Вплив лазерної дії на приповерхневий шар заліза методом

“Вплив лазерної дії на приповерхневий шар заліза методом комп’ютерного моделювання” Виконали: Я. В. Швидка, А. В. Свята Наукові консультанти: Г. Д. Холмська, О. В. Філатов Вступ Результати Лазерна обробка використовується для зміцнення приповерхневих шарів деталей машин та інструменту з метою підвищення їх зносостійкості та інших характеристик. Комп’ютерне моделювання процесу лазерної обробки дозволяє глибше дослідити природу процесів на поверхні, прогнозувати характеристики виробів, зберегти ресурси у порівнянні з реальним експериментом. Рисунок 1 – Нагрівання речовини без руйнування Рисунок 2 - Виникнення локальних ділянок в межах зони лазерної дії Рисунок 3 - Збереження ближнього порядку на локальних ділянках Рисунок 4 - Втрата ближнього порядку на локальних ділянках Рисунок 5 - Утворення рельєфу Рисунок 6 - Емісія атомів Мета дослідження Встановити вплив імпульсної лазерної дії на властивості поверхневих шарів заліза шляхом комп’ютерного моделювання. Матеріали і методи Об'єктом експерименту є технічне залізо. Форма зразка – паралелепіпед, п’ять граней якого не беруть участі у дослідженні. На шостій грані відбуваються локальні зміни. Проводиться моделювання точкової лазерної обробки при Т=2500 К. Ділянка на яку потрапляє лазер – сфера з діаметром 7 мм; глибина дії лазера – 5 мм. Використані такі припущення: Ø За короткий час дії імпульсу не відбувається взаємодії насичуючого середовища з нагрітою та розплавленою поверхнею заліза. Ø Розподіл енергії в зоні лазерної дії є рівномірним. Ø Густина потужності впродовж дії імпульсу не змінюється. Умови моделювання: Ø Ізобарно-ізотермічний ансамбль з постійною кількістю атомів. Ø Потенціал енергії ЕАМ визначається за моделлю зануреного атома. Ø Крок по часу – 3 e-15. Алгоритм: На початку розрахунку задаємо початкові і граничні умови, далі піддаємо поверхню зразка точковій лазерній обробці при температурі і аналізуємо поведінку атомів при заданій температурі. Модель реалізовано у програмному середовищі XMD (http: //xmd. sourceforge. net/download. html) і візуалізовано у програмі VMD (http: //soft. mydiv. net/mac/download-VMD. html). Висновки Ø Продемонстровано, що розплавлення матеріалу при лазерній обробці відбувається спочатку в локальних ділянках, кількість яких з часом зростає (рис. 3). В результаті відбувається оплавлення всієї зони лазерної обробки. Ø Лазерна обробка матеріалу призводить до утворення рельєфу на поверхні (рис. 5). Ø Встановлено, що при нагріві матеріалу вище температури плавлення не спостерігається утворення дислокацій. Ø При температурі, вищій Тпл відбувається емісія атомів з поверхні матеріалу (рис. 6) і матеріал ділянки, що піддається обробці, переходить у аморфний стан. Ø Результати комп’ютерного моделювання відповідають фізичним уявленням про природу процесу. ІНЖЕНЕРНО-ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ, КАФЕДРА ФІЗИКИ МЕТАЛІВ І