Экспериментально исследовано влияние импульсного электронного облучения на микроструктуру поверхности и стойкость в режиме резания металла инструментальной металлокерамики на основе карбида титана с никель-хромовой связкой.

Иллюстрируются возможности применения идей теории горения к моделированию высокотемпературных технологических процессов. В качестве примеров рассмотрены модель процесса кислородной резки, в которой учитываются кинетические особенности реакции окисления; модель электронно-лучевой обработки материала с покрытием, в котором может протекать экзотермическая реакция, приводящая к изменению свойств покрытия. Обсуждаются проблемы механической устойчивости, возникающие в некоторых технологических процессах.??.

Предложены математические модели процесса термической обработки поверхностей деталей, имеющих форму фигур вращения: диска большого радиуса или диска с вырезом и полого цилиндра. Источник нагрева движется по обрабатываемой поверхности по заданной траектории с заданной скоростью. На деталь может быть предварительно нанесено покрытие, толщина и свойства которого считаются известными. Составлены программы для численного исследования процессов термической обработки. В зависимости от соотношения теплофизических свойств материалов основы и покрытия и их температур фазовых переходов режимы термической обработки различны.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

Исследовано влияние ультразвукового ударного воздействия на изменение структуры и свойства перлита в поверхностном слое цементированной стали. Показано, что в результате пластической деформации происходит перераспределение углерода с образованием новых фаз.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

Предложена математическая модель неизотермической диффузии азота в поверхностном слое металлокерамического сплава на основе карбида титана с Ni-Cr связующим за время действия одиночного импульса облучения мощным электронным пучком. Показано, что в результате такой обработки образуется диффузионная зона с концентрацией азота 1,5-2,0 ат.%.

Исследованы микроструктура и фазовый состав ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в зависимости от режима термической обработки, а именно температуры и времени старения после закалки от 1080 гр. Установлено, что фазы Лавеса образуются только по границам ферритных зерен, тогда как карбиды Ме23С6 и V2С - как в ферритной, таки в мартенситной составляющих структуры.

На основании количественных расчетов температурных полей в интерметаллическом соединении Ni3Al при импульсной электронно-пучковой обработке определены параметры облучения, обеспечивающие нагрев поверхностного слоя на глубину до 50 мкм до температур, превышающих температуру плавления. Показано, что при определенных режимах импульсного электронного облучения в условиях направленной кристаллизации происходит формирование субмикро- и нанокристаллической структуры поверхностного слоя. Продемонстрирована возможность контролируемого изменения фазового состава поверхностного слоя интерметаллида методом электронно-пучковой обработки.

Изучено влияние тепловой обработки при газотермическом оплавлении покрытий из Ni-Cr-D-Si-сплавов на их структуру, фазовый состав твердость. Показано формирование покрытий со структурой никелевой матрицы, представленной иерархией трех размерных уровней, и упрочняющими карбидными и боридными фазами различной дисперсности. Изучено распределение микротвердости по сечению покрытий и в зонах выделений трех фаз. Установлено, что при ультразвуковой обработке оплавленных покрытий на основе никеля, подавляется образование дендритов, вырастают размеры колоний боридной эвтетики.

Исследовано влияние ряда полимерных присадок и виброакустического воздействия на структурно-реологические свойства высокопарафинистой нефти. Показано, что комплексная обработка позволяет достичь синергических эффектов улучшения реологических свойств нефти. Депрессорный эффект при этом сохраняетя в течение времени, необходимого для перекачивания нефти из резервуаров и ее транспортирования для дальнейшей переработки.

Изучено влияние термической обработки и элементного состава матрицы твердых сплавов WC-(Fe-Mn-C) на их механические свойства. Показано, что термообработка существенно улучшает механические свойства твердых сплавов, при этом оптимальная температура нагрева под закалку составляет 1150 гр. С. При деформации твердого сплава WC-сталь 110Г13 выявлено четыре стадии, при которых происходят кардинальные изменения в микроструктуре твердого сплава. Изменение температуры закалки приводит к изменению интервалов проявления различных стадий упрочнения вследствие изменения релаксационной способности связующей фазы. Установлено, что механические свойства твердых сплавов определяются фазовым составом связки, зависящим от содержания марганца. Показано, что прочностные свойства определяются совместным действием двух механизмов, обеспечивающих релаксацию концентраторов напряжений - субструктурного и фазового превращения, по-разному изменяющихся с изменением содержания марганца.

В работе методом рентгеноструктурного анализа исследованы изменения фазового состава и тонкой кристаллической структуры ультрадисперсного плазмохимического порошка ZrO2+3 моль.% Y2O3. Установлено, что после ударного сжатия наблюдается рост микроискажений в тетрагональной фазе, при этом увеличиваетя количество моноклинной фазы. Величина микроискажений и количество моноклинной фазы максимальны при давлениях 10 и 26 ГПа, а в интервале 10-26 ГПа наблюдается их уменьшение. Показано, что увеличение количества моноклинной модификации после нагружения связано с понижением величины критического размера кристаллитов тетрагональной фазы за счет повышения уровня микроискажений. Показано, что немонотонная зависимость микроискажений Т-фазы и количества М-фазы обусловлены влиянием промежуточных фазовых превращений в процессе нагружения.

Методами рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной микроскопии и металлографии исследовано влияние высокоамплитудной ультразвуковой ударной обработки на структурные превращения и коррозионные свойства марганцовистой аустенитной стали 45Г17Ю3. Для оценки результатов коррозии использованы весовой и микроскопический методы, а также метод поляризационных кривых. Показано, что ультразвуковая обработка поверхности приводит к субструктурным и фазовым превращениям в стали. Под действием ультразвука происходит образование карбидов Fe3C, Me23C6, выделение углерода из твердого раствора, формирование двойниковой субструктуры. Коррозионная стойкость стали при ультразвуковой обработке повышается вдвое. Обсуждена взаимосвязь субструктуры и коррозионных свойств в аустенитной стали, а также способ повышения коррозионной стойкости в материалах с низкой энергией дефекта упаковки.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

Исследован эффект упрочнения 12% Cr ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в процессе комплексной обработки, состоящей из закалки, ультразвуковой обработки, ионно-плазменного азотирования и высокотемпературного отпуска. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что температура азотирования оказывает существенное влияние не только на структуру и фазовый состав упрочненных поверхностных слоев, но и на процесс выделения частиц вторых фаз в объеме материала. Упрочнение стали после азотирования при 600 гр.С связано с выделением нитридных частиц в поверхностном слое и карбидных частиц в объеме стали. После азотирования при 700 гр.С. и последующего отпуска в объеме материала образуются игольчатые прослойки аустенита, что приводит к разупрочнению стали.

В работе представлен пакет программного обеспечения для IBM PC, названный IMAGES ("Изображения"), предназначенный для улучшения и анализа оптико-телевизионных изображений поверхностей материалов. Программа позволяет определять геометрические характеристики структурных элементов изображения (зерна, полосовые структуры), как в ручном, так и в автоматическом режимах, и представляет интерес для специалистов в области неразрушающего контроля материалов и обработки изображений.

Предложен способ увеличения ресурса при усталостном нагружении за счет обработки мощными импульсами электрического тока. Показано, что подобная обработка способствует восстановлению усталостной прочности. Проанализированы причины указанного возрастания долговечности на примере образцов из углеродистой стали.

В работе предложена изотермическая динамическая модель начальной стадии процесса перемешивания частиц в поверхностном слое материала в условиях поверхностной обработки. Модель учитывает диффузию ионов, конечность времени релаксации потока массы, появление напряжений вследствие изменения состава поверхностного слоя и явление переноса компонента под действием градиента напряжений. Описан выбор безразмерных переменных и физический смысл получаемых при этом безразмерных комплексов. На основе анализа известных частных уравнений и классических разностных методов их численного решения выбран метод численной реализации связанной модели. Продемонстрированы свойства разностных схем и качественные особенности решений диффузионного, телеграфного и волнового уравнений. Выявлены качественные особенности концентрационной и упругой волн, взаимодействующих между собой. Показано, что смена качественного характера распределения деформаций в упругой волне связана с конечностью скорости распространения диффузионной волны.

Изучено влияние электрохимической обработки с помощью переменного асимметричного тока на физико-химические свойства тяжелой высокосмолистой нефти. Предположено, что при электродиализе в переменном асимметричном токе происходит разрушение связи органической матрицы нефтяных компонентов, агломерация смол и асфальтенов с образованием крупных ассоциативных комплексов, выпадающих в осадок. В жидкой фазе снижается количество соединений ванадия и никеля. Изменение соотношения компонентов дисперсионной среды и дисперсной фазы приводит к изменению структурно-реологических свойств нефти.

С помощью профилометрии, оптической и просвечивающей электронной микроскопии исследована микроструктура поверхностных слоев малоуглеродистой ферритно-перлитной стали после точения и ультразвуковой финишной обработки. Показано, что выступы и впадины точения имеют разную микроструктуру, что обусловливает наличие на поверхности детали технологической наследственности. При ультразвуковой финишной обработке происходит интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя, в результате чего устраняется технологическая наследственность, сформировавшаяся в процессе точения.

Проведен совместный крекинг механообработанного бурого угля и мазута, изучен состав полученных продуктов. Установлено, что механообработка угля позволяет увеличить выход жидких продуктов пиролиза и улучшить их качество.

Исследованы среднеуглеродистые стали после фрикционной обработки методом трения с перемешиванием с использованием двух типоразмеров твердосплавного инструмента. Показана перспективность использования инструмента малого диаметра для формирования мелкозернистой структуры стали. Дано объяснение причин формирования слоистой структуры. Приведены результаты испытаний на износостойкость стали с фрикционно-обработанной структурой.

Изучена возможность создания упрочненного слоя композита (образца) за счёт массопереноса между взаимодействующими поверхностями в трибоконтакте в условиях электрохимической обработки стали (контртела). Определены интенсивность изнашивания и фазовый состав поверхностного слоя металлического композита при скольжении с токосъёмом в этих условиях. Показано, что скольжение с контактной плотностью тока менее 100 А/см2 не сопровождается износом при любом анодном токе (через электролит). Установлено, что поверхностный слой композита содержит медь, гамма-Fe и aльфа-Fe после трения в электролите. Последующие испытания в условиях сухого скользящего электроконтакта показали низкую износостойкость образцов. В этом случае поверхностный слой содержит aльфа-Fe и малое количество оксида FeO. Изнашивание в этих условиях происходит, в основном, за счёт разрушения первичной структуры в зоне контакта. Сделан вывод о нецелесообразности упрочнения поверхности металлических материалов за счёт массопереноса между контактирующими поверхностями.

Методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследована азотистая сталь 07Х17АГ18 с аустенитной структурой после поверхностной деформационной обработки — ультразвуковой ковки (УЗК). В процессе УЗК аустенитная структура трансформируется в новую, содержащую повышенную концентрацию деформационных дефектов упаковки, множество деформационных микродвойников, кристаллы эпсилон-мартенсита. В поверхностном слое отмечено уменьшение параметра решетки аустенита. Азотистая сталь после УЗК обладает повышенными прочностными свойствами при сохранении высокой пластичности.

Методами хроматомасс-спектрометрии, ИК- и ПМР-спектроскопии, ротационной вискозиметрии исследован состав и вязкостно-температурные свойства парафинистой высокосмолистой нефти, обработанной в ультразвуковом поле. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к увеличению в масляной фракции обработанной нефти доли низкомолекулярных н-алканов, снижению вязкости и температуры застывания нефти.

Изучено влияние механической обработки на морфологию, удельную поверхность и фазовый состав синтетических цеолитов SAPO-34 и SCT-323. Показано что, площадь удельной поверхности зависит от времени механической обработки в шаровых мельницах. Установлено, что с увеличением времени механической активации, происходит уменьшение удельной поверхности, агломерация частиц порошка и повышение содержания аморфной фазы.

Исследованы особенности структуры, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали (Cr16.5, Mn18.8, С0.07, N0.53, Si0.52 маc. %, ост. Fe) после фрикционной обработки. Показано, что наряду с двойникованием азотистый аустенит при фрикционной обработке испытывает превращение гамма —> ДУ —> эпсилон. Упрочнение стали фрикционной обработкой проявляется в задержке начала пластического течения. В структуре поверхностного слоя толщиной 5 мкм отмечена высокая концентрация дефектов упаковки. Механические свойства зависят от ориентации действующих напряжений по отношению к направлению фрикционной обработки. При трении скольжения шарика из твердого сплава (94%WC + 6%Со) по упрочненной поверхности наблюдается аномально низкий коэффициент трения 0.13. В присутствии абразивных частиц в виде продуктов изнашивания коэффициент трения повышается до 0.50, однако интенсивность изнашивания почти в 2 раза меньше в сравнении с аналогичным показателем для не упрочненной поверхности азотистой стали, испытанной в тех же условиях.

Проведены электронно-микроскопические исследования структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния материала из горячекованых заготовок. Обнаружено, что скалярная плотность дислокаций в ферритных зернах и в ферритных прослойках перлита стали из поковки, растрескавшейся после проведения технологических операций, в полтора раза больше, чем в кондиционном материале. Металл в этом состоянии имеет повышенное содержание сульфидов пластинчатой морфологии. В нем в 1,5 - 2 раза выше допустимого объемна доля перлита, превалирует пластинчатый перлит, а локальные дальнодействующие напряжения соизмеримы с пределом текучести. Установлено, что причиной формирования неблагоприятного структурно-фазового состояния является повышенное содержание углерода. что привело к перегреву метала, как при обработке давлением, так и при финишной термической обработке.

Методами физического материаловедения проведены исследования рельефа поверхности, фазового состава и дефектной субструктуры твердого сплава TiC-50% NiCr, обработанного импульсным низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком субмиллисекундной длительности воздействия (энергия электронов U = 5...20 кэВ, ток пучка I = 50...200 А, длительность импульса воздействия пучка = 50...200 мкс, плотность энергии пучка = 10...45 Дж/см2, число импульсов облучения N = 1...15, частота следования импульсов = 0.5...1Гц). Выявлены закономерности эволюции фазового состава и дефектной субструктуры, вскрыты механизмы диспергирования кристаллитов карбидной фазы, установлены интервалы изменения параметров пучка электронов, в пределах которых преобладает тот или иной механизм диспергирования кристаллитов карбидной фазы.

Предложена физико-математическая модель, разработан программный комплекс и проведено детальное численное исследование процессов при импульсной электронно-пучковой обработке покрытий различной толщины из металлокерамического сплава TiC-(Ni-Cr) в широком диапазоне плотностей мощности, времени воздействия и частоты следования импульсов. Результаты работы могут представлять интерес для понимания процессов, происходящих при поверхностной обработке покрытий и материалов высококонцентрированными потоками энергии.

Представлены результаты цикла исследований, связанных с изучением влияния на коррозионные свойства и биосовместимость никелида титана in vivo, наличия тонких безникелевых барьерных слоев, сформированных на его поверхности с использованием ионно- и электронно-лучевых воздействий. Элементом легирования выбран титан. Показано, что для достижения положительного эффекта особое значение имеет специальная подготовка поверхностного слоя материала подложки. В случае предварительной электронно-лучевой обработки подложки барьерный слой, сформированный ионно-лучевым воздействием ионами Ti, более однороден п составу и почти не содержит никеля по всей своей глубине. Это приводит к понижению концентрации никеля в биопробах почти в два раза, что повышает биосовместимость имплантатов с модифицированной поверхностью. Обнаружено, что гистопатологические особенности "протеино-подобной" (ПП)- и "коллагено-подобной" (КП)-пленок прямо коррелируют с физико-химическими и морфологическими свойствами поверхностей имплантатов из никелида титана. На основе полученных результатов сделаны рекомендации использования обработок ионными и электронными пучками как финишные обработки поверхностей имплантатов для медицины.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

Показано, что в поверхностном слое цементированной стали 15Н3МА после обработки импульсным низкоэнергетическим электронным пучком формируется сложное структурно-фазовое состояние, которое характеризуется наличием феррита, аустенита и цементита. Образование мартенсита зависит от длительности импульсов и их количества. Ультразвуковая ударная обработка цементированной стали, предшествующая электронной, кардинально изменяет фазовый состав поверхностного слоя, в котором остается лишь феррит.??.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

Методами оптической и электронной просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа, наноиндентирования, определения величины износа, механических испытаний на одноосное растяжение изучено влияние ультразвуковой ударной поверхностной обработки на тонкую структуру и механические характеристики поверхностных слоев и деформационное поведение объемных образцов монокристалла TiNi(Fe, Мо).

Исследовано влияния ультразвуковой, термической и комбинированной обработок на структуру и механические свойства теплостойкой стали 12Х1МФ. Выявлено, что ультразвуковая обработка приводит к повышению микротвёрдости в поверхностном слое, а также возрастанию предела прочности и усталостной долговечности. Термическая обработка (закалка) приводит к существенному изменению структуры по всему сечению, что сопровождается двукратным повышением предела прочности и значительным повышением усталостной долговечности. Последовательная термическая и ультразвуковая обработка приводит к формированию упрочнённого поверхностного слоя и дальнейшему кратному повышению усталостной долговечности.

Методом рентгеноструктурного анализа исследована структура интерметаллида TiNi подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. выявлено 3, дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой толщиной 1:3 мкм с текстурой в направлении [100]В2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой толщиной 10:15 мкм с текстурой исходно слитка и неизмененный материал. Поверхностный слой, как и промежуточный, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.