В книге известных специалистов из ГДР приведены основы электронно-лучевой технологии, а также подробно рассмотрены ее основные применения: электронно-лучевая химия, плавка, сварка, размерная и электронно-химическая обработка и др.Предназначена для инженеров и научных работников в области электротехнологии.

Приведены результаты экспериментальных исследований формирования и эволюции градиентных структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры сталей и сплавов, подвергнутых ударному нагружению, прокатке, сварке. высокотемпературной цементации, мало- и многоцикловой усталости с обработкой токовыми импульсами. электронно-лучевой обработке, закалке из расплава. Методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии выполнен анализ зеренной и тонкой дефектной структуры и дислокационных субструктур при таких видах воздействия, получены количественные зависимости параметров градиентных структурно-фазовых состояний от расстояния до поверхности обработки. Обсуждены возможные механизмы и природа формирования таких состояний. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских институтов, заводских лабораторий, специализирующихся в областях физики конденсированного состояния, металловедения и термической обработки металлов и сплавов и может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей.

Исследовано влияние импульсного облучения мощным электронным пучком на структуру плазменных металлокерамических покрытий, напыленных композиционными порошками TiC-(Ni-Cr). Установлено, что импульсное электронное облучение приводит к нагреву покрытия вплоть до его полного переплава. С увеличением размера частиц напыляемого композиционного порошка эффективность нагрева слоя покрытия повышается.

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.

Теоретически и экспериментально исследованы различные методы электронно-лучевой обработки металлических и неметаллических материалов: получение отливок повышенной чистоты из тугоплавких металлов, в частности изготовление новых и восстановление изношенных катодов, мишеней, упрочнение поверхностных слоев сталей из стали и сплавов титана с расплавлением и без расплавления поверхностного слоя; нанесение на поверхность металлических изделий упрочняющих порошковых покрытий; получение неразъемных соединений керамика-металл, металл-металл. Представлены электронно-лучевые технологии получения металлорежущих инструментов, оснащенных пластинками из кубического нитрида бора, упрочнения методами электронно-лучевой наплавки, закалки с расплавлением и без расплавления поверхностного слоя, получения биметаллических катодов, мишеней. Монография рассчитана на научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области высокоэнергетических методов обработки материалов, может быть полезна аспирантам и студентам технических вузов.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

В работе на основе математической модели нестационарного многомерного процесса теплопереноса и металлографических исследований рассмотрены особенности термических условий формирования структуры и свойств стали 45 при электронно-лучевом воздействии. Проведены численные расчеты температурных полей и средних скоростей охлаждения в зоне оплавления и в зоне термического влияния. Показано, что температурно-временные условия нагрева и охлаждения материала, зависящие от плотности мощности электронного луча, определяют характер протекающих структурных превращений.

В монографии рассмотрены основные вопросы технологии электронно-лучевой плавки и рафинирования металлов и сплавов, а также термодинамики и кинетики процессов рафинирования жидкого металла в вакууме. Предложена новая классификация современных способов рафинирования, сформулирован основной принцип математического описания их кинетики и разработана методика учета концентраций реагентов на межфазной поверхности. Приведены экспериментальные данные по кинетике рафинирования металлов и сплавов при электронно-лучевой плавке, в том числе с применением рафинирующих флюсов. Намечены основные пути оптимизации и дан сравнительный анализ современных способов рафинирования металлов и сплавов при электронно-лучевой плавке. Для научных и инженерно-технических работников предприятий металлургической промышленности. Может быть полезна студентам вузов.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния наноструктурного сплава Ti-6Al-4V-H в процессе вакуумного отжига и облучения пучком электронов. Показано, что сочетание предварительного легирования водородом, горячего прессования и изотермического отжига в вакууме позволяет сформировать в сплава Ti-6Al-4V субмикрокристаллическую структуру со средним размером зерен менее 0,3 мкм. Установлено, что использование для дегазации по водороду облучения электронным пучком снижает не только температуру выхода водорода. но также и температуру рекристаллизации СМК структуры.

Отражается современное состояние, основные результаты и тенденции развития фундаментальных исследований, прикладных разработок и промышленного применения лазерных технологий обработки материалов (лазерной стереолитографии, селективного лазерного спекания, резки, сварки, поверхностной обработки, неразрушающей подповерхностной диагностики), а также состояние исследований, разработок, выпуска и применений современных индустриальных лазеров, предназначающихся для технологий макрообработки материалов. Основной акцент делается на детальное изложение результатов работ Института проблем лазерных и информационных технологий РАН (ИПЛИТ РАН), выполненных в течение последних 10-15 лет.

Представлены обзорные, а также оригинальные работы по исследованию каналирования лазерных пучков, применяемых в лазерных технологиях обработки материалов (сварка, резка), а также пучков, которые сопровождаются возникновением узких длинных каналов-"филаментов" в прозрачных средах (атмосфера, жидкие и твердые вещества), что позволяет создавать совершенно новые высокие технологии. Работы выполнены в связи с проблемой создания фундаментальных физических моделей процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом, где особый интерес представляют теоретические и экспериментальные исследования процессов каналирования лазерных пучков при их распространении в различных материальных средах. Монография подготовлена в рамках научно-исследовательских работ, выполняемых в Институте проблем лазерных и информационных технологий ИПЛИТ РАН.

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.

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.??.

С помощью оптической и электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследована структура и фазовый состав плазменно-напыленного покрытия на основе железа. Обнаружено изменение структуры и фазового состава при обработке покрытия высокоэнергетическими методами: ультразвуком, электронным лучом.

В настоящей монографии изложены современные представления о процессах электроразрядной, оптико-кавитационно-абразивной, электроэрозионной размерной обработки керамики и других непроводящих материалов; лазерной, термической, химико-термической обработки материалов (в т. ч. порошковых) и покрытий; лазерно-магнитных и гибридных технологий упрочнения. При написании использован опыт, наработанный учеными и специалистами кафедры ТОМПВЭ МАТИ имени К. Э. Циолковского, Научного центра порошкового материаловедения (г. Пермь), ОАО «Научно-производственное предприятие "Полигон-МТ"», ОАО «МКБ "Искра" имени И. И. Картукова». Авторы заранее благодарны за все возможные замечания и предложения со стороны заинтересованных читателей по содержанию и форме изложения материала и надеются, что предлагаемая книга послужит дальнейшему развитию исследований и инноваций в области высокоэнергетических технологий обработки материалов.

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.

Представлен обзор работ авторов по моделированию физико-химических превращений в ванне расплава, сопровождающих формирование фазовой и химической структуры покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки. Выделены типы подмоделей, анализ которых позволяет установить качественные закономерности, присущие системам различных типов. Указано на аналогию критических явлений, наблюдаемых в моделях отдельных стадий сложных технологических процессов (электронно-лучевая наплавка с модифицирующими частицами и электронно-лучевая наплавка с использованием синтеза в конденсированной фазе), и критических явлений, известных из тепловой теории горения.