Влияние потоков заряженных частиц высокой плотности на структуру и механические свойства конструкционных материалов

• Автор: Беленко, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 118 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Модификация материалов пучками ускоренных

заряженных частиц

1.1. Физические основы взаимодействия частиц с веществом

1.2. Тепловые процессы в приповерхностных слоях твердых тел

при облучении концентрированными потоками энергии 17_

1.3. Образование упругих напряжений при облучении материалов

1.4. Фазовые изменения в металлах и сплавах под воздействием концентрированных источников энергии

1.5. Модификация свойств материалов воздействием потоков ускоренных частиц

Выводы и постановка задачи
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Основные характеристики исследованных материалов и их подготовка к облучению ускоренными заряженными частицами
2.2. Обработка материалов импульсными потоками заряженных частиц
2.2.1. Импульсное облучение потоками плазмы
2.2.2. Импульсное облучение потоками электронов
2.3. Определение механических свойств исследуемых образцов
2.4. Определение микротвердости исследуемых материалов
2.5. Исследования структуры материалов

Глава 3. Действие сгустков гелий-водород ной плазмы на структуру
и механические свойства металлов и сталей
3.1. Структура и механические свойства ванадия и ниобия после импульсного воздействия сгустками водородной плазмы
3.2. Изменение механических характеристик чистой и микролеги-рованной меди под воздействием сгустков водородной плазмы
3.3. Влияние облучения импульсными потоками заряженных частиц на структуру и механические свойства аустенитных
нержавеющих сталей Х16Н15МЗБ и Х18Н10Т
3.4. Механизмы влияния сгустков плазмы на механические характеристики материалов
Выводы к главе 3
Глава 4. Влияние импульсного облучения пучками ускоренных электронов на структуру и свойства стальных и медных

образцов
4.1. Модификация поверхности образцов аустенитной не-
ржавеющей стали сильноточными электронными пучками
4.2. Влияние электронного облучения на микротвердость аустенитной нержавеющей стали
4.3. Структурные изменения в приповерхностных слоях образцов меди М1, подверженных импульсному воздействию
мощных электронных пучков
4.4. Влияние интенсивного импульсного электронного облучения на механические характеристики образцов меди
Выводы к главе 4
„
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие науки и техники на современном этапе требует создания материалов, обладающих комплексом необходимых физикомеханических свойств. В настоящее время наряду с традиционными способами изменения свойств металлов и сплавов (добавками специальных легирующих элементов, термической и механико-термической обработками и др.) изучаются возможности использования для этих целей воздействия концентрированных источников энергии, каковыми являются ускоренные потоки ионов и электронов, лазерное и высокочастотное излучение.
Концентрированные потоки энергии (КПЭ) отличаются рядом специфических преимуществ: 1) возможностью получать зону воздействия как с чрезвычайно малыми размерами (порядка сотых долей миллиметра), так и площадью до нескольких десятков квадратных сантиметров; 2) воздействовать на выбранную зону высокой плотностью энергии (до 1016 Вт/м2); 3) возможностью точной передачи энергии; 4) возможностью полной автоматизации процесса [1].
Обработка материалов потоками заряженных частиц (ионами или электронами) дает возможность целенаправленно изменять состояние поверхностного слоя деталей и, как следствие, улучшать их эксплуатационные свойства. Применение импульсных высокоплотных потоков заряженных частиц (ионов или электронов) на уровне мощностей 109-1016 Вт/м2 и потоков энергии 0,01... 1 МДж/м2 и выше позволяет проводить направленное изменение свойств материалов за время в несколько десятков наносекунд, сотен микросекунд или единиц миллисекунд.
Воздействие мощных потоков заряженных частиц на материалы приводит к сверхбыстрому нагреву приповерхностных слоев материала мишени. При достаточно большой мощности облучения возможны плавление приповерхностных слоев и даже испарение материала с поверхности. После прекращения

Рис. 1.8. Макроструктура зоны термического влияния плазменной струи на Ст 45 (х8) [59].
На рис. 1.9 [66] представлена схема строения зоны термического воздействия в Ст 45 после воздействия низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком (НСЭП микросекундной длительности (0,7 ... 0,8-10'6 с)).
Рис. 1.9. Схема строения ЗТВ в Ст 45, обработанной НСЭП.
Структурно-фазовые исследования, проведенные авторами [66], показали, что поверхностный оплавленный слой имеет мелкоячеистую (зеренную) структуру (средний размер зерен « 30-10"9 м) и состоит из смеси а- и у -фаз в примерно равных количествах. Толщина этого слоя после одного импульса -~ 0,1-Ю'3 м, после 300 примерно - 0,2 -10'3 м. При этом увеличение числа импульсов не изменяет морфологию зеренной структуры. Слой нанокристалличе-ских зерен переходит в более крупнозернистый (средний размер зерен « 200-10'9 м). Подобные результаты для а-Бе, облученного сильноточным элек-