Влияние параметров ионного облучения на усталостную прочность углеродистой стали Ст.3сп

• Автор: Воробьев, Василий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление

Введение
Глава 1. Разрушение и способы поверхностного упрочнения металлов .
1.1. Разрушение металлов
1.1.1. Модели зарождения микротрещин . . . .
1.1.2. Усталостное разрушение материалов . . . .
1.1.3. Методы повышения усталостной прочности
1.2. Ионная имплантация в металлы
1.2.1. Взаимодействие внедряемых ионов и твердого тела .
1.2.2. Распыление и радиационно-индуцированная сегрегация .
1.2.3. Радиационно-динамические эффекты
1.2.4. Применение метода ионной имплантации для изменения эксплуатационных свойств металлических изделий
Выводы
Глава 2. Поверхностная обработка и методы исследования образцов .
2.1. Ионный ускоритель ИЛУ с сепарацией ионов по массе . .
2.2. Микротвердость и способ ее измерения
2.3. Стенд для испытания на усталостную прочность
2.3.1. Расчет максимального напряжения по сечению образца .
2.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) . .
2.4.1. Количественный анализ
2.4.2. Экспериментальная техника
2.5. Оже-элекгронная спектроскопия
2.6. Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.7. Образцы
Выводы

Глава 3. Влияние дозы облучения ионами азота, аргона и марганца на изменение механических свойств, морфологии и состава поверхностных слоев углеродистой стали Ст.Зсп
3.1. Изменение механических свойств
3.1.1. Влияние дозы облучения ионами азота, аргона и марганца на изменение усталостной прочности углеродистой стали Ст.Зсп .
3.1.2. Изменение микротвердости углеродистой стали Ст.Зсп в зависимости от дозы облучения ионами азота, аргона и марганца
3.2. Изменение морфологии поверхности
3.3. Изменение состава поверхностных слоев .
Выводы . . . . . . . . .
Глава 4. Влияние плотности тока имплантируемых ионов марганца на изменение механических свойств, морфологии и состава поверхностных слоев углеродистой стали стЗ.сп
4.1. Изменение механических свойств углеродистой стали Ст.Зсп в зависимости от плотности тока имплантируемых ионов марганца .

Ст.Зсп в

99 103 107

4.1.1. Изменение усталостной прочности
4.1.2. Изменение микротвердости углеродистой стали зависимости от плотности тока ионов марганца
4.2. Изменение морфологии поверхности
4.3. Изменение состава поверхностных слоев
4.4. Механизм упрочнения
Выводы . .
Заключение
Срцрок литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современная экономическая ситуация выдвигает на первый план задачи по созданию экономически выгодного производства. В рамках этой задачи имеется ряд проблем, важность решения которых как в научном, так и в техническом плане, несмотря на постоянное решение этих вопросов, продолжает оставаться актуальной. К таковым можно отнести повышение общего уровня усталостной (циклической) прочности, износостойкости и надежности металлических материалов деталей машин и механизмов. Значимость решения этих проблем приобретает особую остроту в связи с широким внедрением в машиностроение жаропрочных и труднообрабатываемых материалов, что в конечном итоге приводит к повышению себестоимости механической обработки практически во всех отраслях машиностроения;
Проблема усталости возникла более ста лет назад и с тех пор интерес к ней все увеличивается. Это связано с тем, что многие ответственные детали машин и механизмов в процессе эксплуатации подвергаются действию повторных механических нагрузок, и их ресурс целиком определяется! циклической прочностью материалов, из которых они выполнены [1, 2]. Вместе с тем, уровень циклической прочности, в общем случае, тем больше, чем выше теоретический предел прочности: данного материала. Поэтому проблема; повышения циклической прочности является частью более общей проблемы повышения, характеристики статистической прочности и вязкости разрушения материалов в реальных условиях эксплуатации, что требует, в свою очередь, дальнейшего изучения природы усталостного разрушения.
В начале прошлого века было показано, что состояние поверхности -наличие царапин, следов обработки, а также топология и состав поверхности, определяет многие свойства твердых, тел, начиная от их внешнего вида и заканчивая прочностными характеристиками. Следовательно, необходима поверхностная обработка металлических материалов с целью их упрочнения;

распределения введенной примеси и дефектов структуры в настоящее время имеется три основных подхода [51]:
1) метод математического моделирования (Монте-Карло);
2) численное решение транспортного уравнения Больцмана;
3) метод моментов распределения.
Все они предполагают использование ЭВМ, и точность результата во многом ограничена вычислительной мощностью используемой техники. В особенности это ограничивает применение метода Монте-Карло, преимущество же метода состоит в том, что он позволяет применять различные модели элементарных процессов рассеяния и неупругого торможения. Трудности численного решения уравнения Больцмана в значительной мере преодолеваются, если осуществить преобразование в уравнение моментов данного распределения. Необходимый переход к пространственным моментам распределений внедренных атомов был выполнен с помощью теории Линдхарда-Шарфа-Шиара [47]. Причем рассматривались только средний проективный пробег К,, (см. рис. 12), продольный разброс пробегов ЛЯР (продольный страгтлинг) и поперечный страгглинг АЯх-
Рис. 12. Параметры функции распределения Гаусса [47].
Симметричные профили распределения по глубине мишени хорошо описываются первыми двумя моментами. В качестве функции распределения ионов по глубине х выбирали распределение Гаусса: