No abstract

The alterations in the microhardness of a titanium alloy Ti85.85Al6.5Zr4Sn2Nb1Mo0.5Si0.15 subjected to laser treatment were investigated. Laser processing consists of a series of pulses with durations 20 ns. We used various methods of laser processing, which differed in power density, wavelength, geometrical pattern of irradiation and so on. The dependences of the microhardness on the load on the indenter were found. The laser processing modes providing the increased microhardness are determined. The investigations were carried out at loads from 0.49 N to 4.9 N, with maximum indentation depth of the Vickers pyramid up to 12 μm. Vickers microhardness can be increased by 20 – 40 %. At the same time, the plastic properties of the hardened layer are improved. The probability of crack formation during indentation of the initial alloy increased with a load on the indenter and reached 0.52 for a load of 4.9 N. In two of the treated areas of the three presented, crack formation was not recorded at any load. The mechanisms of hardening of the material surface layer under the influence of a laser pulse are discussed. Using the methods of computational mathematics, the character of sample heating under the influence of a single laser pulse is determined. The perspectives for the development of the proposed processing method are permitting to obtain the optimal mechanical properties of the hardened layer are discussed.

Аннотация. Целью работы является исследование закономерности одновременного повышения микротвёрдости и пластических свойств поверхности титанового сплава ВТ9, а также определение твёрдости и модуля Юнга тонких поверхностных слоёв. Процедура и методы исследования. Методы обработки основаны на применении короткоимпульсного наносекундного лазерного излучения, инициирующего комплекс физико-химических процессов. По результатам метода непрерывного индентирования с максимальной нагрузкой 0,05 Н проанализированы механические свойства поверхностных структур титанового сплава ВТ9, сформированных при различных режимах лазерной обработки. Результаты исследования. На основе диаграмм «нагрузка-проникновение» проведены расчёты следующих величин: контактной глубины внедрения, жёсткости контактной пары «индентор-материал», площади проекции невосстановленного отпечатка, эффективного модуля Юнга. По методу Оливера-Фарра оценены нано-и микротвёрдость, а также модуль продольной упругости поверхностных слоёв титанового сплава. Установлено, что в результате обработки микротвёрдость поверхности увеличивается в 2,5-4,5 раза, а модуль Юнга в 1,1-1,5 раза. Отличительной особенностью предложенного метода обработки является хорошая адгезия поверхностного слоя с основным материалом, что снижает вероятность формирования высоких механических напряжений и трещин. Теоретическая и практическая значимость. Предложенный метод лазерной обработки позволяет формировать упрочнённые поверхностные слои в обычной атмосфере, что способствует существенному упрощению технологического процесса и снижению его себестоимости.

Аннотация. В работе исследованы физико-механические свойства поверхностного слоя конструкционных титановых сплавов ВТ18у и ВТ9, обработанных лазерными импульсами. Лазерная обработка состоит из серии импульсов длительностью ≈ 20 нс. Использовались различные методы лазерной обработки, которые отличались плотностью мощности, частотой следования импульсов, алгоритмом формирования матрицы облучённых участков и так далее. Исследованы изменения микротвёрдости. Установлены зависимости микротвёрдости от нагрузки на индентор. Показано, что качество формируемой поверхности и её свойства определяются параметрами лазерных импульсов и технологией процесса обработки в целом. Установлены режимы, обеспечивающие повышение микротвёрдости материала, а также стойкости обрабатываемой поверхности к трещинообразованию и разрушению при локальном нагружении. Обсуждены механизмы комплексного улучшения механических свойств поверхностного слоя материала под воздействием лазерной обработки. Существенным достоинством предлагаемого метода обработки является одновременный рост микротвёрдости и стойкости к формированию трещин. Ключевые слова: механические свойства; титановые сплавы; поверхностный слой; микротвёрдость; лазерная обработка