МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ЗАКАЛКИ СТАЛЕЙ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-136-1-96-102Ключевые слова:
инженерия поверхности, электронно–лучевой нагрев, закалка, моделированиеАннотация
Применение электронно-лучевого воздействия на материалы дает возможность реализовать физико-химические, металлургические, термические, радиационые, биологические и другие виды процессов в широком спектре применений – от стерилизации пищевой и медицинской продукции до выплавки слитков металлов.
При обработке поверхности изделий из сталей путем нагрева потоком электронов в промежуток времени до 10 с может быть организован режим упрочнения электронно-лучевой закалкой (ЭЛЗ) локальных участков детали. В отличие от метода объемной закалки при ЭЛЗ не требуется закалочная среда, охлаждение нагретого слоя материала происходит путем отвода тепла в ненагретую сердцевину изделия. Благодаря высоким скоростям нагрева и охлаждения структура стали после ЭЛЗ измельчается, твердость закаленных структур выше по сравнению с полученными объемной закалкой.
Режимы проведения ЭЛЗ определяются для применяемой марки материала, конкретного изделия, требуемой конфигурации упрочняемого участка, места расположения на его поверхности детали и определяются для имеющегося типа ЭЛ оборудования. Рациональные значения параметров ЭЛЗ могут быть выбраны с использованием моделирования тепловых процессов. Моделирование и экспериментальное исследование электронно-лучевого воздействия позволяет минимизировать энерговклад при проведении процессов закалки сталей, при котором количество передаваемого тепла должно быть ограниченным.
Характеристики упрочненной при ЭЛЗ стали зависят от предварительной подготовки структуры и теплофизических свойств материала. Для широко применяемой стали 40Х наилучшее сочетание дисперсности и теплопроводности имеет троосто-сорбитная структура, получаемая после предварительной закалки с 850 °С и отпуска при 500 °С. Такой режим объемного термоупрочнения с последующей поверхностной ЭЛЗ даёт возможность на изделии с пластичной сердцевиной получить рабочие участки с высокой твердостью материала. Такое сочетание свойств приводит к улучшению эксплуатационных характеристик деталей. Методы ЭЛЗ обладают рядом преимуществ по сравнению с другими вариантами модифицирования свойств поверхности, в том числе возможностью упрочнения локальных и заглубленных участков.
Библиографические ссылки
Рыкалин, Н. Н. Основы электронно-лучевой обработки материалов / Н. Н. Рыкалин. – М. : Машиностроение, 1978. – 239 с.
Schiller, S. Electron beam technology / S. Schiller, U. Heisig, S. Panzer. – New York : John Wiley & Sons, 1982. – 508 p.
Friedel, K. Oddzialywanie wiązki elektronowej na cialo stale u warunkach glebokiej penetracji / K. Friedel // Prac. Nauk. Inst. Technol. Elektron. PWR. – 1983. – № 27. – 67 s.
Электронно-лучевая сварка / O. K. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко [и др.] ; под ред. Б. Е. Патона. – Киев : Навукова думка, 1987. – 256 с.
Шипко, А. А. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева / А. А. Шипко, И. Л. Поболь, И. Г. Урбан. – Минск : Наука и техника, 1995. – 280 с.
Электронно-лучевая обработка материалов / В. Н. Алехнович, А. В. Алифанов, А. И. Гордиенко, И. Л. Поболь. – Минск : Белорусская наука, 2006. – 319 с.
Патон, Б. Е. Электронно-лучевая плавка тугоплавких и высокореакционных металлов / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин. – Киев : Навукова думка, 2008. – 312 с.
Zenker, R. Modern thermal electron beam processes - research results and industrial application / R. Zenker // Metallurgia Italiana. – 2009. – Vol. 101. – P. 1–8.
Dutta, B. The аdditive manufacturing (AM) of titanium alloys / B. Dutta, F. H. Froes // Metal Powder Report. – 2017. – Vol. 72. – P. 96–106.
Prospects of application of gas-discharge electron beam guns in additive manufacturing / D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, B. Tugai // Electrotechnica&Electronica. – 2016. – № 5–6. – Р. 36–42.
Получение металлических изделий с применением электронно-лучевых аддитивных технологий / В. Г. Залесский, И. Л. Поболь, А. А. Бакиновский, А. Д. Губко // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 2. – С. 169–180.
A substrate material and thickness influence on the 3D-printing of Ti-6Al-4V components via wire-feed electron beam additive manufacturing / K. N. Kalashnikov, A. V. Chumaevskii, T. A. Kalashnikova, E. A. Kolubaev // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 16, Iss. 1. – P. 840–852.
Аддитивные технологии в производстве металлических конструкций: учебник / А. В. Щербаков, Д. А. Гапонова, А. П. Слива [и др.] ; ред. А. Г. Григорьянц, В. К. Драгунов ; Национальный исследовательский ун-т "МЭИ". – М. : Изд-во МЭИ, 2022. – 675 с.
Ерохин, А. А. Об эффективном коэффициенте полезного действия процесса проплавления электронным лучом / А. А. Ерохин, В. Ф. Резниченко, А. Ф. Худышев // Физика и химия обработки материалов. – 1970. – № 3. – С. 131–133.
Зуев, И. В. Эффективный к.п.д. электронно-лучевого нагрева / И. В. Зуев, Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов // Физика и химия обработки материалов. – 1976. – № 1. – С. 22–25.
Наnsоn, Р. Computer controlled electron beam treating effective for hardening steel / Р. Наnsоn // Ind. Неаt. – 1984. – Vol. 51, Iss. 1. – Р. 17–20.
Ваrtеl, R. Oberflächenschmelzbehandeln mit Elektronenstrahlen / R. Ваrtеl, М. Мullеr // Sсhwеisstесhnik. – 1986. – Вd. 36, N 11. – S. 489–491.
Stähli, G. Тrаitemеnt thermiquе rapide / G. Stähli // Тrаitemеnt Тhermiquе. – 1986. – Vol. 199. – Р. 43–53.
Bashenko, V. The electron beam alloy hardening factors / V. Bashenko, M. Radchenko // 4-ème Соllоq. int. sоudаgе еt fusiоn fаisсеаu еlесtrоns еt lаsеr. Саnnеs. – 1988. – P. 515–522.
Физические основы электротермического упрочнения стали / В. Н. Гриднев, Ю. Я. Мешков, С. П. Ошкадеров, Н. Ф. Черненко. – Киев : Навукова думка, 1973. – 336 c.
Сорокин, В. Г. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин. – М. : Машиностроение, 1989. – 640 с.
Сталь 40Х: характеристики. – URL: https://atissteel.ru/stal-40h-harakteristiki (дата обращения: 20.02.2025).
Лившиц, Б. Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б. Г. Лившиц, В. С. Крапошин, Я. Л. Линецкий. – М. : Металлургия, 1980. – 295 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
