Повышение надёжности материалов судовой арматуры путём модификации поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Кузнецов Александр Викторович

• Кузнецов Александр Викторович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов Александр Викторович

Введение

1. Аналитический обзор. Методы и методики определения свойств материалов. Выбор направлений исследований

1.1. Особенности конструкции и эксплуатации подводных аппаратов различного назначения и их конструктивных элементов. Основные материалы и покрытия, применяемые для элементов судовой арматуры

1.2. Особенности обработки материалов концентрированными потоками энергии

1.3. Поведение материалов при динамическом нагружении

1.4. Некоторые методы определения механических и фрикционных свойств материалов и покрытий

1.5. Физическая надёжность технических систем

1.6. Анализ литературного обзора. Постановка цели исследования

Выводы к главе

2. Лазерная и электронно-пучковая модификации поверхности материалов

2.1. Лазерное легирование поверхности материалов элементов арматуры

2.2. Модификация поверхности материалов сильноточным электронным пучком микросекундной длительности

2.2.1. Генерация импульсных электронных пучков на основе многоострийных

взрывоэмиссионных катодов

2.2.2. Исследовательские установки для модификации поверхностных свойств

материалов

2.2.3. Расчётно-теоретические оценки режимов обработки

2.2.4. Отработка режимов электронно-пучковой обработки образцов и исследование образцов

2.3. Модификация поверхности материалов пучком электронов наносекундной

длительности

Выводы к главе

3. Механические испытания исследуемых материалов

3.1. Стандартные механические испытания

3.2. Динамические испытания материалов

3.2.1. Основные положения экспериментальной методики

3.2.2. Экспериментальная установка

3.3. Результаты динамических испытаний при нормальных условиях

3.4. Результаты динамических испытаний металлов после коррозионных испытаний

Выводы к главе

4. Физико-математическое моделирование динамического поведения материалов и элементов судовой арматуры

4.1. Структурно-геометрические переходы при динамическом нагружении материалов

4.2. Моделирование динамической прочности корпусов кингстонов и бортового клапана при действии подводного взрыва

4.3. Аналитическое исследование динамической прочности стержневых элементов судовой арматуры

4.4. Математическая модель отказов элементов судовой арматуры

Выводы к главе

Заключение. Основные результаты и выводы

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надёжности материалов судовой арматуры путём модификации поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой»

Введение

Актуальность темы. В настоящее время в Российской Федерации происходит интенсивное перевооружение Военно-морского флота, что связано как с международной обстановкой, так и с состоянием флота, морально и технически устаревшим в постсоветскую эпоху. Кроме строительства надводных и подводных кораблей большое внимание уделяется разработке и производству обитаемых и необитаемых подводных аппаратов (ПА).

К надводным и подводным кораблям (далее - суда) и ПА предъявляются повышенные требования по надёжности, экономичности их обслуживания в процессе эксплуатации и снижения их себестоимости в целом. Аналогичные требования предъявляются ко всем составляющим и комплектующим судам и ПА, дополнительному и вспомогательному оборудованию, в том числе к элементам судовой арматуры. В то же время, как отмечал академик РАН И.В.Горынин: «С позиций науки о материалах создание конструкционных материалов, обеспечивающих высокую надежность при экстремально жестких условиях эксплуатации, является серьезной задачей».

Однако элементы арматуры являются одним из узких мест в конструкциях ПА. С одной стороны, к ним предъявляются повышенные требования по надёжности, что зачастую приводит к их избыточной прочности и, как следствие, к избыточной массе. С другой стороны, разработчики аппаратов пытаются минимизировать массогабаритные параметры и экономические характеристики именно за счёт вспомогательного оборудования (к которому относится трубопроводная арматура и её элементы). Такой подход приводит к повышенным требованиям к материалам элементов арматуры, которые эксплуатируются в условиях агрессивной морской среды, испытывают ударные динамические и циклические нагрузки и т.д.

Повышенные требования к материалам арматуры означает постоянное улучшение их физико-механических свойств и состояния, в том числе

прочности, поверхностного слоя. Последние являются одними из основных источников повышения износостойкости конструкций. Повышение надёжности требует также совершенствования методик и систем расчёта, которые являются информационно-системными средствами параметрического синтеза любой конструкции. И, наконец, при наличии пакета прикладных программ главной проблемой постановщика задач и пользователя (конструктора арматуры) и непременным условием успешного решения поставленных задач становится корректный и адекватный выбор прикладных компонентов программ: таблиц, аналитических зависимостей и банка данных о свойствах материалов, применяемых в разрабатываемых конструкциях.

Вышеизложенное и определяет актуальность диссертационной работы, посвящённой разработке новых технологических процессов модифицирования поверхности элементов судовой арматуры из различных материалов, исследованию закономерностей формирования структуры, механических свойств, в том числе и динамических, уточнению методик расчёта прочности и надежности изделий.

Цели и задачи работы

Целью работы являлось выявление закономерностей влияния основных параметров (энерго-временных и технологических) лазерной и электронно-пучковой обработки на свойства материалов, обеспечивающих надёжность элементов судовой арматуры в экстремальных условиях эксплуатации.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить зависимости механических свойств, глубины упрочненного слоя, наличия в нем дефектов в виде макропор от рецептуры присадок, химического состава флюса и технологических параметров при лазерном легировании бронзы;

2. Исследовать влияние технологических, энергетических и временных параметров процессов электронно-пучковой обработки на структуру, механические свойства и износостойкость исследуемых материалов;

3. Экспериментально исследовать влияние скорости деформации, воздействие проточной морской воды на динамические механические свойства исследуемых материалов;

4. Выявить отличительные особенности механизмов микропластической деформации и разрушения в условиях динамического нагружения исследуемых материалов;

5. Разработать математическую модель оценки надёжности элементов судовой арматуры, с учетом механических характеристик материала и условий эксплуатации.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования являлись изделия судовой арматуры.

В качестве исследуемых материалов были выбраны наиболее распространённые в судовом арматуростроении титановый сплав 3М, нержавеющая сталь 08Х18Н10Т и бронза марки БрАЖНМц 9-4-1-1.

В ходе выполнения работы использовались современные методы исследования структуры, механических и триботехнических свойств материалов. Лазерная обработка поверхности исследуемых материалов осуществлялась на установке LRS-100. Электронно-пучковая обработка - на электронных ускорителях ГЕЗА-1, ГЕЗА-2 и ГКВИ-300. Для исследования динамических свойств материалов применялся метод Кольского с использованием методики разрезного стержня Гопкинсона.

Предметом исследования являются закономерности влияния энергетических и временных параметров технологических процессов лазерного и электронно-пучкового модифицирования, скорости деформации на свойства материалов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Результаты исследования влияние рецептуры присадок, химического состава флюса и технологических факторов (скорости обработки и мощности излучения) при лазерном легировании бронзы БрАЖНМц 9-4-1-1 на

механические свойства, глубину упрочнения и дефектность поверхностного слоя;

2. Установленные закономерности влияния энергетических и временных параметров технологических режимов электронно-пучковой обработки на структурное состояние, триботехнические и механические свойства титанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9-4-1-1;

3. Полученные результаты динамических испытаний титанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9-4-1, которые показали, что значения характеристик прочности испытанных материалов после их выдержки в проточной морской среде не изменяются, а характеристики пластичности (относительные удлинение и сужение) снижаются на 10 - 25%;

4. Разработанная математическая модель отказов элементов арматуры с учётом прочности их материалов и качества поверхности деталей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлено, что при лазерном легировании поверхностного слоя алюминием изделий, изготовленных из бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 со скоростью обработки (скоростью движения лазерного луча) 13 мм/с, мощности излучения 2,5 кВт глубина упрочненного слоя составляет не менее 700 мкм при средней микротвёрдости 400 - 500 НУ5(у Показано, что в этом случае износостойкость упрочнённых бронзовых деталей повышается на 30%.

2. Установлено, что в диапазоне значений плотности потока энергии 18 - 30 Дж/см2 в результате электронно-пучковой обработки поверхности исследуемых металлических сплавов увеличение количества импульсов излучения (с 1 до 7 -8) износостойкость исследованных материалов повышается на 15 - 50%.

3. Впервые определены динамические характеристики (предел прочности, предел текучести, относительные удлинение и сужение) титанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т, БрАЖНМц 9-4-4-1 при скоростях деформации 103 - 2103 с-1 при испытании на струевую коррозию в проточной морской среде. При этом полученные значения предела текучести и прочности на 25 - 55% выше при

незначительном снижении относительного удлинения и сужения по сравнению с аналогичными характеристиками, полученными при статических испытаниях;

4. Установлено, что в условиях динамического нагружения разрезного стержня Гопкинсона с ростом скорости деформации размер очага разрушения уменьшается;

5. Впервые разработана методика расчёта вероятности безотказной работы по неразрушению элементов судовой арматуры. Данная методика комплексно учитывает прочность (предел текучести и трещиностойкость) и шероховатость поверхности (коэффициент Грюнайзена обработанной поверхности) их материалов.

Практическая значимость работы

Разработанный режим лазерной обработки поверхности бронзовых деталей применяется при изготовлении золотников на различных предприятиях: АО «Машиностроительный завод» «Армалит» (г.Санкт-Петербург), ПАО «Аскольд» (г.Арсеньев Приморского края), СКБК (г.Санкт-Петербург). Полученные динамические характеристики нержавеющей стали 08Х18Н10Т, бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 и титанового сплава 3М применяются при расчёте прочности корпусных элементов судовой арматуры в АО «Машиностроительный завод» «Армалит» (г.Санкт-Петербург) и конструктивных элементов судовых котлов в Специальном конструкторском бюро котлостроения (г.Санкт-Петербург).

Разработанные рациональные режимы электронно-пучковой титанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и БрАЖНМц 9-4-1-1 обработки исследованных металлов и сплавов могут использоваться на предприятиях машиностроительного комплекса РФ для увеличения износостойкости деталей, изготовленных из этих материалов.

Полученные динамические характеристики (предел прочности, предел текучести, относительные удлинение и сужения) титанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и БрАЖНМц 9-4-1-1 могут применяться в конструкторских и

научно-исследовательских организациях при расчётах напряжённо-деформированного состояния (НДС) различных конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации интенсивные ударные нагрузки.

Степень достоверности результатов

Достоверность полученных результатов и сделанных выводов обеспечивается выбором современных апробированных методов и сертифицированных средств исследования структуры материалов их механических и триботехнических свойств, тщательной подготовкой экспериментов, выбором современных методов расчёта НДС конструкций и всесторонним анализом полученных данных с целью выявления влияющих на результаты экспериментов и расчётов эффектов.

Апробация результатов

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XIX Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (8-11 июня 2015 г.Самара); Всероссийской научно-практической конференции «Морское подводное оружие. Перспективы развития» (г.Санкт-Петербург, 2015 г.); 42-ой и 43-ей Всероссийских научно-технической конференциях «Проектирование боеприпасов:» (2015, 2016 гг. Москва); XXII Петербургских чтениях по проблемам прочности (г.Санкт-Петербург, 2016 г.); VIII Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (г.Тамбов), Международной конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение» (26 - 28 октября 2016 г., Москва); IX Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (25 - 29 июня 2018 г. г.Тамбов); 4th Global Congress «Material Science and Nanoscience» (October 15 - 16, 2018, Amsterdam, Netherlands).

Публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 работах, 11 из которых - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора

Автор лично выбирал направления исследований, обрабатывал и анализировал результаты расчётов и экспериментов, а также непосредственно принимал участие в ряде экспериментов.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и общих выводов. Объём диссертации - 138 страниц, включая 17 таблиц, 75 рисунков, список использованных источников из 113 наименований.

1. Аналитический обзор. Методы и методики определения свойств материалов. Выбор направлений исследований 1.1. Особенности конструкции и эксплуатации подводных аппаратов различного назначения и их конструктивных элементов. Основные материалы и покрытия, применяемые для элементов судовой арматуры

Поскольку конструктивные особенности надводных кораблей (судов) достаточно хорошо известны, то в настоящем разделе представлены только особенности конструкций и эксплуатации подводных аппаратов различного назначения и их конструктивных элементов.

Подводные аппараты подразделяются на два основных класса: обитаемые и необитаемые. В свою очередь оба класса подразделяются ещё на ряд подклассов с присущими им задачами, особенностями технологии, составом систем и функциональными свойствами [1 - 4].

Особенно повышенный интерес в последние годы наблюдается к разработкам и использованию как автономных необитаемых (АНПА), так и дистанционно управляемых подводных аппаратов военного или двойного назначения, обладающих сверхбольшой (от недель до года) продолжительностью одиночного плавания. В ВМС ведущих иностранных государств данное направление является одним из приоритетных направлений развития боевых средств флота. Такие подводные аппараты, применяющиеся с надводных кораблей и подводных лодок, а иногда и с аэроносителей (например, с экранопланов) уже хорошо зарекомендовали себя при решении как исследовательских океанографических задач, связанных с широкомасштабными измерениями параметров среды в водной толще и вблизи дна, так и различных задач военно-разведывательного назначения. К таким задачам относятся:

- обнаружение и уничтожение подводных лодок, мин и других подводных целей с применением торпед, неуправляемых ракет, а перспективе и высокоскоростных (суперкавитирующих) боеприпасов;

- ведение гидроакустической, радиоакустической и оптоэлектронной разведки;

- постановка мин, быстро развёртываемых позиционных, мобильных и дрейфующих линейных антенн, низкочастотных гидроакустических датчиков, необслуживаемых подводных датчиков длительного действия и др., а также прибрежных систем обнаружения подводных лодок;

- осуществление широкополосной цифровой звукоподводной связи, управление распределенной сетью датчиков, ретрансляции данных от выдвинутых к побережью систем разведки и обнаружения подводных лодок на корабельные и береговые командные центы, и центры тактической поддержки.

Современные АНПА оснащены комплексом систем и устройств, обеспечивающих их самостоятельное движение под водой. Большинство из них имеет корпус в форме торпеды с электроэнергетической установкой, состоящего из литиевого-ионной аккумуляторной батареи и гребного электродвигателя.

Обитаемые подводные аппараты (ОПА) являются одним из основных видов техники Поисково-спасательной службы ВМФ России. Одновременно со спасательными ОПА существуют и рабочие ПА, перед которыми в настоящее время ставятся задачи, схожие с задачами АНПА. По сравнению со спасательными ПА на них более развиты системы визуального наблюдения, средства закрепления на грунте и т.д.

В настоящее время в связи с опережающим освоением Арктики и общим развитием военно-морского флота актуальной задачей является создание глубоководных аппаратов, предназначенных для производства специальных подводных работ в интересах ВМФ России, а также решения большого объёма задач по исследованию Мирового океана.

Применение ОПА и НПА в условиях воздействия агрессивной морской среды и больших глубин приводит к применению в их конструкциях высокопрочных антикоррозионных сплавов (например, титановых или

высоколегированных нержавеющих сталей), а также полимерных композиционных материалов.

Особенности применения современных ОПА, АНПА и ДУПА (в основном военного назначения) требуют от их конструкторов и разработчиков увеличения полезной (целевой) нагрузки при минимизации общей массы АНПА, что повлечёт за собой совершенствование конструктивно-компоновочных схем аппаратов. Эти задачи могут быть решены, в том числе путём разработки теоретических основ и методов усовершенствования расчётных моделей, которые отвечают целевым требования, надёжности и экономичности (которая напрямую зависит от весовых параметров изделия) проектируемых АНПА.

Длительность автономного плавания НПА и ОПА, особенно на больших глубинах, само по себе является экстремальным состоянием эксплуатации. Положение будет усугубляться, если аппарат попадёт в зону военных действий, природных (например, извержение подводного вулкана) или техногенных катастроф. В этом случае он может подвергаться действию высокоскоростной нагрузки достаточно большой амплитуды. При спуске ПА в морские водоёмы могут произойти удары корпуса и арматуры о грунт, как это случилось со спасательным аппаратом АС-7 15 сентября 1987 г. в районе Камчатского разлома, в результате чего он получил повреждения лёгкого корпуса и элементов арматуры [5].

С точки зрения живучести наибольшую опасность для корпусов подводных аппаратов и конструктивных элементов их арматуры представляют сильные подводные взрывы [6].

Пиковое давление р ударной волны, возникающей при взрыве тротилового заряда (или любого другого заряда с тротиловым эквивалентом по массе) массой М, на расстоянии Я от центра взрыва можно определить по приближённой (точность 5%) формуле [7] (отметим, что существует достаточно большое количество эмпирических или полуэмпирических формул, позволяющих определить пиковое давление [8, 9])

/ \3

ггй л

/ \2

V Я У

где размерность р - [кГ/см2]; размерность М- [кг]; г0 = 0,1

V Л У

/ л 1,13

р = 94000 — + 3800 — +11300 -0- , (1.1)

V Л У

Г Л1/3

г 3М Л

радиус

4ПР0 У

сферического тротилового заряда в метрах; р0 = 1,6 г/см3 - плотность тротилового заряда.

Соотношение (1.1) справедливо в следующем диапазоне расстояний от центра взрыва

0,23г0 < Я < 42^ . (1.2)

Оценим по зависимости (1.1) давление, возникающее в крайней удалённой точке диапазона (1.2) Я = 42г0 (предполагаем, что взрыв заряда в ближней точке диапазона уничтожит аппарат, а взрыв внутри указанного диапазона приведёт к невозможности выполнения аппаратом своих функций). Независимо от массы заряда получим р = 166 МПа. Полученное значение давления невысоко и практически любой металлический конструкционный материал, применяющийся в подводном аппаратостроении, может выдержать подобное давление.

Но существуют некоторые особенности гидродинамики взрыва, которые приводят к увеличению вероятности разрушения материалов подводных аппаратов. Рассмотрим эти особенности. Известно [8], что вслед за распространением ударной волны начинают расширяться сильно сжатые продукты детонации. Образуется так называемый газовый пузырь, вследствие чего возникают кавитационные явления. Начальное давление в газовом пузыре заметно уменьшается после излучения ударной волны, но всё еще остаётся заметно больше равновесного гидростатического давления. Вода вблизи газового пузыря вскипает. Кроме того, она обладает значительной радиальной скоростью, вызванной как прошедшей ударной волной, так и давлением газов. Поэтому диаметр пузыря в начальной стадии расширения резко возрастает. Расширение пузыря продолжается в течение сравнительно продолжительного

времени. По мере расширения внутреннее давление газов (продуктов взрыва) внутри пузыря постепенно падает, но вследствие инерции расходящегося потока воды расширение продолжается и после того, как давление падает ниже равноосного значения. После прекращения расширения начинается сжатие с непрерывно увеличивающейся скоростью, продолжающееся до тех пор, пока возрастающее давление в газовой сфере не остановит процесс сжатия, после чего опять начинается расширение. В зависимости от условий количество вторичных пульсаций, распространяющихся со скоростью звука, может достигать десятки значений. Давление в воде при пульсациях достигает максимального значения в моменты, когда скорость расширения или сжатия пузыря максимальна, т.е. при приближении его радиуса к минимальному значению (в эти моменты сжатие скачкообразно сменяется расширением). Отметим, что смена знака давления может привести к экспериментально наблюдаемому увеличению амплитуды импульса растяжения до значений, превышающих максимальные скорости поверхности пузыря [10]

С другой стороны, кавитационные процессы и кипение превращает жидкость в двухфазную газо- и парожидкостную среду. Появление в сплошной жидкости подобных дисперсных «частиц» даже малой концентрации существенно меняет характер распространения в ней ударных волн и волновые процессы в целом. Изменение параметров волновых процессов приводит к возникновению дополнительных локальных механизмов нагружения и разрушения взаимодействующих с такой жидкостью конструкций.

Материал любых конструкций также неоднороден на микро-мезомасштабных структурных уровнях, поскольку, как правило, включает в рассеянные микродефекты - как начального, технологического происхождения (микропоры, микротрещины, жесткие включения и т.п. [11]), так и появляющиеся в процессе нагружения первичной ударной волной.

Все эти микроповреждения оказывают влияние на реологические и прочностные свойства материалов и, объединяясь в кластеры, приводят к

появлению магистральных трещин и катастрофическому разрушению конструкций. В принципе, такие микроповреждения можно рассматривать в качестве дисперсных частиц, а деформируемую среду можно представить в виде двухфазной жидкости с очень вязкой несущей фазой [12].

Таким образом, наиболее опасной может оказаться не первичная ударная волна, а последующие волны, которые индуцируются пульсациями газового пузыря. Кроме того, возникает проблема обеспечения прочности при ударном малоцикловом нагружении корпуса и конструктивных элементов АНПА.

При высокоскоростных ударных взаимодействиях динамическая реакция двухфазных сред представляет собой совокупность взаимосвязанных межфазовых и внутрифазовых явлений и процессов различной физической природы и различных пространственно-временных масштабов. К сожалению, последовательного экспериментального изучения этих явлений в настоящее время нет. Отсутствуют и теоретические модели их описания.

Все вышеописанные явления относятся и конструктивным элементам подводных аппаратов, в особенности внешних элементов: кингстоны, элементы крепления и др. Ряд внутренних элементов, в частности, трубопроводы и их арматура, электроприводы и т.д., хотя подвергаются динамическим нагрузкам в меньшей степени, однако имеют некоторые другие специфические особенности, например, элементы трубопроводной арматуры практически постоянно подвергаются действию проточной морской воды со скоростью потока до 10 м/с, на них также воздействуют гидроудары и некоторые другие виды ударных и вибрационных нагрузок. На рис. 1.1 и 1.2 приведены конструкции кингстонов, которые являются неотъемлемой частью любых подводных аппаратов. Практически все кингстоны имеют ряд недостатков, которые приводят к их достаточно частому выходу из строя, а именно: проточная часть кингстона имеет сложную конфигурацию, с элементами, в которых застревают водоросли и длинномерные частицы. Поток среды охватывает шток и наматывает на него такие предметы. Промывка системы или прокачка среды через кингстон не

устраняет загрязнение. При неоднократных срабатываниях кингстона с целью сломать или разрушить предмет, попавший в зону уплотнения, конструкция испытывает не расчетные нагрузки - изгиб и растяжение штока. В результате происходит заклинивание и разрыв штока.

Рис. 1.1. Кингстон типа РN 40

На рис. 1.3. приведена конструкция серийного клапана бортового с гидроприводом и ручным управлением ИПЛТ.492211.021-01(587-35.9225-01).

Моделирование поведения конструктивных элементов аппарата во время действия всех вышеприведенных нагрузок требует уточнённых (по меньшей мере), по сравнению с традиционными, физико-математических моделей.

Отсутствие же моделей и требуемых для этих моделей динамических характеристик материалов вынуждает конструкторов и проектировщиков ПА и их узлов, и элементов существенно завышать коэффициенты запаса при проектировании рассматриваемых изделий.

Кроме необходимого сопротивления действию различных нагрузок к элементам арматуры предъявляются требования по высокой коррозионной стойкости и высокой износостойкости. Высокая коррозионная стойкость материалов элементов арматуры связана, в частности, и с тем, что последние находятся не просто под действием агрессивной морской среды, а под действием движущейся со скоростью 5 - 7 м/с морской воды, что приводит к возникновению так называемой кавитационной коррозии, способствующей ускоренному разрушению металлов. В рамках глобального критерия «эффективность - стоимость» материалы, применяющиеся для их изготовления, не являются материалами эксклюзивного типа. По большей части

Рис. 1.2. Кингстон типа РN 100

они относятся к классу широко используемых в подводном судо-аппаратостроении металлов и сплавов (углеродистые стали, нержавеющие

Ё! / а 0 # 1 т. - с ги ш \ 1 1 п 1. Шж < Щ / О" 1 0 1 а;

> в % | ш щщ 1 ^

т ^чччч^^/!/////////, шш Г

1 & и Ч-2 -н £ 1

Рис. 1.3. Клапан бортовой

стали 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, титановый сплав 3М, различные марки безоловяностой бронзы, высокопрочные чугуны). Поэтому выполнение двух вышеуказанных требований обеспечивается, как правило, за счёт нанесения антикоррозионных покрытий (не лакокрасочного типа) и обеспечения высокого качества поверхности.

Для повышения коррозионной стойкости углеродистых сталей применяются азотирование (различного вида) поверхности деталей и некоторые виды защитных гальванических (катодных) покрытий.

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости, а также повышения надёжности в целом, элементов судовой арматуры, изготавливаемых из других видов металлов и сплавов, в настоящее время широкое применение нашли методы газотермического напыления. К таким методам относятся: детонационное напыление; высокоскоростное порошковое напыление; плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, гелий, воздух; газоплазменное напыление, а также электродуговая металлизация и наплавка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов Александр Викторович, 2019 год

Список литературы

1. Войтов Д.В. Подводные обитаемые аппараты. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2002. - 303 с.

2. Сиденко К.С., Голобоков С.А. Автономные необитаемые аппараты -носители минного оружия // Россия и АТР. 2009. № 2. С. 119 - 130.

3. Бочаров Л. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2009. № 7. С. 62 - 69.

4. Белоусов И. Современные и перспективные необитаемые аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2013. № 5. С. 79 - 88.

5. Самко Ю.Г. Подводные аппараты ВМФ СССР и России // Военно-технический альманах «Тайфун». 1999. № 3 (15). С. 3 - 11.

6. Озерецковский О.И. Действие взрыва на подводные объекты / Под ред. Е.С. Шахиджанова. М.: ФГУП «ЦНИИХМ», 2007. 262 с.

7. Кузнецов Н.М. Ударная волна подводного атомного взрыва. // Горение и взрыв. 2015. Т.8, № 2. С. 68 - 77.

8. Коул Р. Подводные взрывы. М.: Изд-во иностранной литературы, 1950. 494 с.

9. Гитерман Е. Аудиовизуальные, гидроакустические и сейсмические наблюдения вблизи источника при подводных взрывах в Мёртвом море // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45, № 2. С. 124 - 136.

10. Уткин А.В. Влияние кинетики разрушения материалов на амплитуду откольного импульса // Прикладная механика и техническая физика. -2011. Т.52, № 1. С. 185 - 193.

11. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения. СПб: ЦОП «Профессия», 2012. 552 с.

12. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1. М.: Наука, 1987. 464 с.

13. Бутовский К.Г., Лясников В.Н. Напыленные покрытия и оборудование. -Саратов: Изд-во Саратовского гос. ун-та, 1999. 118 с.

14. Ульшин В.А., Харламов М.Ю. Оптимизация параметров детонационно-газового напыления с использованием генетического алгоритма //

Автоматическая сварка. 2005. № 6. С. 32 - 37.

15. Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

16. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / Под ред. В.Я. Панченко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 664 с.

17. Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н., Горбунов С.В. и др. Многоцикловая усталость нержавеющей стали, обработанной высокоинтенсивным электронным пучком: структура поверхностного слоя // Известия ВУЗов. Физика. 2011. № 5. С. 61 - 69.

18. Югов В. Высокоэффективная технология ресурсосбережения: лазерная поверхностная обработка // Фотоника. 2012. № 4/34. С. 12 - 20.

19. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений. Т.1. Физические основы защиты от излучений. М.: Атомиздат, 1980. 461 с.

20. Попов В.К. Некоторые вопросы обработки материалов электронным лучом // Электронная обработка материалов. 1966. № 3 (9). С. 3 - 13.

21. Козловский В.В. Модифицирование полупроводников пучками протонов. СПб: Наука, 2003. 268 с.

22. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

23. Тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты при взаимодействии лазерного излучения с веществом / Под общ. ред. Н.С. Захарова, В.Д. Урлина, Н.И. Шенцева. Саров: ФГУП «РФЯЦ -ВНИИЭФ», 2004. - 425 с.

24. Майоров В.С., Егоров Ю.А. Экономические аспекты выбора технологических лазеров для поверхностной закалки // Электротехника. 1988. № 10. С. 27 - 30.

25. Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках / Под общ. ред. М.В. Жерноклетова. Саров: ФГУП «РФЯЦ - ВНИИЭФ», 2003. - 403 с.

26. Гилман Дж. Д. Микродинамическая теория пластичности // Микропластичность. М.: Металлургия, 1972. С. 18 - 37.

27. Владимиров В.И., Иванов В.Н., Приемский Н.Д. Мезоскопический уровень пластической деформации // Физика прочности пластичности. -Л.: Наука, 1986. С. 69 - 80.

28. Панин В.Е. Пластическая деформация и разрушение твёрдых тел как эволюция потери их сдвиговой устойчивости на разных масштабных уровнях // Вопросы материаловедения. 2002. № 1(29). С. 34 - 49.

29. Морозов В.А. Динамика высокоскоростного нагружения материалов. -СПб: Изд-во СПбГУ, 2003. 112 с.

30. Степанов Г.В. Упруго-пластическое деформирование и разрушение материалов при импульсном нагружении. Киев: Наукова думка, 1991. -288 с.

31. Мещеряков Ю.И. Об управлении физическими механизмами структурообразования при ударном нагружении материалов // Управление в физико-технических системах. СПб: Наука, 2004. С. 225 -245.

32. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 2000. Т. 3, № 8. С. 5 - 36.

33. Хантулева Т.А., Мещеряков Ю.И. Кинетика и нелокальная гидродинамика формирования мезоструктуры в динамически деформируемых средах // Физическая мезомеханика.1999.Т.2, № 5. С.5 -17.

34. Прагер В. Введение в механику сплошных сред. - М.: ИЛ, 1963. - 248 с.

35. Соколовский В.В. Распространение упруго-пластических волн в стержнях // Прикладная математика и механика. 1948. № 3. С. 261 - 268.

36. Мальверн Л. Распространение продольных пластических волн с учетом влияния скорости деформации // Механика. 1952. № 1. С. 153 - 168.

37. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Часть 2. М.: Машиностроение, 1974. 368 с.

38. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977. - 208 с.

39. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. 584 с.

40. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчётов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

41. Шпаков О.Н. Арматуростроение от А до Я. СПб - Саратов: Энергомашкомплект, 2012. 232 с.

42. ГОСТ 27.002 - 89. Надёжность в технике. Основные понятия и определения.

43. Меламедов И.М. Физические основы надёжности. Л.: Энергия,1970.152 с.

44. Доценко Н.С., Соболев В.В. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Энергия, 1973. 160 с.

45. Петров В.А. Тепловые флуктуации как генератор зарождения трещин // Физика прочности и пластичности. Л.: Наука, 1986. С. 11 - 17.

46. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности // Вестник АН СССР. 1968. № 3. С. 46 - 52.

47. Журков С.Н. Дилатонный механизм прочности твёрдых тел // Физика прочности и пластичности. Л.: Наука, 1986. С. 5 - 11.

48. Садчиков П.И. Систематический анализ причин отказов интегральных схем и методика оценки их надёжности на основе физико-математической модели. М.: Знание, 1976. 152 с.

49. Петров Е.Н., Деев В.С., Шевченко А.А. Физико-математические модели отказов. Снежинск: Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, 2000. 104 с.

50. Сотсков Б.С. Основы теории и расчёта надёжности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970. 210 с.

51. Кузнецов А.В. Влияние лазерного легирования поверхности цилиндрических деталей из бронзы БрАЖНМц на их свойства // Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений. IX Международная конференция, разрушения и сопутствующих явлений. 25 - 29 июня 2018 г. г. Тамбов. С.15

52. Шанявский А.А. Масштабные уровни процессов усталости металлов // Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17, № 6. С. 87 - 98.

53. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.

54. Месяц Г.А. Эктоны. Ч.1. - Екатеринбург: «Наука»,1993. - 356 с. 55.Энгелько В.И. Разработка методов формирования интенсивных

электронных и ионных пучков микросекундной длительности, создание на их основе ускорителей и их применение. Дисс. ... доктора техн. наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2002. 302 с.

56. Engelko V.I., Kovalev V.G., Komarov O.L., Pechersky O.P., Saveljev Yu.M., Tkachenko K.I. High current long pulse electron diode operation in rising magnetic field // Proceedings of the 7th International Conference on High-Power Particle Beams. Karlsruhe, Germany. Vol. II, RP11. Р.1037-1041. 1988.

57. Ковалев В.Г., Комаров О.Л., Печерский О.П., Савельев Ю.М., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Об ограничении длительности электронного пучка, формируемого в сильноточном диоде в нарастающем магнитном поле // Журнал технической физики. 1990. Т.60, вып. 1. С.133 - 140.

58. Василевская Ю.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Яковлев С.П., Янкин Е.Г. Об импедансе диода с многоострийным

взрывоэмиссионным катодом // Журнал технической физики. 1980. Т.50, вып. 11. С. 2356 - 2358.

59. Василевская Ю.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Яковлев С.П., Янкин Е.Г. Формирование электронного пучка в диоде с многоострийным взрывоэмиссионным катодом // Журнал технической физики. 1983. Т.53, вып. 4. С. 677 - 682.

60. Бурцев В.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Середенко Е.В., Энгелько В.И. О повышении стабильности работы взрывоэмиссионных многоострийных катодов // Письма в ЖТФ. 1978. Т.4, вып. 18. С. 1083 -1087.

61. Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И. Об особенностях работы взрывоэмиссионных многоострийных катодов в микросекундном диапазоне длительностей импульса // Журнал технической физики. 1981. Т.51, вып. 6. С.1183 - 1194

62. Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Янкин Е.Г. Исследование динамики плазмы МВК // ЖТФ. 1986. Т.56, вып. 3. С. 469 - 475.

63. Бурцев В.А., Василевский М.А., Глухих В.А., Гусев О.А., Ройфе И.М., Середенко Е.В., Энгелько В.И. Триод с взрывоэмиссионным катодом для генерирования электронных пучков с широким диапазоном изменения параметров // Письма в ЖТФ. 1978. Т.4, вып. 19. С.1149 - 1152.

64. Mueller G., Bluhm H., Engelko V., Yatsenko B. Pulsed electron beams facilities (GESA) for surface treatment of materials // Vacuum. 2001. V. 62. P. 211 - 216.

65. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Механические и фрикционные свойства титана и бронзы после многостадийной импульсной электронно-пучковой обработки // Живучесть и конструкционное материаловедение: Материалы Международной конференции 26 - 28 октября 2016 г. Москва. - М.: ИМаш им. А.А. Благонравова, 2016. С. 59 - 60.

66. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Динамические свойства вязких металлов с модифицированным импульсным электронным пучком поверхностным слоем // Глава 4 монографии «Перспективные материалы и технологии». Т. 2. Витебск: УО «ВГТУ», 2017. С. 73 - 89. 2,125/1,0 п.л.

67. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В., Брагов А.М. Динамическая прочность титанового сплава с модифицированной электронным пучком поверхностью // Журнал технической физики. 2018. Вып.5.С.740 - 744.

68. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Структурные изменения в металлах, вызванные воздействием сильноточного электронного пучка наносекундной длительности // Глава 7 монографии «Перспективные материалы и технологии». Т. 1. Витебск: УО «ВГТУ», 2018. С. 125 - 140. ISBN 978-985-481-55969. Худсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир. 1970. - 296 с.

70. Зуев А.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии. М.: МЭИ, 1998. 162 с.

71. Барахтин Б.К., Кузнецов А.В., Морозов В.А., Савенков Г.Г. Электронно-пучковая модификация поверхности титанового сплава, устойчивого к агрессивной морской среде // Физика прочности и пластичности материалов: сб. тез. XIX Международной конференции 8-11 июня 2015 г. Самара, Россия. Самара: Сам.гос.техн. ун-т, 2015. С. 49.

72. Kuznetsov A.V., Savenkov G.G. Nanostructural State in Metals Under the Influence of the High-current Electron Beam of a Nanosecond Duration // Materials of 4th Global Congress «Material Science and Nanoscience» (October 15 - 16, 2018, Amsterdam, Netherlands). P. 49.

73. Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. - М.: Атомиздат, 1978. - 232 с.

74. Кольский Г. Исследования механических свойств материалов при больших скоростях нагружения // Механика. Вып. IV. М.: ИЛ, 1950. С. 108 - 119.

75. Bragov A.M., Lomunov A.K. Methodological aspects of studying dynamic material properties using the Kolsky method // Int. J. Impact. Eng. 1995. - Vol. 16, No. 2. - P. 321 - 330.

76. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г. Предельные характеристики динамического разрушения сплавов цветных металлов, коррозионно-устойчивых к агрессивной морской среде // Материалы 42-ой научно-технической конференции. Т.2. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 35 - 37.

77. Кузнецов А.В. Особенности механического поведения нержавеющей стали при скоростях деформации в условиях гидроудара // Физика прочности и пластичности материалов: сб. тез. XIX Международной конференции 8 - 11 июня 2015 г. Самара, Россия. - Самара: Сам.гос.техн. ун-т, 2015. - С. 202.

78. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Щукина Е.В. Динамические свойства перспективных и применяемых металлов и сплавов для морского подводного оружия // Труды Крыловского Государственного научного центра. 2016. Вып. 91. С. 63 - 68.

79. Кузнецов А.В. Динамическая прочность титана и бронзы в условиях миллисекундной длительности нагружения // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2016. Т.21, вып. 3. С. 1077 - 1079.

80. Bragov A.M., Balandin V.V. Konstantinov A.Yu., Lomunov A.K., Vorobtsov I.V., Kuznetsov A.V. , Savenkov G.G. High-rate deformation and spall fracture of some metals // Procedia Engineering. 2017. V. 197. P. 260 - 269.

81. Давиденков Н.Н. Динамические испытания металла. М.-Л.: Госиздат, 1929. 366 с.

83. Физическая мезомеханика и компьютерное моделирование материалов / Под ред. В.Е Панина. Новосибирск: Наука, 1995. Т.1. 298 с.; Т.2. 320 с.

84. Козлов Э.В. Параметры мезоструктуры и механические свойства однофазных материалов // Вопросы материаловедения. 2002. № 1 (29). С. 50 - 69.

85. Макаров П.В., Ерёмин М.О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов // Физическая мезомеханика. 2013. Т.16. № 1. С. 5 - 26.

86. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. 280 с.

87. Щербаков И.П., Куксенко В.С., Чмель А.Е. Кооперативные эффекты на микро- и наноструктурном уровнях при динамическом разрушении твёрдых тел // Физическая мезомеханика. 2013. Т.16. № 1. С. 51 - 58.

88. Савенков Г.Г. Фрактально-кластерная модель откольного разрушения // Журнал технической физики. 2002. Т. 72. Вып. 12. С. 44 - 48.

89. Mandelbrot B.B. Fractal analysis and synthesis of fracture surface roughness and related forms of complexity and disorder // Int. Journal of Fracture. 2006. V. 138. P. 13 - 17.

90. Барахтин Б.К., Савенков Г.Г. Связь характеристик откола с размерностью фрактальной структуры разрушения // ПМТФ. 2009. Т. 50, № 6. С. 61 -69.

91. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Влияние фрактальной размерности на динамические свойства высоковязких материалов // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2016. Т. 21, вып. 3. С. 760 - 763.

92. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Концепция фракталов и динамические испытания металлов // Оборонная техника. 2016. № 8 - 9. С. 153 - 155.

93. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В., Брагов А.М. Ломунов А.К. Структурно-геометрические переходы при динамическом нагружении материалов // Вестник ПНИПУ. Механика. 2016. № 3. С. 164 - 174.

94. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Брагов А.М., Константинов А.Ю. Влияние формирующейся фрактальной поверхности разрушения на динамические свойства титана // Проблемы прочности и пластичности. 2016. Т.78, № 2. С. 218 - 227.

95. Савенков Г.Г., Барахтин Б.К., Кузнецов А.В., Брагов А.М., Вознюк А.В. Структурно-геометрические переходы в условиях высокоскоростного нагружения // Сборник материалов XXII Петербургских чтений по проблемам прочности 12-14 апреля 2016. СПб, 2016. С. 88 - 91.

96. Колмаков А.Г. Использование положений системного подхода при изучении структуры, особенностей пластической деформации и разрушения металлов // Металлы. 2004. № 4. С. 98 - 107.

97. РД 50 - 672 - 88. Расчёты и испытания на прочность. Классификация видов излома.

98. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. -224 с.

99. Иванова В.С. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992. 160 с.

100. Мещеряков Ю.И., Диваков А.К. Интерференционный метод регистрации скоростной неоднородности частиц в упруго-пластических волнах нагрузки в твёрдых телах. Препринт № 25. Л.: ЛФИМаш, 1989. 36 с.

101. Мещеряков Ю.И., Савенков Г.Г. Двухуровневая модель динамического деформирования металлов // Прикладная механика и техническая физика. 1992. № 4. С. 141 - 145.

102. Milman V.Y., Stelmashenko N.A., Blumenfeld R. Fracture surfaces: A critical

review of fractal studies and novel morphological analysis of scanning tunneling microscopy measurements // Progress Material Sciences. 1994.V. 38. P. 425 - 474.

103. Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991. 254 с.

104. Барахтин Б.К., Обуховский В.В. Фракталы, структура и свойства материалов // Вопросы материаловедения. - 1995. - № 1. - С.7- 17.

105. Розин Л.А. Метод конечных элементов // Соросовский образовательный

журнал. 2000. Т.6, № 4. С. 120 - 127.

106. Куропатенко В.Ф. Модели механики сплошных сред. Челябинск: Челябинский гос. ун-т, 2007. 302 с.

107. Ильюшин А.А., Ленский В.С. Сопротивление материалов. М.: ФИЗМАТГИЗ, 1959. 372 с.

108. Hoff N.J. The Process of the Buckling of Elastic Columns // Polytechnic

Institute of Brookline. Report № 163. P. 24 - 45.

109. Hoff N.J. Buckling and Stability // Journal of the Royal Aeronautical Society.

1954. V. 58. P. 3 - 134.

110. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.

111. Кремнев Л.С. О соотношении критериев линейной и нелинейной механик разрушения материалов // Материаловедение. 2007. № 5. С. 31 - 38.

112. Корсуков В.Е. Зависимость прочности твёрдых тел от состояния поверхности // Физика прочности и пластичности. Л.: Наука, 1986. С. 28 - 35.

113. Виноградов Е.А., Дорофеев И.А. Термостимулированные электромагнитные поля твёрдых тел. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 484 с.