Отбор микроструктуры при лазерной перекристаллизации конструкционной стали

ВЕСТНИК
УДМУРТСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА

ФИЗИКА
2005. №4

УДК 548.075

М. Д. Кривилев, Д. А. Данилов, Е. В. Харанжевский,
П. К. Галенко

ОТБОР МИКРОСТРУКТУРЫ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ
ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

Проведено прогнозирование микроструктуры для процесса высокоскоростной
лазерной перекристаллизации поверхности конструкционной стали. Для прогнозирования микроструктуры использовалась модель высокоскоростной кристаллизации с учетом локального неравновесия как на фронте кристаллизации, так и в поле диффузии. Анализ микроструктуры дан по диаграмме
микроструктур (ДМ), которая показывает тип морфологии кристаллической
структуры в зависимости от величины температурного градиента и локальной
скорости кристаллизации. Методом численного эксперимента исследована взаимосвязь между кристаллической микроструктурой, скоростью кристаллизации и величиной температурного градиента. Определен переход к бесструктурной кристаллизации в области высоких скоростей как переход к абсолютной морфологической устойчивости фронта. Для оценки вклада локальной
неравновесности в поле диффузии результаты моделирования сопоставлены с
результатами по модели, учитывающей локальную неравновесность только на
фронте высокоскоростной кристаллизации.

Ключевые слова: высокоскоростная кристаллизация, сплавы, лазерная обработка, микроструктура, моделирование.

Введение

Высокоскоростная кристаллизация является современным методом получения материалов, обладающих улучшенными физическими и механическими свойствами. Материалы, полученные этим методом, используются в современных экспериментальных разработках и промышленных технологиях, таких как затвердевание жидких металлических капель на холодной подложке, спиннингование, обработка поверхности электронным
или лазерным лучом, атомизация, электромагнитная/электростатическая
левитация, сварка. Важная проблема, решение которой необходимо для качественного проведения экспериментальных измерений и отработки промышленных технологий, заключена в разработке адекватной модели прогнозирования кристаллической микроструктуры. Физические процессы
неравновесного зародышеобразования и роста фаз могут быть качественно и количественно изучены методами математического моделирования, a
результаты представлены в виде карты отбора микроструктур, функционально зависящей от управляющих параметров рассматриваемой системы.
В условиях высокоскоростной обработки поверхности лазерным излучением, экспериментальное исследование диаграммы микроструктур (ДМ)