Лазерна ударно-хвильова обробка поверхонь виробів із конструкційних матеріалів
| dc.contributor.author | Мочарський, Віталій Сергійович | |
| dc.contributor.degreedepartment | фізики | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | - | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя | uk |
| dc.date.accessioned | 2015-11-24T07:38:08Z | |
| dc.date.available | 2015-11-24T07:38:08Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.description.abstracten | The dissertation for scientific degree of candidate of technical sciences, speciality 05.03.07 – processes of the physical-technical treatment. - The National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2015. This research focuses on laser shock wave treatment of product surfaces from structural materials. The possibility of the surface morphology control of materials by laser shock wave treatment in the transparent condensed medium is shown. The method of optical-digital control, which is promising to assess morphological features on the meso- and macro levels of laser treated surfaces, has been proposed. It can be the base for the rapid analysis of the technical state of the structural elements surface. The microhardness increasing of thin boundary layer after laser shock wave treatment (from 2200 to about 6000 MPa) is found, that indicating high temperature and pressure in the irradiated area. It was shown that the rate of corrosion of steel 15Kh13MF after treatment by nanosecond laser pulses is reduced by 2 times. A new method of laser shock plasma implantation of finely dispersed material on the surface of the flexible substrate has been developed. For the first time investigated the structure and properties of ZnO nanopowder after laser shock wave treatment. A new way to creation of periodic structures on the surface of copper foil using nanosecond laser pulses has been proposed. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация посвящена исследованию лазерной ударно-волновой обработке поверхностей изделий из конструкционных материалов. На основе теории о фиктивных источниках адаптирована математическая модель распределения температурного поля в материалах при облучении наносекундными лазерными импульсами. Также адаптированы модели для расчета давления и остаточных напряжений в сталях при лазерной ударно-волновой обработке. При этом, давление при облучении в ПКС на порядок выше (~ 109 Па), чем при облучении на воздухе (~ 108 Па). На основе проведенного моделирования выбраны режимы облучения исследуемых материалов. Анализ поверхностей сталей Ст3, 15Х13МФ, нанотитана и НХС после облучения в различных прозрачных конденсированных средах, при различных энергиях показал следующее: геометрические размеры и форма структур, образующихся на поверхности, зависят от прозрачной конденсированной среды в которой проводят облучение; облучение в прозрачной конденсированной среде ведет к увеличению количества пор на поверхности обработанного материала по сравнению с облучением на воздухе; облучение в прозрачных конденсированных средах приводит к явной изменения субструктуры материала; изменение энергии излучения ведет к изменению структуры поверхности, как при облучении на воздухе, так и при облучении в прозрачном конденсированной среде; при облучении на поверхности образуются периодические структуры. Волнообразная периодическая поверхность возникает как результат образования неустойчивостей вследствие возникновения термокапиллярных процессов, связанных с зависимостью коэффициента поверхностного натяжения материала, который нагревается, и от температуры и последующего неоднородного плавления. На процесс влияют также возникающий импульс отдачи разлетающихся плазмы и паров, а также отраженная от тыльной стороны образца волна разгрузки с крутым фронтом, которая встречается на поверхности с тепловой волной, и имеет скорость распространения гораздо ниже, чем волна разгрузки. Предложен метод оптико-цифрового контроля, который оказался перспективным для оценки морфологических особенностей обработанной лазером поверхности на мезо- и макроуровнях, и может быть основой для экспресс-анализа технического состояния поверхности конструкционных элементов. Установлено повышение почти в 3 раза микротвердости тонкого поверхностного слоя сталей после лазерной ударно-волновой обработки (от 2200 до ~ 6000 МПа), что указывает на высокие температуры и давления в зоне облучения. Существенное повышение микротвердости материала является результатом совокупного влияния различных механизмов упрочнения. В первую очередь это повышение количества мартенсита в поверхностных слоях по сравнению со структурой исходного материала. Кроме того, реечный мартенсит имеет большую дисперсность структуры, что существенно повышает геометрически необходимую плотность дислокаций для образования мелких мартенситных реек. Таким образом, можно говорить о дислокационном механизме укрепления. Также, в результате действия лазерного ударного импульса, растворяются карбидные составляющие стали, которые в результате высокой скорости охлаждения остаются в материале в мелкодисперсном состоянии, что вызывает дисперсное укрепление за счет закрепления дислокаций выделениями, количество которых значительно увеличивается. Кроме того, при растворении карбидной фазы увеличивается количество растворенных в матрице атомов, которые увеличивают сопротивление перемещению дислокации. Уменьшение размеров структурных элементов за счет дробления зерен, субзерен, пакетов мартенсита, вызывает упрочнение структурными барьерами. Впервые показано, что скорость коррозии стали 15Х13МФ после обработки наносекундными лазерными импульсами уменьшается почти в 2 раза. При этом эффект повышения коррозионной устойчивости наблюдается на глубине до 55 мкм, что на порядок больше глубины термического воздействия лазерного импульса. Изменение соотношения феррит-мартенсит в поверхностном слое облученного образца по сравнению с необлученным, по всей видимости, влияет на скорость коррозии в приповерхностном слое (до 1,5 - 2 мкм). При этом реечный мартенсит, наблюдаемый после облучения, видимо, связан не только с резким охлаждением, но и действием импульса разгрузки и деформацией застывающего слоя, которая, как известно, приводит к повышению температуры перехода аустенит-мартенсит. Деформация проявляется также в волнообразной форме застывшей поверхности, что имеет амплитуду около 1,5 мкм. На повышение коррозионной стойкости поверхности может также влиять кислород. Кислород в данном случае может проникать в образец из прозрачной конденсированной среды и входит в состав плазмы, возникающей при облучении поверхности образца. Согласно классической схемы, коррозионная стойкость может быть вызвана повышением потенциала вследствие разрушения связи хрома с углеродом, соединения хрома с железом и образованием (Fe, Cr)2O3. В этом случае пассивация поверхности достигается образованием на деформированной поверхности пленки с большой концентрацией кислорода. Расплавления облучаемой поверхности и действие импульса отдачи способствуют данному процессу. Кроме того, расплавленная при облучении приповерхностная область растекаясь по поверхности под действием импульса отдачи после окончания импульса, «заливает» границы зерен, препятствуя коррозии в верхнем слое толщиной 1,5 мкм - 2 мкм. На глубине, что намного превышает глубину термического воздействия, очевидно, происходит очищение границ зерен вследствие неодинаковости рассеивания лазерного ударной волны на примесях и атомах железа в исследуемом материале. Этот эффект должен сказываться после перехода волны сжатия в ударную волну. Разработан новый способ лазерной ударно-плазменной имплантации мелкодисперсных материалов на поверхности гибких подложек. Впервые исследованы свойства и структура нанопорошка ZnO после лазерной ударно-волновой обработки. Предложен новый способ создания периодических структур на поверхности медной фольги с использованием наносекундных лазерных импульсов. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.07 –– процеси фізико-технічної обробки. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2015. Дисертація присвячена дослідженню лазерної ударно-хвильової обробки поверхонь виробів із конструкційних матеріалів. Показано можливість керування морфологією поверхні матеріалів за допомогою лазерної ударно-хвильової обробки в прозорому конденсованому середовищі. Запропоновано метод оптико-цифрового контролю, який виявився перспективним для оцінки морфологічних особливостей обробленої лазером поверхні на мезо- та макрорівнях, і може бути основою для експрес-аналізу технічного стану поверхні конструкційних елементів. Встановлено підвищення майже в 3 рази мікротвердості тонкого поверхневого шару сталей після лазерної ударно-хвильової обробки (від 2200 до ~ 6000 МПа), що вказує на високі температури і тиски в зоні опромінення. Вперше показано, що швидкість корозії сталі 15Х13МФ після обробки наносекундними лазерними імпульсами зменшується майже в 2 рази. Розроблено новий спосіб лазерної ударно-плазмової імплантації дрібнодисперсних матеріалів в поверхні гнучких підкладок. Вперше досліджено властивості і структуру нанопорошку ZnO після лазерної ударно-хвильової обробки. Запропоновано новий спосіб створення періодичних структур на поверхні мідної фольги з використанням наносекундних лазерних імпульсів. | uk |
| dc.format.page | 22 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/13958 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 539.12.04 | uk |
| dc.title | Лазерна ударно-хвильова обробка поверхонь виробів із конструкційних матеріалів | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | candidate | uk |
| thesis.degree.name | кандидат технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.03.07 – процеси фізико-технічної обробки | uk |