phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2019-4-30-42phmath-31Research ArticleРАЗДЕЛ II. ФИЗИКАSECTION II. PHYSICSУПРАВЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМCONTROL OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE TITANIUM ALLOY SURFACE BY SHORT LASER PULSESУшаковИ. В.UshakovI. V.ushakoviv@mail.ruСимоновЮ. В.SimonovY. V.MAK.101@yandex.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology ‘MISiS’Russian Federation201915022022043042Copyright © Ушаков И.В., Симонов Ю.В., 20222022Ушаков И.В., Симонов Ю.В.Ushakov I.V., Simonov Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/31

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.

The physical and mechanical properties of the surface layer of titanium alloys VT18u and VT9 processed by laser pulses are investigated. Laser processing consists of a series of pulses with a duration of ≈20 ns. Various laser processing methods are used, which differ in power density, pulse repetition rate, algorithm for forming a matrix of irradiated sections, etc. The changes in microhardness are examined. The dependences of microhardness on the load at the indenter are established. It is shown that the quality of the formed surface and its properties are determined by the parameters of laser pulses and the processing technology as a whole. Regimes are established that provide an increase in the microhardness of the material, as well as the resistance of the treated surface to cracking and fracture under local loading. The mechanisms of complex improvement of the mechanical properties of the surface layer of a material under the influence of laser treatment are also discussed. A significant advantage of the proposed treatment method is the simultaneous increase in microhardness and resistance to crack formation.

механические свойстватитановые сплавыповерхностный слоймикротвёрдостьлазерная обработкаmechanical propertiestitanium alloyssurface layermicrohardnesslaser treatmentReferencesВлияние релаксационных процессов на эффективность обработки поверхности деталей сильноточными импульсными электронными пучками / Шулов В. А., Пайкин А. Г., Теряев Д. А., Быценко О. А., Энгелько В. И., Ткаченко К. И. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 1 (97). С. 16-19.Влияние релаксационных процессов на эффективность обработки поверхности деталей сильноточными импульсными электронными пучками / Шулов В. А., Пайкин А. Г., Теряев Д. А., Быценко О. А., Энгелько В. И., Ткаченко К. И. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 1 (97). С. 16-19.Структурно-фазовые изменения в поверхностных слоях деталей из титанового сплава ВТ9 при облучении сильноточными импульсными электронными пучками / Шулов В. А., Энгелько В. И., Громов А. Н., Теряев Д. А., Быценко О. А., Ширваньянц Г. Г. // Физика и химия обработки материалов. 2014. № 1. С. 12-16.Структурно-фазовые изменения в поверхностных слоях деталей из титанового сплава ВТ9 при облучении сильноточными импульсными электронными пучками / Шулов В. А., Энгелько В. И., Громов А. Н., Теряев Д. А., Быценко О. А., Ширваньянц Г. Г. // Физика и химия обработки материалов. 2014. № 1. С. 12-16.Применение сильноточных импульсных электронных пучков для модифицирования поверхности лопаток газотурбинных двигателей (обзор) / Шулов В. А., Громов А. Н., Теряев Д. А., Энгелько В. И. // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 1. С. 38-48.Применение сильноточных импульсных электронных пучков для модифицирования поверхности лопаток газотурбинных двигателей (обзор) / Шулов В. А., Громов А. Н., Теряев Д. А., Энгелько В. И. // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 1. С. 38-48.Application of high-current pulsed electron beams for the restoration of operational properties of the blades of gas-turbine engines / Shulov V. A., Teryaev D. A., Shirvanyants G. G., Engelko V. I., Gromov A. N., Bytsenko O. A. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2015. Vol. 56. Iss. 3. P. 333-338.Application of high-current pulsed electron beams for the restoration of operational properties of the blades of gas-turbine engines / Shulov V. A., Teryaev D. A., Shirvanyants G. G., Engelko V. I., Gromov A. N., Bytsenko O. A. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2015. Vol. 56. Iss. 3. P. 333-338.Порог пробоя сквозных отверстий в металлических фольгах мощным лазерным излучением (часть 1) / Калашников Е. В., Бугаев А. А., Кантор М. Ю., Куприенко Д. В., Чикиряка А. В. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2016. № 1. С. 44-59.Порог пробоя сквозных отверстий в металлических фольгах мощным лазерным излучением (часть 1) / Калашников Е. В., Бугаев А. А., Кантор М. Ю., Куприенко Д. В., Чикиряка А. В. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2016. № 1. С. 44-59.Ушаков И. В., Сафронов И. С. Влияние лазерной обработки на микротвёрдость и особенности разрушения тонких лент аморфно-нанокристаллического металлического сплава // Физика и химия обработки материалов. 2013. № 2. С. 11-15.Ушаков И. В., Сафронов И. С. Влияние лазерной обработки на микротвёрдость и особенности разрушения тонких лент аморфно-нанокристаллического металлического сплава // Физика и химия обработки материалов. 2013. № 2. С. 11-15.Ушаков И. В., Сафронов И. С. Механические характеристики тонкой ленты многокомпонентного аморфно-нанокристаллического металлического сплава, обработанного серией наносекундных лазерных импульсов // Тяжёлое машиностроение. 2012. № 10. С. 6-9.Ушаков И. В., Сафронов И. С. Механические характеристики тонкой ленты многокомпонентного аморфно-нанокристаллического металлического сплава, обработанного серией наносекундных лазерных импульсов // Тяжёлое машиностроение. 2012. № 10. С. 6-9.Структурные изменения в сплавах типа сендаст при быстрой кристаллизации спиннингованием и лазерной обработке / Шефтель Е. Н., Банных О. А., Капуткин Д. Е., Струг Р. Е., Климова Л. М. // Известия Российской Академии наук. Металлы. 1994. № 4. С. 89-95.Структурные изменения в сплавах типа сендаст при быстрой кристаллизации спиннингованием и лазерной обработке / Шефтель Е. Н., Банных О. А., Капуткин Д. Е., Струг Р. Е., Климова Л. М. // Известия Российской Академии наук. Металлы. 1994. № 4. С. 89-95.DLC-coating application to improve the durability of ceramic tools / Grigoriev S., Volosova M., Fyodorov S., Lyakhovetskiy M., Seleznev A. // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Vol. 28. Iss. 7. P. 4415-4426.DLC-coating application to improve the durability of ceramic tools / Grigoriev S., Volosova M., Fyodorov S., Lyakhovetskiy M., Seleznev A. // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Vol. 28. Iss. 7. P. 4415-4426.Duradji V. N., Kaputkin D. E., Duradji A. Y. Electrolyte-plasma Modification of Surface of Ti-based Alloy during Electrohydrodynamic Mode of Anodic Process // Journal of The Electrochemical Society. 2017. Vol. 164. No. 9. P. E226-E232.Duradji V. N., Kaputkin D. E., Duradji A. Y. Electrolyte-plasma Modification of Surface of Ti-based Alloy during Electrohydrodynamic Mode of Anodic Process // Journal of The Electrochemical Society. 2017. Vol. 164. No. 9. P. E226-E232.Боярская Ю. С., Грабко Д. З., Кац М. С. Физика процессов микроиндентирования. Кишинёв: Штиинца, 1986. 293 с.Боярская Ю. С., Грабко Д. З., Кац М. С. Физика процессов микроиндентирования. Кишинёв: Штиинца, 1986. 293 с.Якушкин А. А., Высикайло Ф. И. Проблемы разрушения поверхности оболочек тепловыделяющих элементов ядерных энергетических установок // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2018. № 4. С. 92-111.Якушкин А. А., Высикайло Ф. И. Проблемы разрушения поверхности оболочек тепловыделяющих элементов ядерных энергетических установок // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2018. № 4. С. 92-111.Андрианов И. К., Гринкруг М. С. Численный метод расчета теплоотдачи для требуемого температурного поля на поверхности контакта лопатки и теплозащитного покрытия при поперечной схеме охлаждения // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2015. № 2. С. 34-43.Андрианов И. К., Гринкруг М. С. Численный метод расчета теплоотдачи для требуемого температурного поля на поверхности контакта лопатки и теплозащитного покрытия при поперечной схеме охлаждения // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2015. № 2. С. 34-43.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.