Формирование строения, структурно-фазовых состояний и свойств зоны двухкомпонентного электровзрывного легирования металлов

• Автор: Мартусевич, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 128 с. : ил.

# СОДЕРЖАНИЕ

Введенне
Глава 1 Формирование структурно-фазовых состояний и свойств поверхностных слоев металлов при электровзрывиом легировании
1.1 Упрочнение и защита поверхности металлов двухкомпонентным электровзрывным легированием

1.2 Поверхностное легирование металлов с использованием

концентрированных потоков энергии

1.2.1 Возможности интенсификации химико-термической

обработки металлов

1.2.2 Способы легирования поверхности с использованием

концентрированных потоков энергии

1.2.3 Электровзрывное легирование - новый способ
обработки металлов
1.3 Анализ работ по электровзрывному легированию
1.3.1 Теплофизические и гидродинамические процессы воздействия импульсных плазменных струй на поверхность металлов
1.3.2 Структурно-фазовое состояние и свойства поверхности металлов после воздействия концентрированных потоков энергии
1.3.3 Формирование поверхностных слоев металлов
при электровзрывном легировании
1.4 Цель и задачи исследования
Глава 2 Материалы, электровзрывная установка
и методика исследований
2.1 Материалы для проведения исследований процессов электровзрывного легирования металлов
2.2 Лабораторная установка для получения импульсных гетерогенных плазменных струй из продуктов электрического взрыва проводников
2.3 Определение тепловых потоков

*■ 2.4 Методы исследования микроструктуры, фазового состава и свойств
модифицированных легированием поверхностных слоев
Глава 3 Строение, структурно-фазовые состояния и свойства зоны двухкомпонентного электровзрывного легирования
3.1 Формирование структуры и свойств при электровзрывном карбоалитировании титана
3.2 Бороалитирование и боротитанирование инструментальных сталей
• | 3.3 Выводы
Глава 4 Теплофизические и физико-химические процессы
при электровзрывном легировании
4.1 Кинетика электрического взрыва фольги
4.2 Расчет параметров импульсных плазменных струй при различных режимах обработки
4.2.1 Экспериментальное определение интенсивности теплового воздействия на поверхность при обработке
4.2.2 Расчет параметров плазменных струй, формируемых
при электрическом взрыве проводников
4.3 Зависимость степени науглероживания железа от интенсивности воздействия импульсной плазменной струи на поверхность
4.4 Выводы
Заключение
. Список литературы

Актуальность исследования. Решение ряда задач упрочнения и защиты металлов может эффективно достигаться обработкой поверхности с использованием импульсных плазменных струй, формируемых при электрическом взрыве проводников.
Одним из видов электровзрывной обработки поверхности, нашедшим промышленное применение, является нанесение покрытий из продуктов взрыва проволочек и фолы. Для этого используется система двух соосно расположенных токоподводящих электродов. Известен также опыт электровзрывного нанесения покрытий с использованием коаксиально-торцевой системы электродов, при которой взрываемый проводник, например круглая фольга, зажимается между торцами внутреннего электрода, изготовленного в виде цилиндрического стержня, и внешнего электрода в виде кольца. В этом случае из продуктов взрыва формируется сверхзвуковая импульсная плазменная струя (плазменный сгусток), взаимодействие которой с поверхностью при определенных условиях приводит к образованию вблизи нее ударно-сжатого слоя с высокими значениями температуры и давления. Это позволяет проводить не только напыление покрытий, но и осуществлять элекгровзрывное легирование (ЭВЛ), которое происходит в результате оплавления тонких поверхностных слоев облучаемого материала и насыщения их продуктами взрыва Оказывается возможным также внесение в расплавленные слои порошковых частиц различных веществ, которые специально вводят в плазменную струю.
В связи с этим возникает необходимость как всестороннего изучения технологических возможностей данного способа обработки, так и модельного описания всего комплекса процессов, сопровождающих формирование плазменных струй и взаимодействие их с поверхностью.
Известно, что формирование на поверхности слоев, обладающих одновременно комплексом повышенных эксплуатационных свойств, может быть достигнуто при одновременном или последовательном легировании поверхности двумя или большим количеством элементов [1-4]. Вместе с тем все ранее выполненные

коинтенсивных режимах электровзрывного науглероживания железа, когда становилась заметной роль конвективных процессов перемешивания, частицы углеграфитовых волокон проникали внутрь оплавляемого слоя. Для титана краевой угол смачивания графита равен нулю. Это объясняет причину, по которой проникновение частиц графита в расплав титана происходило относительно легко по сравнению с проникновением в расплав железа
Общим для всех металлов явилось увеличение степени их науглероживания

пароплазменной составляющей гетерогенного плазменного пучка при увеличении интенсивности воздействия. В случае обработки титана это проявлялось в увеличении в модифицированных слоях размеров и количества частиц карбида титана при науглероживании железа - в увеличении содержания в них цементита и остаточного аустенита при обработке никеля - в увеличении концентрации углерода в твердом растворе, а при обработке меди - в увеличении количества и размера глобул.
Кристаллизация оплавляемых слоев никеля и меди происходила с образованием равноосных зерен, а железа в области граничной полоски - с образованием ячеистой структуры, которая в ходе продвижения фронта кристаллизации сменялась дендритной, а вблизи поверхности - равноосной. Проведенные оценки для случая д = я6 показали, что для меди и никеля параметр устойчивости фронта кристаллизации О/И был в 4-5 раз ниже, чем для железа К еще более заметному отличию данного параметра могло приводить усиление конвективного теплопе-реноса и, следовательно, увеличение градиента температуры на границе оплавления при вскипании расплава железа вследствие его перегрева под давлением пучка.
Параметр устойчивости сильно меняется по глубине слоя расплава, спадая от границы оплавления к поверхности. Это качественно поясняет смену морфологии фронта кристаллизации науглероженных слоев железа Помимо температурного переохлаждения в этом случае играет роль также и концентрационное переохлаждение, а также затухание ковекгивного перемешивания после окончания