Mechanical Properties of Surface Structures of Titanium Alloy Vt9 After Repeated Local Processing With Nanosecond Laser Pulses

Abstract

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.

Physics of nanopore healing in condensed matter under the influence of laser radiation and high-temperature plasma

“…Исследование проводили на аморфно-нанокристаллическом металлическом сплаве Co 71.66 B 4.73 Fe 3.38 Cr 3.14 Si 17.09 [8]. Лазерная обработка осуществлялась с использованием лазерной установки LS-2134-E4 (ELS-03): частота следования импульсов  = 1-100 Гц, длина волны излучения  = 532 нм, энергия одиночного импульса E ≈ 15 -20 мДж, длительность воздействия одиночного импульса  ≈ 15-20 нс.…”

“…Существует несколько алгоритмов селективной лазерной обработки (методики описаны в [4,8]). Все методики селективной лазерной обработки предусматривают возможность локального нагрева материала импульсами длительностью 15-20 нс.…”

Determining the structure and properties of heat-resistant titanium alloys VT3-1 and VT9 obtained by electron-beam melting

“…Studies [10,11] note that more attention should be paid to improving (α+β)-titanium alloys, optimizing the parameters of deformation of ingots in the manufacture of semi-finished articles from them and strengthening heat treatment modes because the structure and mechanical properties of forgings, like other semi-finished articles made of titanium alloys, depend on the deformation parameters and can vary within fairly large limits. At the same time, a feature of semi-finished products obtained by the forging method is more significant heterogeneity and instability of the structure and mechanical properties, which is explained by a wide range of deformation parameters within each forging.…”