Механизм глубинного упрочнения металлов и сплавов под воздействием мощных импульсных пучков ионов

• Автор: Кылышканов, Манарбек Калымович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Усть-Каменогорск
• Количество страниц: 118 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Воздействие интенсивных пучков заряженных частиц на твердые тела
1.1. Особенности прохождения интенсивных пучков заряженных
частиц через вещество
1.1.1. Сильноточный электронный пучок
1.1.2. Мощный импульсный пучок ионов
1.2. Воздействие ударной волны на металлы
1.3. Взаимодействие импульсного лазерного излучения с
твердыми телами
1.4. Модификация структуры и физических свойств металлов и
сплавов при высокоинтенсивном ионном облучении
1.5. Структурно-фазовые превращения и упрочнение металлов и сДтавов под воздействием сильноточных электронных пучков 34 Постановка задачи
2 Методы анализа и методика эксперимента
2.1. Ядерно-физические методы анализа структурно-фазовых превращений в твердых телах
2.1.1. Метод Оже-электронной спектроскопии
2.1.2. Метод резерфордовского обратного рассеяния с каналированием
2.1.3. Метод втор.ичкой ионной масс-спектрометрии
2.1.4. Металлографические исследования
2.1.5. Метод электронно-позитронной аннигиляции
2.2. Методы механических испытаний
2.2.1. Микротвердость как параметр оптимизации
2.2.2. Методика определения микротвердости
2.3. Характеристики источников излучения
2.4. Приготовление образцов
3 Экспериментальное исследование глубинных превращений в металлах и сплавах при воздействии мощных импульсных
пучков ионов

3.1.Трансформация энергии при высокоинтенсивном радиационном
облучении
3.1.1. Облучение
3.1.2. Мишень
3.1.3. Среда
3 1.4. Возбуждение электронной подсистемы
3 .1.5. Баллистическое перемешивание
3.1.6. Возбуждение ядерной подсистемы
3.1.7 Нагрев решетки
3.1.8. Абляция
3.1.9. Механические напряжения
3.1.10. Потери энергии, теплоотдача среде
3 .1.11. Структурно-фазовые превращения; стабильная структура;
модифицированные свойства
3.2. Исследование радиационных превращений в а-Те по
поверхности и глубине модифицированного слоя
3.3. Сравнительный анализ воздействия на а-Бе высокоинтенсивных
импульсных электронных и ионных пучков
3.4. Формирование пространственных упрочненных слоев в сталях
3.5. Исследование остаточных деформационных состояний в
металлах, созданных высокоинтенсивным ионным облучением
3.6. Влияние различных видов радиации на глубинное упрочнение
металлов
4 Кинетическая модель глубинного упрочнения металлов под
действием мощных импульсных пучков ионов
4.1. Механизм глубинного упрочнения металлов при ионном облучении
4.2. Расчет пространственно-временных характеристик ударных
волн
4.3. Влияние градиента давления на фронте ударной волны на дефектообразование и формирование второго пика микротвердости. Сравнение с экспериментом
Выводы
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Появление лазеров, а затем ускорителей сильноточных электронных и мощных импульсных ионных пучков создало уникальную возможность получения новых видов воздействий концентрированных потоков энергии на материалы. В отличии от традиционных способов (ударноволновое нагружение или закалка и отжиг сталей) они сочетают одновременно механическое, тепловое и радиационное воздействия. Это дало возможность создавать в макрообъемах такие высокие плотности возбуждений в электронной и атомной подсистемах твердых тел, ранее достижимых только в микрообластях треках тяжелых заряженных частиц и каналах электрического пробоя. Обнаружен ряд новых уникальных эффектов, таких как ранее предсказанная Л.В.Келдышем конденсация экситонов в полупроводниках, хрупкое разрушение всех классов твердых тел при воздействии сильноточных электронных пучков, аномальное глубинное упрочнение металлов, облученных мощными импульсными пучками ионов. Это положило начало развитию новых фундаментальных направлений в физике высоких плотностей энергии. В связи с необходимостью решения проблемы управляемого термоядерного синтеза в рамках национальных программ России, США и Японии требовалось проведение исследований по созданию и изучению свойств плотной плазмы, для управляемой генерации которой появились новые источники.
Возникли новые задачи и в радиационном материаловедении. К конструкционным материалам ядерной энергетики стали предъявляться повышенные требования по эксплуатации в экстремальных условиях - воздействиях мощных радиационных потоков, сверхвысоких температур и давлений, химически агрессивных сред. Для быстроразвивающейся аэрокосмической промышленности в произ-' водстве двигателей потребовались специальные жаропрочные материалы. В микроэлектронике возникла потребность в особо чистых материалах и специальных композитах с новыми свойствами. Стали и сплавы с высокой износостойкостью были нужны в машиностроении. Существующие химико-термические методы об-

исходную структуру. При циклическом облучении послойное строение зоны теплового влияния сохраняется, однако постепенное увеличение начальной температуры и интенсивное науглероживание увеличивали толщину отдельных слоев. При закалке углеродистых сталей из жидкого состояния мартенситное превращение, обеспечивающее эффективное упрочнение, реализуется, если толщина расплавленного слоя больше пороговой (2-5 мкм). За пределами зоны термического влияния формировалась протяженная (~250 мкм) зона с высокой микротвердостью (рис. 1.8), где наблюдались фрагментации, двойникование исходных мартен-ситных кристаллов и увеличение плотности дислокаций. Циклическое воздействие биполярных волн малой (~100 МПа) амплитуды на неравновесную структуру перераспределяло дефекты и углерод с образованием цементита и вызывало упрочнение [42,43,84].
Воздействие сильноточных электронных пучков (130-180 кэВ; 10-200 мкс; 106-107 Вт/см2; 40-100 Дж/см2 ) на углеродистую сталь У7А показало, что в результате закалки из расплава формируется слаботравящийся (белый) слой с повышенной микротвердостью, достигающей максимума . на поверхности при тр=40 мкс. Высокая (~1300 кГ/мм2) микротвердость Я в белом слое связана с образованием специфической закалочной структуры из мелкодисперсного мартенсита, упрочненного частицами цементита самоотпуска, и аномально большого (~60 %) количества нестабильного остаточного аустенита [42].

При облучении сталей сильноточным электронным лучком (200-500 кэВ; Ю'7 с; 108-109 Вт/см2) амплитуда волны напряжений <2 ГПа. Изменение микротвердости по глубине определялось поверхностным упрочнением при закалке от высоких температур и приповерхностным упрочнением волной напряжений. Если толщина зоны термического влияния мала, то глубина наибольшего упрочнения соответствует максимальному пробегу электронов. Если размеры зоны термического влияния сравнимы с пробегом, то происходит поверхностное упрочнение, а пороговым является тепловой режим, при котором размер зерна, формирующего-