ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОКРЫТИЯ МОЛИБДЕНОВОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ

Изучена эволюция напряженно-деформированного состояния покрытия из молибденовой быстрорежущей стали при электронно-пучковой обработке. В основу модели были положены уравнения термоупругости и теплопроводности. В качестве основной модели пластичности материала использовали модель линейного изотропного упрочнения. На верхней границе расчетной области задавали тепловой поток с учетом потерь на испарение вещества, ее считали свободной от напряжений. На нижней границе тепловой поток и перемещения считали равными нулю. На боковых границах расчетной области задавали периодические граничные условия по температуре и перемещению. Установлены распределения температуры и компонент тензора напряжений по расстоянию от поверхности облучения в различные моменты времени. Показано, что воздействие электронного пучка приводит к формированию биполярной термоупругой волны с устойчивыми полюсами в области растягивающих и сжимающих напряжений, которые расположены на расстоянии 4,2754 и 12,826 мкм от поверхности облучения. Появление максимума растягивающих напряжений обусловлено как формированием волны растяжения, так и закалочными эффектами, а также наличием карбидных фаз. Максимум сжимающих напряжений обусловлен наложением падающей и отраженной термоупругих волн. Получено распределение эквивалентных пластических деформаций по расстоянию от поверхности облучения. Его анализ показал, что вне зависимости от времени пластической деформацией охвачен слой толщиной до 20 мкм. Наибольшие значения эквивалентной пластической деформации (примерно 1,97 – необходимо уточнить к чему относится) наблюдаются вблизи поверхности материала. Области наибольших пластических деформаций размещены в виде паттерна. 

1. Мозговой И.В., Шнейдер Е.А. Наплавка быстрорежущей стали. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2016:200.

2. Кремнев Л.С., Онегина А.К., Виноградова Л.А. Особенности превращений, структуры и свойств молибденовых быстрорежущих сталей. Металловедение и термическая обработка металлов. 2009;12(654):13–19.

3. Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов. МиТОМ. 2008;(11):18–28.

4. Dou B., Zhang H., Tao Y. et al. Effect of Fe on type and distribution of carbides in medium-entropy high-speed steels. Tungsten. 2023;5:189–197.

5. Bingyan Duan, Naiming Lin, Haichao Zhao, Li Zhou, Xin Wang, Guozheng Ma, Haidou Wang, Quanxin Shi, Yucheng Wu. Microstructure and tribological performance of FeCrNiMox medium-entropy alloy (MEA) coatings by high-speed laser cladding: Effect of molybdenum content. Journal of Alloys and Compounds. 2025.

6. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181001

7. Askari Marzieh, Khorrami Mahmoud Sarkari, Sohi Mahmoud Heydarzadeh. Effect of molybdenum content on the microstructural characteristic of surface cladded CoCrFeNi high entropy on AISI420 martensitic stainless steel. Materials Today Communications. 2025;43:111729. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2025.111729

8. Pat. DE19508947A1. New wear resistant iron-molybdenum-tungsten alloy. Feng Dipl Ing Li; publ. 19.09.1996.

9. Малушин Н.Н., Романов Д.А., Ковалев А.П., Осетковский В.Л., Бащенко Л.П. Структурно-фазовое состояние теплостойкого сплава высокой твердости, сформированного плазменной наплавкой в среде азота и высокотемпературным отпуском. Известия вузов. Физика. 2019;62(10(742)):106–111.

10. https://doi.org/10.17223/00213411/62/10/106

11. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P. et al. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal. 2023;66(7):731–739.

12. Ivanov K.V., Voronov A.V. Evolution of morphology, microstructure and phase composition of zirconia thin coating on copper as a result of low energy high current pulsed electron beam irradiation. Surf. Coating. Technol. 2023;456:129257. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129257

13. Wenhai Peng, Shengzhi Hao, Limin Zhao, Ziqi Li, Jun Chen, Jia’ni Lan, Xinglei Wang, Kaiyi Wang. Thermal stability of modified surface microstructure on WC‒Co cemented carbide after high current pulsed electron beam irradiation. Journal of Alloys and Compounds. 2020;829:154545. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154545

14. Qin Y., Dong C., Wang X.G., Hao S.Z., Wu A.M., Zou J.X., Liu Y. Temperature profile and crater formation induced in high-current pulsed electron beam processing. J. Vac. Sci. Technol. 2003;21:1934–1938.

15. http://dx.doi.org/10.1116/1.1619417

16. Qin Y., Zou J., Dong C., Wang X., Wu A., Liu Y., Hao S., Guan Q. Temperaturestress fields and related phenomena induced by a high current pulsed electron beam. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. Atoms. 2004;225:544–554.

17. Марков А.Б., Ротштейн В.П. Термический и деформационно-волновой механизмы упрочнения углеродистой стали при воз-действии высокоэнергетического сильно-точного электронного пучка. ФиХОМ. 1997;(6):36–41.

18. Сарычев В.Д., Волошина М.С., Громов В.Е. Математическая модель генерации термоупругих волн при воздействии концентрированных потоков энергии на материалы. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011;8(4):71–76.

19. Галанин М.П., Гузев М.А, Низкая Т.В. Разработка и реализация вычислительного алгоритма для расчета температурных напряжений, возникающих при нагреве металла, с учетом фазовых переходов. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2005;139:19.

20. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А.С. Зубченко. Москва: Машиностроение, 2003:782.

21. Saunders N., Guo,U.K.Z., Li X. et al. Using JMatPro to model materials properties and behavior. JOM. 2003;55:60–65.

22. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0013-2

23. Konovalov S., Chen X., Sarychev V., Nevskii S., Gromov V., Trtica M. Mathematical modeling of the concentrated energy. Metals. 2017;7(4):1–18.

24. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Баклушина И.В., Емелюшин А.Н., Шлярова Ю.А. Плазменная наплавка быстрорежущей молибденовой стали: структура и свойства. Новокузнецк: Полиграфист, 2025:176

25. Yuriev A.B., Ivanov Y.F., Gromov V.E., Klopotov A.A., Minenko S.S., Chapaikin A.S., Semin A.P. Structure and properties of surfacing made of high-entropy high-speed steel. Russ Phys J. 2024;67:915–922.

26. https://doi.org/10.1007/s11182-024-03196-z

27. Майер А.Е., Яловец А.П. Механические напряжения в облучаемой мишени с воз-мущенной поверхностью. ЖТФ. 2006;76(В.4):67–73.