ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В СТАЛЯХ ПРИ СКОРОСТНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ

Экспериментальные исследования лазерно-облученных слоев в магнитном поле (МП) показали нетривиальную морфологию поверхности зоны обработки материалов в случае ее подплавления. Наблюдается закручивание тонкого слоя жидкого металла, зона облучения приобретает «серповидный» вид, ориентированный строго определенно относительно магнитного потока. Вероятно, это вызвано эффектом Риги-Ледюка, а также действием сил Лоренца, которые отклоняют направленный поток электронов. В результате наблюдается существенное перемешивание металла в зоне облучения, выравнивание химического состава, что положительно сказывается на прочностных свойствах готовых изделий. Одним из важных последствий влияния МП на результаты лазерной обработки является учет явления магнитострикции. При лазерном облучении без приложения МП на предварительно полированной поверхности образцов наблюдали линии скольжения, являющиеся следствием возникающих термических и структурных напряжений. Путем анализа рельефа облученной поверхности (с использованием современной методики анализа и компьютерной обработки изображений) установлено, что при облучении в МП в условиях магнитострикции уменьшается уровень напряжений в облученных зонах и снижается опасность трещинообразования. Результаты измерения температур по облученному пятну на стадии охлаждения позволили установить, что скорость охлаждения при лазерной обработке при использовании МП существенно выше, чем без его использования. Это накладывает отпечаток на протекающие процессы фазовых и структурных превращений. Сформировавшийся при лазерном нагреве в МП микронеоднородный аустенит с огромной скоростью переохлаждается до температур мартенситного превращения. Затем начинается его трансформация, последовательность которой определяется уровнем локального насыщения, степенью деформации и контролируется температурой. Первые кристаллы мартенсита образуются в наименее насыщенных участках аустенита, причем очень большая скорость (тысячи и десятки тысяч °С/с) начала процесса γ → α-превращения предотвращает самоотпуск мартенсита, который частично может протекать при дальнейшем понижении температуры за счет распространения превращения на оставшийся объем аустенита, захватывая участки разной насыщенности. В результате наряду со «свежеобразованным» мартенситом в зонах лазерной закалки формируется мартенсит, в котором возможно образование сегрегаций углерода или даже ε-карбида, и остаточный аустенит с высокой насыщенностью по углероду. Выделяющиеся дисперсные карбиды способствуют получению достаточно высокой твердости облученного в МП металла.

1. Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. – М.: Машиностроение, 1987. – 254 с.

2. Sadovskii V.D., Malinen P.A., Mel’nikov L.A. Influence of high pressure and a pulsed magnetic field on the martensite transformation in Fe−Ni and Fe−Ni−Mn alloys // Met. Sci. Heat Treat. 1972. Vol. 14. No. 9. Р. 775 – 781.

3. Садовский В.Д., Смирнов Л.В., Романов Е.П. Влияние постоянного магнитного поля на диффузионный распад переохлажденного аустенита // Физика металлов и металловедение. 1978. Т. 46. № 2. С. 54, 55.

4. Joo H.D., Kim S.U., Shin N.S., Koo Y.M. An effect of high magnetic field on phase transformation in Fe–C system // Materials Letters. 2000. No. 43(5). Р. 225 – 229.

5. Koch C.C. Experimental evidence for magnetic or electric field effects on phase transformations // Materials Science and Engineering. 2000. No. 287 (2). Р. 213 – 218.

6. Joo H.D., Kim S.U., Koo Y.M., Shin N.S., Choi J.K. An effect of a strong magnetic field on the phase transformation in plain carbon steels // Metallurgical and Materials Transactions. 2004. Vol. 35 (6). Р. 1663 – 1668.

7. Бровер А.В. Устройство бесконтактной регистрации температуры металла, изменяющейся с гипервысокой скоростью //Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 3. С. 53 – 56.

8. Пат. на полезную модель 64363 РФ. Устройство для измерения температуры поверхности металла при воздействии концентрированным потоком энергии / В.Н. Пустовойт, А.В. Бровер, Л.Д. Дьяченко; заявл. 01.02.2007; опубл. 27.06.2007. Бюл. № 18.

9. Бровер А.В., Дьяченко Л.Д. Особенности структурообразования в зонах лазерного оплавления металлов и сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 6. С. 29 – 33.

10. Бровер А.В., Пустовойт В.Н. О локализованных напряжениях в лазерно-облученной поверхности металлических материалов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 1. С. 3 – 7.

11. Müllner P., Chernenko V.A., Kostorz G. A microscopic approach to the magnetic-field-induced deformation of martensite (magnetoplasticity) // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2003. No. 267 (3). Р. 325 – 334.

12. Kiefer Björn, Dimitris C. Lagoudas “Magnetic field-induced martensitic variant reorientation in magnetic shape memory alloys” // Philosophical Magazine 85. 2005. No. 33-35. Р. 4289 – 4329.

13. Sadovskii V.D. Magnetic field and phase transformations in steel // Met. Sci. Heat Treat. 1966. No. 7. Р. 441 – 445.

14. Kaletina Yu.V. Phase transformations in steels and alloys in magnetic field // Met. Sci. Heat Treat. 2008. No. 50. Р. 413 – 416.

15. Schastlivtsev V.M., Kaletina Yu.V., Fokina E.A., Mirzaev D.A. Effect of External Actions and a Magnetic Field on Martensitic Transformation in Steels and Alloys // Met. Sci. Heat Treat. 2016. No. 58. Р. 247 – 251.

16. Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В. Особенности структуры мартенсита, полученного при закалке стали в магнитном поле в температурном интервале сверхпластичности аустенита // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 11. С. 3 – 7.

17. Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., Корнилов Ю.А. Неустойчивость кристаллической решетки перед мартенситным превращением и влияние внешнего магнитного поля в этих условиях // Вестник Донского государственного технического университета. 2009. Т. 9. № 2. С. 238 – 248.

18. Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Special features of the structure of martensite formed by hardening of steel in magnetic field in the temperature range of superplasticity of austenite // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Vol. 53. No. 11-12. Р. 515 – 519.

19. Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V, Dombrovskii Y.M. Use of the Superplasticity Phenomenon of Steel for” Internal” Magnetic Correcting a Product // Solid State Phenomena. Trans Tech Publications. 2017. Vol. 265. P. 745 – 749.

20. Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Ferromagnetically ordered clusters in austenite as the areas of martensite formation // Emerging Materials Research. 2017. Vol. 6. No. 2. P. 1 – 5.