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.
Purpose. The regularities of a simultaneous increase in microhardness and plastic properties of the surface of titanium alloy VT9 are investigated. The hardness and Young’s modulus of thin surface layers are determined. Methodology and Approach. The methods employed are based on the use of nanosecond laser pulses initiating a complex of physical and chemical processes. The method of continuous indentation with a maximum load of 0,05 N is used. The mechanical properties of surface structures of titanium alloy VT9 after laser treatment are analyzed. Using the load-penetration diagrams, the following values were calculated: the contact depth of penetration, the stiffness of the contact ‘indenter-material’ pair, the projection area of the unreconstructed print, and the effective Young’s modulus. On the basis of the Oliver-Pharr method, the nano- and microhardness, as well as the modulus of longitudinal elasticity of the surface layers of a titanium alloy are estimated Results. It is found that as a result of processing, the microhardness of the surface increases by 2,5-4,5 times, and the Young’s modulus by 1,1-1,5 times. A distinctive feature of the proposed treatment method is good adhesion of the surface layer with the bulk material, which reduces the probability of high mechanical stresses and cracking. Theoretical and Practical implications. The proposed method of laser processing makes it possible to form hardened surface layers in a normal atmosphere, which contributes to a significant simplification of the technological process and reduces its cost.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.