Расчёт температурных полей и формирование структуры и свойств поверхностных слоёв металлов и сплавов при облучении пучком релятивистских электронов

• Автор: Голковский, Михаил Гедалиевич
• Шифр специальности: 01.04.07, 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 277 с. : ил.

1. КОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ И ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ

ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

1.1. Сравнение характеристик источников концентрированной

энергии

1.1.1. Обработка токами высокой частоты

1.1.2. Обработка лазером

1.1.3. Электронно-лучевая обработка низкоэнергетическими

пучками

1.1.4. Сфокусированный пучок, выведенный в атмосферу

1.2 Упрочнение с помощью электронных пушек

1.2.1. Закалка и наплавка электронным пучком в вакууме

1.2.2. Работы Института физики прочности и материаловедения
СО РАН
1.2.3. Исследования, проведенные в Институте сильноточной электроники СО РАН
1.3. Развитие методов упрочнения релятивистским электронным
пучком
1.3.1. Первые эксперименты по наплавке вне вакуума
1.3.2. Развитие методов электронно-лучевой наплавки и закалки
1.4 Математическое моделирование процессов закалки и наплавки концентрированными источниками энергии
1.5 Постановка задачи исследования
2. МЕТОДЫ ЗАКАЛКИ И НАПЛАВКИ.
2.1. Оборудование для генерации релятивистского электронного пучка
и выпуск пучка в атмосферу

2.2. Электронный пучок как тепловой источник для обработки материалов
2.2.1. Распределение плотности потока мощности в сечении пучка и его диаметр как функция расстояния пролёта в атмосфере
2.2.2. Распределение потерь энергии электронами пучка при их проникновении в материал
2.2.3. Экстраполированный пробег
2.2.4. Эффективный пробег
2.2.5. Универсальная безразмерная кривая поглощения
2.2.6. Аналитическое представление плотности мощности, выделяемой пучком в материале
2.2.7. Отражение электронов от поверхности материала
2.3. Принципы и кинематические схемы закалки релятивистским электронным пучком
2.4. Наплавка покрытий
2.4.1. Характеристика метода наплавки
2.4.2. Формирование покрытия
2.4.3. Весовой анализ в процессе нанесения покрытия
2.5. Защита от атмосферного воздействия
2.5.1. Общие требования к флюсам
2.5.2. Термодинамическая вероятность протекания реакций в
зоне наплавки
2.5.3. Защита различных металлов от окисления
3. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ
ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКЕ СТАЛИ.
3.1. Тепловые параметры стали
3.2. Метод решения задачи теплопроводности
3.2.1. Дифференциальное уравнение и граничные условия

3.2.2. Общая формулировка метода решения с помощью
функций Грина
3.3. Температурное поле в плоском изделии
3.3.1. Дорожечный режим облучения толстой пластины (полубесконечного тела)
3.3.2. Обработка толстой пластины сканирующим пучком.
Случаи двухмерного и одномерного распространения
тепла
3.3.3. Учёт толщины образца и теплопотерь на конвекцию и излучение
3.4. Обработка изделий с использованием сложных законов сканирования
3.4.1. Плоские изделия
3.4.2. Рельефная поверхность в форме цилиндра с двумя касательными плоскостями
3.5. Температурное поле в цилиндрических образцах, закаливаемых
с вращением
3.6. Упрощённые формулы для инженерных расчётов на основе
одномерной модели распространения тепла
Выводы к Главе
4. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
СТАЛИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ЗАКАЛКОЙ.
4.1. Уточнение расчётного метода на основании экспериментальных данных
4.2. Зависимость глубины закалённого слоя от параметров режима обработки
4.3. Классификация режимов закалки
4.3.1. "Быстрые" режимы
4.3.2. "Средние" режимы
4.3.3. "Медленные" режимы

кать вследствие неполного растворения частиц N1. Конвективное движение расплава, имеющее по своей природе турбулентный характер, как в работе [81], так и в [82, 83] в рассмотрение в явном виде не вводилось, однако предполагалось, что параметры расплава усредняются с учётом вклада турбулентного перемешивания.
Процесс кристаллизации наплавленного слоя, содержащего некоторое количество легирующего компонента, на основе из того же металла, что и основной металл наплавленного слоя моделировался в [84]. В качестве модельной системы используется наплавка эвтектоидного состава Ре+0,8%С на малоуглеродистую сталь.
1.5 Постановка задачи исследования.
Закалка, исследование свойств закалённого слоя. Несмотря на уникальность метода и возможных применений [7-10], объём исследований в области закалки высокоэнергетичными электронными пучками явно недостаточен. Имеющиеся в литературе данные [41, 63 - 65, 67, 69, 71, 72] о влиянии закалки в пучке релятивистских электронов на структуру и свойства поверхностного слоя металла получены на ограниченном круге материалов и имеют недостаточно систематический характер. Например, в физикотехнологическом центре в г. Липецке были исследованы в основном многоцикловые режимы так называемой радиационно-термической обработки, т.е. закалкой, как таковой, этот процесс назвать нельзя. Не были предложены универсальные технологические параметры обработки, удобные для систематизации режимов закалки и не были исследованы структуры упрочнённого слоя во всём диапазоне возможных параметров обработки.
Закалка, математическое моделирование. Предложено большое число математических моделей обработки концентрированными источниками энергии. Все они, за исключением т.в.ч., предполагают поверхностный ввод тепла в материал. Модели для закалки т.в.ч., учитывающие объёмный ввод энергии, не соответствуют условиям обработки релятивистским пуч-