. 71017106.

57. Tribological behavior of line hardening of steel U13A with Nd:YAG laser [Text] / R. Sagaro, J. S. Ceballos, A. Blanco, J. Mascarell // Wear. - 1999. - Vol. 225 {229).-P. 575-580.

58. Markov, A. B. Calculation and experimental determination of dimensions of hardening and tempering zones in quenched U7A steel irradiated with a pulsed electron beam [Text] / A. B. Markov, V. P. Rotshtein // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B. - 1997. - Vol. 132. - P. 79-86.

59. Mechanisms of hardening, wear and corrosion improvement of 316 L stainless steel by low energy high current pulsed electron beam surface treatment [Text] / J. X Zou, К. M. Zhang, S. Z. Hao, C. Dong, T. Grosdidier // Thin Solid Films. - 2010. -Vol. 519.-P. 1404-1415.

60. Choo, S. Effects of accelerated electron beam irradiation on surface hardening and fatigue properties in an AISI4140 steel used for automotive crankshaft [Text] / S. Choo, S Lee, M. G. Golkovski // Materials science & engineering. A. - 2000. - Vol. 293.-P. 56-70.

61. Голковский, M. Г. Закалка стальных цилиндрических изделий концентрированным электронным пучком, выпущенным в атмосферу [Текст] / М. Г. Голковский, В. А. Батаев, А. Ф. Вайсман // Актуальные проблемы электронного приборостроения : тез. докл. 4 междунар. науч.-техн. конф. Секция материаловедения, Новосибирск, 23-26 сент. 1998 г. - Новосибирск : НГТУ, 1998. - Т. 15. - С. 7-9.

62. Golkovski, M. G. Thermal Conditions During the Concentrated E. Beam Steel Hardening. Calculation and Experimental Results [Text] / M. G. Golkovski, S. E. Pe-trov // Fifth Intern. Conf. on Electron Beam Technologies, (EB'97), Bulgaria Varna, 2— 5 June 1997. - Varna, 1997. - P. 227-232.

63. Козик, E. С. Термическая обработка низколегированных порошковых сталей с использованием нагрева ТВЧ [Текст] / Е. С. Козик, Д. И. Чурносов // Вестник ОГУ. -2010. -№ 10 (116).-С. 144-147.

64. Корягин, Ю. Д. Индукционная закалка сталей [Текст] : учеб. пособие / Ю. Д. Корягин, В. И. Филатов. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 52 с.

65. Пат. 2057200 Российская федерация, МПК6 С 23. С 8/66. Способ обработки изделий из малоуглеродистых сталей [Текст] / М. Ф. Жуков, А. В. Неронов, В. В. Марусин ; патентообладатель ин-т теплофизики СО РАН. - № 94013580/02 ; заявл. 24.07.89 ; опубл. 27.03.96, Бюл. №9.-6 с.

66. Woldan, A. The microstructure of plain carbon steel laser-alloyed with silicon carbide [Text] / A. Woldan, J. Kusintski, E. Tasak // Mater. Chem. Phys. - 2003. - Vol. 81.-P. 507-509.

67. Laser remelting of plasma sprayed A1203 ceramic coatings and subsequent wear resistance [Text] / Y. Z. Yang, Y. L. Zhu, Z. Y. Liu, Y. Z. Chuang // Mater. Sci. Eng. - 2000. - Vol. 291. - P. 168-172.

68. Kusintski, J. Microstructure, chemical composition and properties of the surface layer of M2 steel after laser melting under different conditions [Text] / J. Kusintski f/Appl. Surf Sci. - 1995. - Vol. 86. - P. 317-322.

69. Ashby, M. F. The transformation hardening of steel surfaces by laser beam. I. Hypo-eutectoid steels [Text] / M. F. Ashby, К. E. Easterling // Acta Metallurgica. -1984. - Vol. 32 (11). - P. 935-1948.

70. Li, W. B. The transformation hardening of steel surfaces by laser. II. Hyper-eutectoid steels [Text] / W. В. Li, К E. Easterling, M. F. Ashby //Acta Metallurgica. -1986. - Vol. 34 (8). - P. 1533-1543.

71. Gell, M. Application opportunities for nanostructured materials and coatings [Text] /М. Gell //Mater. Sci. Eng. - 1995. - Vol. 204. - P. 246-251.

72. Micro-scale abrasive wear behaviour of HVOF sprayed and laser-remelted conventional and nanostructured JVC-Co coatings [Text] / H. Chen, C. Xu, Q. Zhou, I. M. Hutchings, P. H. Shipway, J. Liu // Wear. - 2005. - Vol. 258. - P. 333-338.

73. Zeng, Y. Plasma spray coatings in different nanosize alumina [Text] / Y. Zeng, S. W. Lee, С. X. Ding//Mater. Lett. - 2002. - Vol. 51.-P. 495-501.

74. Thostenson, E. T. Advances in the science and technology of carbon nano-tubes and their composites: a review [Text] / E. T. Thostenson, Z. F. Ren, T. W. Chou // Compos. Sci. Technol. -2001. - Vol. 61 (13). -P. 1899-1912.

75. Поляк, M. С. Технология упрочнения [Текст]. В 2 т. / M. С. Поляк - Москва. : Машиностроение : Л.В.М.-СКРИПТ, 1995. - 688 с.

76. Технологические лазеры: справочник в 2 т. Т. 1. Расчёт, проектирование и эксплуатация [Текст] / под ред. Г. А. Абильсиитова. - Москва : Машиностроение, 1991.-423 с.

77. Григорьянц, А. Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов : учеб. пособие для вузов [Текст] / А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. - Москва : Высш. шк, 1998.- 160 с.

78. Laser surface hardening of AISI HI3 tool steel [Text] / J. H Lee, J. H. Jang, B. D. Joo, Y. M. Son, Y. H. Moon // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. -2009. - Vol. 19. - P. 917-920.

79. Chiang, K. A. Laser surface hardening of H13 steel in the melt case [Text] / Kwo-An Chiang, Yong-Chwang Chen //Materials Letters. - 2005. - Vol. 59. - P. 19191923.

80. Pantsar, H. Relationship between processing parameters, alloy atom diffusion distance and surface hardness in laser hardening of tool steel [Text] / H. Pantsar // Materials Processing Technology. - 2007. - Vol. 189. - P. 435^140.

81. Скрипченко, А. И. Возможности лазерного поверхностного модифицирования деталей машиностроения [Текст] / А. И. Скрипченко, В. О. Попов // РИТМ. - 2010. - № 6 (54). - С. 23-29.

82. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок [Текст] / под ред. В. Я. Панченко. - Москва, 2009. - 664 с.

83. Григорьянц, А. Г. Технологические процессы лазерной обработки [Текст] : учеб. пособие для вузов / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисю-ров ; под ред. А. Г. Григорьянца. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 664 с.

84. Клебанов, Ю. Д. Физические основы применения концентрированных потоков энергии в технологиях обработки материалов [Текст] : учебник / Ю. Д. Клебанов, С. Н. Григорьев. - Москва : Изд-во МГТУ Станкин, 2005. - 220 с.

85. Schauf, P. Iron nitrides and laser nitriding of steel [Text] / P. Schauf // Hyperfine Interaction. - 1998. - Vol. 111. - P. 113-119.

86. Kulka, M. Characterization of complex (B+C+N) diffusion layers formed on chromium and nickel-based low carbon steels [Text] / M. Kulka, A. Pertek // Applied Surface Science. - 2003. - Vol. 218. - P. 113-122.

87. Pertek, A. Characterization of complex (B+C) diffusion layers formed on chromium and nickel-based low carbon steel [Text] / A. Pertek, M. Kulka // Applied Surface Science. - 2002. - Vol. 202. -P. 252-260.

88. Tayal, M. Selective area carburizing of low carbon steel using an Nd: YAG laser /M. Tayal, К Mukherjee //Materials science & engineering. A. - 1994. - Vol. 174. - P. 231-236.

89. Восстановление изношенных прессформ и технологической остнастки методом импульсной лазерной подварки [Текст] / В. В. Мелюков, А. М. Чирков, А. В. Окатьев, Ю. И. Рогальский // Технология машиностроения. - 2003. - № 4. -С. 34-36.

90. Крюков, П. Г. Лазеры ультракоротких импульсов и их применения [Текст] / П. Г. Крюков. - Долгопрудный : Интелект Групп, 2012. - 528 с.

91. Беленький, В. Я. Электронно-лучевая, лазерная и ионно-лучевая обработка материалов [Текст] : учеб. пособие / В. Я. Беленький. - Пермь : Перм. гос. техн. ун-т, 1995. - 75 с.

92. Солоненко, О. П. Высокоэнергетические процессы обработки материалов [Текст] / О. П. Солоненко, А. П. Алхимов, В. В. Марусин. - Новосибирск : Наука. Сиб. издат. фирма РАН, 2000. - 425 с.

93. Ускорители электронов ЭЛВ: состояние, применение, развитие [Текст] / Ю. И. Голубенко [и др.] // Тез. докл. 8 совещ. по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине, Санкт-Петербург, 26-28 сент. 1995 г. - Москва : ЦНИИатоминформ, 1995. -С. 35-36.

94. Microstructure evolution occurring in the modified surface of 316L stainless steel under high current pulsed electron beam treatment [Text] / S. Hao, P. Wu, J. Zou, T. Grosdidier, C. Dong // Applied Surface Science. - 2007. - Vol. 253. - P. 5349-5354.

95. Surface treatment by high current pulsed electron beam [Text] / C. Dong, A. Wu, S. Hao, J. Zou, Z. Liu, P. Zhong, A. Zhang, T. Xu, J. Chen, J. Xu, Q. Liu, Z. Zhou //Surface and Coatings Technology. - 2003. - Vol. 163-164. - P. 620622.

96. Electron-beam boriding of low-carbon steel [Text] / A. A. Novakova, I. G. Si-zov, D. S. Golubok, T. Yu. Kiseleva, P. O. Revokatov // Journal of alloys and compounds. - 2004. - Vol. 383, iss. 1-2. - P. 108-112. - (Proc. of the 14 intern, conf. on Solid Compounds of Transition Elements. (SCTE 2003).

97. Формирование карбидохромовых слоев на углеродистых сталях с использованием электронного пучка [Текст] / С. В. Бахтин, И. Г. Козырь, И. М. Шаршаков, Ю. С. Шатов // Физика и химия обработки материалов. - 1995. - № 3. -С. 35-38.

98. Сизов, И. Г. Особенности электронно-лучевого борирования сталей [Текст] / И. Г. Сизов, Н. Н. Смирнягина, А. П. Семенов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1999. - № 12. - С. 8-11.

99. Surface modification and alloying by laser, ion and electron beams [Text] / ed. by: J. M. Poate, G. Foti, D. C. Jacobson // NATO advanced study institute on sur-

face modification and alloying : proc., Italy, Trevi, 24-28 Aug. 1981. - New York ; London, 1983. -P. 385^104.

100. Крылова, Т. А. Влияние модифицирования и термической обработки на структуру металла покрытия, полученного электроннолучевой наплавкой карбидом вольфрама [Текст] / Т. А. Крылова, И. М. Полетика, М. Г. Голковский // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. - № 10. -С. 39-45.

101. Модифицирование структуры и свойств металла электронно-лучевой наплавки карбидом вольфрама [Текст] / Т. А. Крылова, И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. В. Перовская, С. А. Макаров // Взаимодействие излучений с твердым телом : материалы 13 междунар. конф., Минск, 23-25 сент. 2009 г. - Минск, 2009.-С. 261-263.

102. Создание многофункциональных хромсодержащих покрытий методом электронно-лучевой наплавки в атмосферном воздухе [Текст] / И. М. Полетика, Т. А. Крылова, Ю. Ф. Иванов, М. Г. Голковский, М. В. Перовская // Металлофизика и новейшие технологии. - 2009. - Т. 31, вып. 11. - С. 14111424.

103. Hardness and corrosion resistance of steel-based surface composites fabricated with Fe-based metamorphic powders by high-energy electron beam irradiation [Text] / К Lee, C. Son, J. Kim, S. Lee, К Kim, C. Kim // Surface & Coatings Technology. -2006. - Vol. 201. - P. 835-841.

104. Hardness and wear resistance of steel-based surface composites fabricated with Fe-based metamorphic alloy powders by high-energy electron beam irradiation [Text] / К Lee, D. Nam, S. Lee, C. Kim // Materials Science and Engineering. A. - 2006. - Vol. 428. - P. 124-134.

105. Nam, D. Improvement of hardness and fracture toughness of surface composites fabricated by high-energy electron-beam irradiation with Fe-alloy powders and VCpowders [Text] /D. Nam, J. Do, S. Lee //Scripta Materialia. - 2009. - Vol. 60. - P. 695-698.

106. Yun, E. Improvement of hardness and wear resistance in stainless-steel-based surface composites fabricated by high-energy electron beam irradiation [Text] / E. Yun, S. Lee // Surface & Coatings Technology. - 2006. - Vol. 200. - P. 3478-3485.

107. Батаева, E. А. Вневакуумная электронно-лучевая обработка крупногабаритных стальных изделий [Текст] / Е. А. Батаева // Наука. Промышленность. Оборона : материалы Всерос. науч.-техн. конф. для студентов, аспирантов и молодых учёных. (НПО-2004), Новосибирск, 21-23 апр. 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 134-135.

108. Вневакуумная электронно-лучевая обработка крупногабаритных изделий [Текст] / Е. А. Батаева, А. М. Кручинин, В. А. Батаев, М. Г. Голковский, Б. В. Коротаев // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов : тез. докл. 17 Урал. шк. металловедов-термистов, Киров, февр. 2004 г. - Киров : Изд-во ВятГУ, 2004. - С. 140-141.

109. Полетика, И. М. Электронно-лучевая закалка поверхностного слоя вне вакуума [Текст] / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. В. Петровская // Физическая мезомеханика. - 2006. - № 9, спец. вып. - С. 181-184.

110. Оптимизация режимов вневакуумной электронно-лучевой обработки углеродистых сталей [Текст] / В. А. Батаев, Е. А. Батаева, М. Г. Голковский, Я. С. Лизункова // Научный вестник НГТУ.- 2007. - № 4 (29). -С. 77-84.

111. Степанова, Т. Ю. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин : учеб. пособие [Текст] / Т. Ю. Степанова. - Иваново : Иван. гос. хим.-технолог. ун-т, 2009. - 64 с.

112. Плазменное поверхностное упрочнение [Текст] / Л. К. Лещинский, С. С. Самотугин, И. И. Пирч, В. И. Комар. - Киев : Техника, 1990. - 109 с.

113. Age-hardening of surface age high speed steel on high carbon steel after plasma decarbonizing [Text] / Z Liu, X Liu, J. Zhao, Y. Gao, Z. Xu // Surface and Coatings Technology. -2000. - Vol. 131. -P. 579-581.

114. Nunogaki, M. Ceramic layers formed on metals by reactive plasma processing [Текст] / M. Nunogaki, M. Inoue, T. Yamamoto //Journal of the European Ceramic Society. - 2002. - Vol. 22. - P. 2537-2541.

115. Correlation of micro structure with hardness and wear resistance of stainless steel blend coatings fabricated by atmospheric plasma spraying [Text] / E. Song, B. Hwang, S. Lee, N. J. Kim, J. Ahn //Materials Science and Engineering. A. - 2006. -Vol. 429.-P. 189-195.

116. Yang, L. J. Plasma surface hardening of ASSAB 760 steel specimens with Taguchi optimization of the processing parameters [Text] / L. J. Yang // Journal of Materials Processing Technology. - 2001. - Vol. 113. - P. 521-526.

117. Пат. 2313581 Российская федерация, МПК7 С 21 D 1/09, С 23 С, С 23 F 17/00. Способ ручной плазменной закалки [Текст] / В. А. Короткой, И. Д. Михайлов, Э. Ж. Агафонов, Д. С. Бабайлов. - № 2005132440/02 ; заявл. 20.10.2005 ; опубл. 27.04.2007 ; Бюл. 36.

118. Characterization of expanded austenite developed on AISI 316L stainless steel by plasma carburization [Text] / J. Garcia Molleja, L. Nosei, J. Ferron, E. Bempo-rad, J. Lesage, D. Chicot, J. Feugeas // Surface & Coatings Technology. - 2010. - Vol. 204.-P. 3750-3759.

119. Suh, B. Surface hardening of AISI 316L stainless steel using plasma carburizing [Text] / B. Suh, W. Lee // Thin Solid Films. - 1997. - Vol. 295. -P. 185-192.

120. Liu, R. L. The microstructure and properties of 17-4PH martensitic precipitation hardening stainless steel modified by plasma nitr о carburizing [Text] / R. L. Liu, M. F. Yan //Surface & Coatings Technology. - 2010. - Vol. 204. - P. 22512256.

121. Азотирование и карбонитрирование [Текст] : пер. с нем. / Р. Чаттерд-жи-Фишер, Ф.-В. Эйзелл, Р. Хоффманн, Д. Лидтка, X. Малленер, В. Рембгес, А. Шрайнер, Г. Велкер ; под ред. А. В. Супова ; рецензент Г. Г. Мухин. - Москва : Металлургия, 1990. -280 с.

122. Саблев, JI. П. Плазменное азотирование режущегоинструмента из быстрорежущей стали Р6М5 [Текст] / Л. П. Саблев, А. А. Андреев, В. М. Шулаев // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов : докл. междунар. конф. - Харьков : ННЦ ХФТИ, 2002. - С. 133-137.

123. Азотирование стали в плазме модифицированного вакуумно дугового разряда [Текст] / А. А. Андреев, В. В. Кунченко, Л. П. Саблев, Р. И. Ступак, В. М. Шулаев // Технология машиностроения. - 2002. - № 5. -С. 27-30.

124. Dong, Н. On the microstructure and phase identification of plasma nitrided 17-4PH precipitation hardening stainless steel [Text] / H. Dong, M. Esfandiari, X. Y. Li // Surface & Coatings Technology. - 2008. - Vol. 202. -P. 2969-2975.

125. Cavuslu, F. Kinetics and mechanical study of plasma electrolytic carburiz-ingfor pure iron [Text] / F. Cavuslu, M. Usta // Applied Surface Science. - 2011. - Vol. 257. -P. 4014-4020.

126. Bejar, M. A. Surface hardening of steel by plasma-electrolysis boronizing [Text] / M. A. Bejar, R. Henriquez // Materials and Design. - 2009. - Vol. 30. - P. 1726-1728.

127. Bell, T. Environmental and technical aspects of plasma nitrocarburizing [Text] / T. Bell, Y. Sun, A. Suhadi // Vacuum. - 2000. - Vol. 59. -P. 14-23.

128. Vapor Deposition by [Text] / eds.: C. F. Powell, J. H. Oxley, J. M. Blocher. -New York : John Wiley, 1966. - 725 p.

129. Henrich, V. E. The Surface of Metal Oxides [Text] / V. E. Henrich //Rep. Prog. Phys. - 1985. - Vol. 48. - P. 1481-1541.

130. Wegman, R. F. Surface Preparation Techniques for Adhesive Bonding [Text] /R. F. Wegman. - [USA] : Noyes Publications, 1989. - 20 p.

131. Finne, R. M. Gold Plating Directly on Molybdenum / R. M. Finne, W. R. Bracht // Journal of The Electrochemical Society. - 1966. - Vol. 113, iss. 6. - P. 551555.

132. В aim, W. L. Formation of Porous Films on Titanium Alloys by Anodization [Text] / W. L. Baun // Surface Technology. - 1980. - Vol. 11, iss. 6. -P. 421-430.

133. Cuthrell, R.E. The Influence of Hydrogen on the Deformation and Fracture of the Near Surface Region of Solids: Proposed Origin of the Rebinder-Westwood Effect [Text] / R. E. Cuthrell // Journal of materials science. - 1979. - Vol. 14. - P. 612-618.

134. Jean, D. W. Surface Leveling in the 1990s and Beyond [Text] / D. W. Jean // Proceeding of the 39 Annual Technical Conference Society of Vacuum Coaters. - 1996. -P. 69-71.

135. Veis, M. E. High voltage electron accelerators at a power of up to 90 kW [Text] / M. E. Veis, N. К Kuksanov, R. A. Salimov // Radiat.Phys. & chem. - 1990. -Vol. 35, iss. 4-6.-P. 658-661.

136. Salimov, R. A. Window-Free Extraction of Electron Beam for High Power and Low Energy Accelerators [Text] / R. A. Salimov, Z. Zimek // Radiation Physics and Chemistry. - 1992. - Vol. 40. - P. 317-320.

137. Development of the Next Generation of Powerful Electron Accelerators [Text] / R. A. Salimov, P. I. Nemytov, N. K. Kuksanov, В. M. Korabelnikov, M. R. Kosi-lov, M. E. Veis, V. V. Prudnikov // Radiation Physics and Chemistry. - 1995. - Vol. 46. -P. 481-484.

138. Technological Applications of Industrial Electron Accelerators of ELV Series. 5' [Text] / A. F. Vaisman, M. G. Golkovski, A. I. Korchagin, N. K. Kuksanov, A. V. Lavruhin, S. E. Petrov, R. A. Salimov, S. N. Fadeev // 249 International Conference on Electron Beam Technologies (EB'97), Bulgaria, Varna, 2-5 June 1997. - Varna, 1997. -P. 342-347.

139. Сдвоенные ускорители типа ЭЛВ [Текст] / А. И. Грищенко, Б. М. Кора-бельников, С. А. Кузнецов, Н. К. Куксанов, Р. А. Салимов // Приборы и техника эксперимента. - 1980. - № 23. - С. 21-22.

140. А. с. 1439871 СССР. Метод электронно-лучевой обработки материалов [Текст] / Г. С. Лахно, В. И. Жаботинский, В. Дворников, А. Ф. Вайсман. - № 1439871 ; заяв. 23.11.83 ; опубл. 30.03.83, Бюл. № 12. -2 с.

141. Богомолова, Н. А. Практическая металлография [Текст] : учеб. для сред. ПТУ / Н. А. Богомолова. - 3-е изд., пераб. и доп. - Москва : Высш. шк., 1987.-240 с.

142. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ [Текст] : в 2 кн. : пер. с англ. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин, Д. Джой, Ч. Фиори, Э. Лифшин. - Москва : Мир, 1984. - Кн. 1. - 303 с.

143. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников [Текст]. - Введ. 1977-01-01. - Москва : Изд-во стандартов, 1970. -10 с.

144. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах [Текст]. - Введ. 1988-01-09. -Москва : Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

145. ГОСТ 17367-71. Металлы. Метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы.[Текст]. - Введ. 1973-18-05. - Москва : Изд-во стандартов, 1972. - 5 с.

146. ГОСТ 6456-82. Шкурка шлифовальная бумажная [Текст]. - Введ. 198202-18. - Москва : Изд-во стандартов, 1983. - 25 с.

147. ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы [Текст]. - Введ. 1979-03-01. - Москва : Изд-во стандартов, 1979. -4 с.

148. Годунов, С. К. Разностные системы (введение в теорию) [Текст] / С. К. Годунов, В. С. Рябенький. - Москва : Наука, 1973. - 400 с.

149. Иванцивский В. В. Управление структурным и напряженным состоянием поверхностных слоев деталей машин при их упрочнении с использованием концентрированных источников нагрева и финишного шлифования [Текст] : дис. док. техн. наук : 05.16.09 / В. В. Иванцивский; Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 2012.-38 [1] с.

150. Denis, S. Coupled temperature, stress, phase transformation calculation [Text] / S. Denis, S. Sjostro, A. Simon // Metallurgical and Materials Transactions. A. -1987. - Vol. 18, iss. 7. -P. 1203-1212.

151. Hidenwall, B. Prediction of residual stresses in case hardening steels [Text] / B. Hidenwall, T. Ericsson // Hardenability concepts with applications to steel: proc. of a symp. USA, Chicago, 24-26 Oct. 1977. - New York : Metallurgical Society of AIME, 1978.-P. 579-606.

152. Северденко, В. П. Механические свойства сталей, деформированных в широком интервале температур [Текст] / В. П. Северденко, Э. Ш. Суходрев, А. Р. Орлов ; ред. В. П. Серверденко. - Минск : АН БССР. Физ.-техн. ин-т : Наука и техника, 1974. - 56 с.

153. Peirce, D. A tangent modulus method for rate dependent solids [Text] / D. Peirce, C. F. Shih, A. Needleman // Computers & Structures. - 1984. - Vol. 18, iss. 5. -P. 875-887.

154. Юрьев, С. Ф. Удельные объемы фаз в мартенситном превращении ау-стенита [Текст] / С. Ф. Юрьев. - Москва : Металлургиздат, 1950. - 48 с.

155. Yun, Е. Correlation of microstructure with hardness and wear resistance in Cr3C2 stainless steel surface composites fabricated by high-energy electron beam irradiation [Text] / E. Yun, S. Lee // Materials Science and Engineering. A. - 2005. -Vol. 405, iss. 1-2. - P. 163-172.

156. Формирование упрочняющих покрытий наплавкой в пучке релятивистских электронов [Текст] / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, М. Д. Борисов, Р. А. Салимов, М. В. Перовская // Физическая мезомеханика. - 2005. - № 8, спец. вып. -С. 129-132.

157. Формирование структуры металла электронно-лучевой наплавкой [Текст] / И. М. Полетика, М. Г. Голковский, Т. А. Крылова, Ю. Ф. Иванов, М. В. Перовская // Перспективные материалы. - 2009. - № 4. - С. 65-70.

158. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу [Текст]. - Введ. 69-01-01. - Москва : Изд-во стандартов, 1959. - 9 с.

159. Грилихес, С. Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов [Текст] / С. Я. Грихелес. -5-е изд. - Ленинград : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983.- 101 с.