Введение
1. Повышение механических свойств деталей машин и элементов конструкций методами, основанными на высокоэнергетическом воздействии на материал 12
1.1 Анализ методов поверхностной обработки металлических материалов высококонцентрированными потоками энергии 12
1.1.1. Электронно-лучевая обработка 13
1.1.2. Лазерная обработка 21
1.1.3. Плазменное упрочнение металлических материалов 25
1.2. Закономерности формирования структуры поверхностных слоев сталей при высокоэнергетическом воздействии 28
1.3. Особенности напряженного состояния в поверхностных слоях металлических материалов, обусловленные нагревом и последующим ускоренным охлаждением 32
1.4. Изменение комплекса механических свойств сталей в результате воздействия на поверхность высококонцентрированных источников энергии 35
1.5. Выводы 41
1.6. Цель и задачи исследования 43
2. Материалы и методы экспериментальных исследований 44
2.1. Материалы исследования 44
2.2. Предварительная термическая обработка 46
2.3. Оборудование и режимы вневакуумной электронно-лучевой обработки металлических материалов 47
2.4. Структурные исследования материалов 50
2.4.1. Оптическая металлография 50
2.4.2. Растровая электронная микроскопия 51
2.4.3. Просвечивающая электронная микроскопия 52
2.4.4. Рентгеноструктурный анализ с использованием синхротронного излучения 53
2.5. Методы определения механических свойств 53
2.5.1. Измерение микротвердости 55
2.5.2. Определение прочностных свойств и показателей пластичности при статическом нагружении 55
2.5.3. Определение циклической трещиностойкости 57
2.5.4. Испытание материалов на ударный изгиб 60
2.5.5. Контактно-усталостные испытания 61
2.5.6. Определение износостойкости металлических сплавов в условиях трения о закрепленные частицы абразива 63
3. Формирование эффективной градиентной структуры в при вневакуумной электронно-лучевой обработке 66
3.1. Образование аустенита при вневакуумной электронно-лучевой обработке 67
3.2. Влияние предварительной термической обработки на формирование поверхностного слоя углеродистых сталей, упрочненных электронным лучом 82
3.3. Моделирование процессов нагрева и охлаждения поверхностных слоев стали У8 в условиях вневакуумной электронно-лучевой обработки 93
3.4. Образование дефектов мартенситной структуры, обусловленное аустенитизацией стали при повышенных температурах 112
3.5. Измельчение мартенситной структуры путем микролегирования высокоуглеродистой стали титаном и ниобием 122
3.6. Отпуск сталей, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой закалки 129
3.7. Выводы 138
4. Влияние электронно-лучевого упрочнения на показатели конструктивной прочности углеродистых сталей 140
4.1. Циклическая трещиностойкость сталей, упрочненных электронным лучом 141
4.2. Контактно-усталостная выносливость углеродистой стали, упрочненной методом вневакуумной электронно-лучевой обработки 154
4.3. Ударная вязкость сталей эвтектоидного состава, упрочненных методом вневакуумной электронно-лучевой обработки 163
4.4. Износостойкость сталей в условиях трения о закрепленные частицы абразива 172
4.5. Оценка уровня прочностных свойств поверхностно-упрочненных сталей 173
4.6. Выводы 177
5. Повышение конструктивной прочности изделий ответственного назначения методами поверхностного упрочнния 179
5.1. Упрочнение боковых граней железнодорожных рельсов 179
5.2. Повышение стойкости раскатных роликов прокатных станов 184
5.3. Поверхностное упрочнение поршня ударника погружного перфоратра 188
5.4. Использование результатов научно-исследовательской работы в учебном процессе 190
5.5. Выводы 192
Основные результаты и выводы 194
Список литературы 197
Приложение 218
