Модификация поверхности Zr–Nb-сплава лазерной обработкой наносекундной длительности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние обработки лазерными наносекундными импульсами поверхности образцов из сплава Zr–1%Nb в отожженном состоянии и после их двухэтапной деформационной обработки abc-прессованием и прокаткой. Методами оптической и сканирующей микроскопии описана морфология модифицированной поверхности образцов, проведена количественная оценка ее микрорельефа, сформированного в результате испарения и плавления тонкого слоя материала, подвергнутого лазерной обработке. Проведены дюрометрические измерения с целью определения твердости приповерхностного слоя и его упрочнения, вызванного лазерно-индуцированными ударными волнами. На основании данных EBSD-анализа описана структура образцов в приповерхностном слое. Установлено влияние исходного размера зерна на качество модифицированной поверхности, а также на глубину и упрочнение приповерхностных слоев.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Петрова

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

И. Г. Бродова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. В. Астафьев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Д. Ю. Распосиенко

Институт физики металлов УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. О. Курышев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. Н. Балахнин

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, Пермь, 614013

С. В. Уваров

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, Пермь, 614013

О. Б. Наймарк

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: petrova@imp.uran.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, Пермь, 614013

Список литературы

  1. Montross C.S., Tao Wei, Lin Ye, Graham Clark, Yiu-Wing Mai. Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys: a review // Intern. J. Fatigue. 2002. V. 24. P. 1021–1036.
  2. Masse G., Barreau J. Surface modification by laser induced shock waves // Surf. Eng. 1995. V. 11. P. 131–132.
  3. Dane C., Hackel L., Daly J. Shot peening with laser // Adv. Mater. Process. 1998. V. 153. P. 37–48.
  4. Zhang Y., You J., Lu J., Cui C., Jiang, Y., Ren X. Effects of laser shock processing on stress corrosion cracking susceptibility of AZ31B magnesium alloy // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 204. P. 3947–3953.
  5. Zhang H., Yu Ch. Laser shock processing of 2024-T62 aluminum alloy // Mater. Sci. Eng.: A. 1998. V. 257. № 2. P. 322–327.
  6. Montross C.S., Florea V., Swain M.V. Influence of coatings on sub-surface mechanical properties of laser peened 2011-T3 aluminum // J. Mater. Sci. 2001. V. 36. P. 1801–1807.
  7. Zhou L., Li Y.H., He W.F., Wang X.D., Li Q.P. Laser shock processing of Ni-base superalloy and high cycle fatigue properties // Mater. Sci. Forum. 2011. V. 697–698. P. 235–238.
  8. Banas G, Elsayed-Ali H.E., Lawrence F.V., Rigsbee J.M. Laser shock-induced mechanical and microstructural modification of welded maraging steel // J. Appl. Phys. 1990. V. 67. P. 2380–2384.
  9. Song Sh., Yizhou Sh., Zonghui Ch., Weibiao X., Zhaoru H., Shuangshuang S., Weilan L. Laser shock peening regulating residual stress for fatigue life extension of 30CrMnSiNi2A high-strength steel // Optics & Laser Technology. 2023. V. 169. P. 110094.
  10. Колобов Ю.Р., Манохин С.С., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Нарыкова М.В., Одинцова Г.В., Храмов Г.В. Исследование влияния обработки лазерными импульсами наносекундной длительности на микроструктуру и сопротивление усталости технически чистого титана // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. № 2. С. 15–19.
  11. Clauer A.H. Laser shock peening for fatigue resistance // Surface performance of titanium. Warrendale (PA): TMS. 1996. P. 217–230.
  12. Ruschau J.J., John R., Thompson S.R., Nicholas T. Fatigue crack nucleation and growth rate behaviour of laser shock peened titanium // International Journal of Fatigue. 1999. V. 21. P. 199–209.
  13. Kamkarrad H., Narayanswamy S., Tao X.S. Feasibility study of high-repetition rate laser shock peening of biodegradable magnesium alloys // Int. Adv. Manuf. Technol. 2014. V. 74. P. 1237–1245.
  14. Hatamleh O.A. Comprehensive investigation on the effects of laser and shot peening on fatigue crack growth in friction stir welded AA 2195 joints // Int. J. Fatigue. 2009. V. 31. P. 974–988.
  15. Trdan U., Grum J. Evaluation of corrosion resistance of AA6082-T651 aluminium alloy after laser shock peening by means of cyclic polarisation and ElS methods // Corros. Sci. 2012. V. 59. P. 324–333.
  16. Zhang X.C., Zhang Y.K., Lu J.Z., Xuan F.Z., Wang Z.D., Tu S.T. Improvement of fatigue life of Ti-6Al-4V alloy by laser shock peening // Materials Science and Engineering: A. 2010. V. 527. № 15. P. 3411–3415.
  17. Veiko V.P., Karlagina Yu.Yu., Egorova E.E., Zernitskaya E.A., Kuznetsova D.S., Elagin V.V., Zagaynova E.V., Odintsova G.V. In vitro investigation of laser-induced microgrooves on titanium surface // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1571. P. 012010.
  18. Li Zh.Y., Guoa X.W., Yua Sh.J., Ninga Ch.M., Jiaob Y.J., Caia Zh.B. Influence of laser shock peening on surface characteristics and corrosion behavior of zirconium alloy // Mater. Characteriz. 2023. V. 206. P. 113387.
  19. Eroshenko A.Yu., Mairambekova A.M., Sharkeev Yu.P., Kovalevskaya Zh.G., Khimich M.A. Structure, phase composition and mechanical properties in bioinert zirconium-based alloy after severe plastic deformation // Letters Mater. 2017. Т. 7. № 4. P. 469–472.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки (а) и внешний вид обработанной поверхности образца (б): 1 – лазерная головка с объективом; 2 – луч лазера; 3 – точка фокусировки лазерного луча на поверхности образца; 4 – вода, слой 2 мм; 5 – обрабатываемый образец (вид спереди).

Скачать (314KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты EBSD-анализа мелкозернистой структуры исходного образца из отожженного сплава: а – ориентационная карта; б – карта границ элементов структуры; в – спектр границ элементов структуры; г – распределение зерен с большеугловыми границами по размеру; д – распределение зерен и субзерен по размеру.

Скачать (961KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура исходного ультра-микрокристаллического образца. ПЭМ: а – светлое поле; б – темное поле в рефлексе 112αZr.

Скачать (253KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Треки на модифицированной поверхности образцов: а – МЗ-образец; б – УМК-образец.

Скачать (713KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структура кратеров при разных увеличениях: а, в – МЗ-образец; б – УМК-образец.

Скачать (670KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Карты рельефа модифицированных поверхностей: а – МЗ-образец; б – УМК-образец. Значения величин глубины и высоты указаны в мкм.

Скачать (520KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Профили рельефа модифицированной поверхности по линии: а – МЗ-образец; б – УМК-образец.

Скачать (342KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Микротвердость по Кнупу на поперечном сечении образцов после лазерной ударной обработки.

Скачать (65KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Полные дифрактограммы (а) и участок дифрактограмм (б) МЗ- и УМК-образцов, изменение средней интегральной ширины рентгеновских пиков (в) до и после обработки.

Скачать (263KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результаты EBSD-анализа структуры МЗ-образца после лазерной обработки: а – ориентационная карта; б – картаграниц элементов структуры; в – распределение зерен и субзерен по размеру; г – спектр границ элементов структуры.

Скачать (777KB)
Метаданные