Параметрические характеристики нано- и микропор, влияющие на их залечивание при селективной лазерной обработке

Авторы

  • Иван Сергеевич Сафронов Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС» https://orcid.org/0000-0002-7144-4376
  • Александр Иванович Ушаков Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС» https://orcid.org/0009-0004-5181-0158
  • Ольга Витальевна Андрухова Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС» https://orcid.org/0000-0001-8181-883X

DOI:

https://doi.org/10.52575/2687-0959-2024-56-3-226-233

Ключевые слова:

нано- и микропоры, селективное лазерное воздействие, наносекундные лазерные импульсы

Аннотация

В работе теоретически рассмотрены закономерности прогрева материала в окрестности нано- и микроразмерных пор, расположенных вблизи поверхности металлического образца, подвергаемого лазерному нагреву лазерным импульсом длительностью 20 нс. Установлены зависимости нагрева материала над порой и под порой для различных расстояний от нагреваемой поверхности до поры. Показано, что в окрестности «идеальной поры» формируется специфическое распределение температуры с дополнительным нагревом материала над порой по сравнению с бездефектным материалом. Показано, что с точки зрения распределения теплового поля наиболее благоприятные условия для залечивания пор реализуются для пор малого диаметра, расположенных на расстоянии 0,5–2 мкм от поверхности, подвергаемой лазерному облучению. В условиях одновременного ударного сжатия это обеспечивает благоприятные условия для заполнения поры нагретым материалом и её полного или частичного залечивания.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Иван Сергеевич Сафронов, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,
г. Москва, Россия

E-mail: issafronov@yandex.ru
ORCID: 0000-0002-7144-4376

Александр Иванович Ушаков, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

магистрант, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,
г. Москва, Россия

E-mail: Ushakov_a_i@mail.ru
ORCID: 0009-0004-5181-0158

Ольга Витальевна Андрухова, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,
г. Москва, Россия

E-mail: Ova17@yandex.ru
ORCID: 0000-0001-8181-883X

Библиографические ссылки

Майоров В.С. Лазерное упрочнение металлов. В кн.: Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / под ред. В.Я. Панченко. М.: Физматлит; 2009. 664 c.

Костюк Г.И., Руденко Н.В. Лазерное упрочнение легированных сталей. Авиационно-космическая техника и технология. 2012;2(89):23–27.

Safronov I., Ushakov A. Effect of simultaneous improvement of plasticity and microhardness of an amorphousnanocrystalline material based on Co, as a result of laser processing of nanosecond duration. Elsevier Ltd.: Materials Today: Proceedings. 2020;38:1516–1520.DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.141

Duradji V.N., Kaputkin D.E., Duradji A. Aluminum Treatment in the Electrolytic Plasma during the Anodic Process. Journal of Engineering Science and Technology Review. 2017;10(3):81–84.DOI: 10.25103/jestr.103.11

Duradji V.N.; Kaputkin D.E. and Duradji A.Y. Electrolyte-Plasma Modification of Surface of Ti-Based Alloy during Electrohydrodynamic Mode of Anodic Process. Journal of The Electrochemical Society. 2017;164(9):226–232.doi:10.1149/2.0451709jes

Симонов Ю.В., Ушаков И.В. Механические свойства поверхностных структур титанового сплава ВТ9 после многократной локальной обработки наносекундными лазерными импульсами. Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2020;2:19–35.

Ushakov I., Simonov Y. Formation of surface properties of vt18u titanium alloy by laser pulse treatment. Materials Today: Proceedings. 2021;19:2051.DOI:10.1016/j.matpr.2019.07.072

Dunn A., Carstensen J.V., Wlodarczyk K., Hansen E.B. Nanosecond laser texturing for high friction applications. Optics and Lasers in Engineering. 2014;62:9–16.DOI:10.1016/j.optlaseng.2014.05.003

Netprasert O., Saetang V., Dumkum Ch. Surface Hardening of AISI 420 Stainless Steel by Using a Nanosecond Pulse Laser. Materials Science Forum. 2018;911:44–48.DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.911.44

Casalino G., Moradi M., Moghadam M., Khorram A. Experimental and Numerical Study of AISI 4130 Steel Surface Hardening by Pulsed Nd:YAG Laser. Materials. 2019;12:31–36.DOI:10.3390/ma12193136

Andrukhova O.V., Ovechkin S.V., Andrukhova T.V., Zhukovskaya T.M., Kustov S.L., Nauman L.V. Study of the effect of coherent radiation on the properties of aramid fibers and fabrics. Fundamental’nye Problemy Sovremennogo Materialovedenia. 2022;19(1):125–131.

Овечкин С.В., Ананьин С.В., Андрухова О.В., Попов И.А. Влияние когерентного излучения на прочность арамидных волокон и тканей. Ползуновский вестник. 2021;2:233–238.

Чаус А.С., Максименко А.В., Федоенко Н.Н., Чаплович Л., Мышковец В.Н. Формирование структуры быстрорежущей стали при лазерном оплавлении поверхности. Физика металлов и металловедение. 2019;120(3):291–300.

Maharjan N., Wu N., Zhou W. Hardening Efficiency and Microstructural Changes during Laser Surface Hardening of 50CrMo4 Steel. Metals. 2021;11:2015.https://doi.org/10.3390/met11122015

Ushakov I.V., Safronov I.S., Oshorov A.D., Zhiqiang W., Muromtsev D.Yu. Physics of the effect of high-temperature pulse heating on defects in the surface layer of a metal alloy. Metallurgist. 2023;7:74–79.DOI:10.1007/s11015-023-01588-z

Wang Z., Ushakov I.V., Safronov I.S., Zuo, J. Physical Mechanism of Selective Healing of Nanopores in Condensed Matter under the Influence of Laser Irradiation and Plasma. Nanomaterials. 2024;14(2):139–153.https://doi.org/10.3390/nano14020139

Kaputkin D.E. Application of Focused Optic Irradiation for Surface Treatment of Commercial Steels. Materials Science Forum. 2003;426-432:1285–1288.DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.1285

Liu B., Wang Ch. Numerical simulation for the evolution in surface morphology of titanium alloy by nanosecond pulsed laser ablation. Materials Chemistry and Physics. 2024;315:128997.DOI:10.1016/j.matchemphys.2024.128997

Yang X., Kuang X. Influence of Molten Pool Flowand Evaporation on the Surface Morphology During Laser Micro-Texture Processing. Metals and Materials International. 2024;30(6):1646–1658.DOI:10.1007/s12540-023-01588-3

Андрухова О.В., Сафронов И.С., Ушаков А.И. Физические процессы в поверхностном слое конденсированного материала при воздействии наносекундных лазерных импульсов. Материалы Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии». 2024;104–106.

Qiao J., Ushakov I.V., Safronov I.S., Oshorov A.D., Wang Z., Andrukhova O.V., Rychkova O.V. Physical Mechanism of Nanocrystalline Composite Deformation Responsible for Fracture Plastic Nature at Cryogenic Temperatures. Nanomaterials. 2024;14(8):723.https://doi.org/10.3390/nano14080723

Kan Y., Liu H., Zhang S. H., Zhang L. W. and other authors Probabilistic pore healing model for prediction of relative density in heat treatment. Materials Research Innovations. 2014;18(S4):1026–1030.DOI:10.1179/1432891714Z.000000000819

Chen J., Chandrashekhara K., Mahimkar C., Simon Lekakh and other authors Study of void closure in hot radial forging process using 3D nonlinear finite element analysis. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012;62:1001–1011.DOI:10.1007/s00170-011-3876-3

Zhang X.-X., Cui Z., Chen W., Li Y. A criterion for void closure in large ingots during hot forging. Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(4):1950–1959.DOI:10.1016/j.jmatprotec.2008.04.051

Бокштейн Б., Епишин А., Светлов И., Есин В., Родин А., Линк Т. Рост и залечивание пор в монокристаллах жаропрочных сплавов на никелевой основе. Журнал функциональных материалов. 2006;1(5).


Просмотров аннотации: 65

Поделиться

Опубликован

2024-09-30

Как цитировать

Сафронов, И. С., Ушаков, А. И., & Андрухова, О. В. (2024). Параметрические характеристики нано- и микропор, влияющие на их залечивание при селективной лазерной обработке. Прикладная математика & Физика, 56(3), 226-233. https://doi.org/10.52575/2687-0959-2024-56-3-226-233

Выпуск

Раздел

Физика. Математическое моделирование

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)