Упрочнение титана ВТ1-0 комплексным электровзрывным легированием и последующей электронно-пучковой обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат технических наук Соскова, Нина Александровна

• Соскова, Нина Александровна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соскова, Нина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

1 ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКОМПОЗИТНЫХ СЛОЕВ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ.

1.1 Разработка новых методов повышения физико-механических свойств поверхности титановых сплавов с улучшенными характеристиками.

1.2 Методы формирования композиционных слоев с улучшенными эксплуатационными характеристиками на поверхности металлов и сплавов с использованием концентрированных потоков энергии.

1.3 Особенности структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов после обработки поверхности с использованием концентрированных потоков энергии.

1.4 Цель и задачи исследования.

2 ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Материалы для исследования процессов электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки поверхности металлов.

2.2 Режимы и оборудование для осуществления комбинированной обработки.

О О 1 I I Л М Г* т/Ч'Л ТТЛ <Т Г» /Л Т^ГТЛ |*Т т глтп ТТ <-» •»-* т^п ^^ I ) Л Т /С Л / 1 Л у-г «V ■•—г л

-¿.і лаии^ашрпал олсі\.ірооЗрші5пал іанивла ^»и у ии/ і и ДЛХ 1Шлучения импульсных многофазных плазменных струй и особенности методики проведения электровзрывного легирования

2.2.2 Оборудование для обработки поверхности материалов низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками и особенности методики ее проведения.

2.2.3 Режимы обработки.

2.3 Методика исследования структуры, фазового состава и свойств зоны легирования.

3 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ НАУГЛЕРОЖИВАНИЕ С НАВЕСКОЙ ПОРОШКА ДИБОРИДА ТИТАНА ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ВТ 1-0 И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА.

3.1 Модификация поверхностных слоев сплава ВТ 1-0 с использованием порошковых частиц диборида титана.

3.2 Выводы.

4 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ НАУГЛЕРОЖИВАНИЕ С НАВЕСКОЙ ПОРОШКА КАРБИДА КРЕМНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ВТ 1-0 И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА.

4.1 Модификация поверхностных слоев технически чистого титана

ВТ 1-0 с использованием порошковых частиц карбида кремния.

4.2 Выводы.

5 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ НАУГЛЕРОЖИВАНИЕ С НАВЕСКОЙ ПОРОШКА ОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ВТ 1-0 И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА.

5.1 Модификация поверхностного слоя технически чистого титана

ВТ 1-0 с порошковой навеской оксида циркония.

5.2 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Упрочнение титана ВТ1-0 комплексным электровзрывным легированием и последующей электронно-пучковой обработкой»

Актуальность темы исследования. Актуальность темы исследования обусловлена тем, что разрушение деталей машин и инструмента, как правило, начинается с поверхности. Поэтому разработка новых методов упрочнения и защиты именно поверхности, а не всего объема материала, оказывается экономически эффективной [1]. Они находят все более широкое применение в промышленности, в том числе для обработки титановых сплавов, которые обладают низкой износостойкостью [2-5]. Получили развитие методы нанесения неорганических покрытий и упрочнения поверхности, основанные на использовании концентрированных потоков энергии (КПЭ) [6, 7], таких как лазерное излучение [8-11] и плазменные струи [12, 13]. Как правило, они приводят к оплавлению и легированию поверхностных слоев упрочняемого материала. К этим методам относятся, в частности, электровзрывное легирование (ЭВЛ) [14] и обработка поверхности низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками [15, 16], которые могут эффективно использоваться совместно [17-19]. Они позволяют проводить локальное упрочнение поверхности в местах ее наибольшего разрушения при эксплуатации и увеличивать функциональные свойства в несколько раз.

Степень ее разработанности. В последние годы выполнены подробные исследования в области комбинированной обработки поверхности металлов и сплавов, сочетающей ЭВЛ и последующую электронно-пучковую обработку (ЭПО). Изучены особенности упрочнения поверхностных слоев стали 45 и титана после электровзрывного алитирования и бороалитирования, меднения и боромеднения [20-23]. Исследования показали, что такая обработка приводит к кратному повышению микротвердости и износостойкости зоны обработки вследствие формирования новых упрочняющих фаз, таких как интерметаллиды, бориды и другие, субмикро- и наноразмерного диапазона.

Получение нанокомпозиционных поверхностных слоев с использованием КПЭ возможно путем введения в расплав наноразмерных компонентов различной природы (оксидов, боридов, различных модификаций углерода и др.) [24]. Такая технология формирования зоны упрочнения широко используется при лазерном легировании [25-33]. Однако при ЭВЛ она была реализована только лишь в работах [34, 35], поэтому ее возможности в настоящее время пока еще остаются малоизученными.

Цель и задачи. Целью настоящей работы явилось выявление физической природы повышения физико-механических свойств поверхности технически чистого титана ВТ 1-0 при комплексном ЭВЛ с использованием порошковых навесок и последующей ЭПО.

Для этого были поставлены и решены следующие задачи:

- определить микротвердость, износостойкость и коэффициент трения поверхности титана после различных видов ЭВЛ и последующей ЭПО в различных режимах;

- установить оптимальные режимы упрочняющей комбинированной обработки;

- изучить изменение по глубине структуры и фазового состава зоны упрочнения, сформированной в оптимальных режимах упрочнения и выявить его физическую природу;

- выработать рекомендации по практическому использованию результатов обработки.

Научная новизна. 1. В работе установлено, что на поверхности зоны ЭВЛ формируется покрытие, которое при последующей ЭПО объединяется с нижележащей зоной легирования, образуя единую зону упрочнения.

2. На поверхности зоны легирования, а также во фрагментах покрытия наблюдаются следы течения расплава, микротрещины и поры. Последующая ЭПО поверхности зоны легирования приводит к уменьшению ее шероховатости, залечиванию микротрещин и пор, выравниваю содержания легирующих элементов как по поверхности зоны обработки, так и по ее глубине.

3. Зона упрочнения имеет двуслойное строение. Верхний слой имеет мелкодисперсное дендритное строение, а нижний - либо более грубое дендритное строение как в случае использования порошка диборида титана, либо равноосное строение как при использовании частиц порошка карбида кремния и оксида циркония.

4. Установлено, что максимальное упрочнение как после ЭВЛ, так и после ЭПО достигается при использовании порошка диборида титана, а наименьшее -при использовании порошка оксида циркония. После ЭВЛ микротвердость имеет максимальный уровень на поверхности зоны легирования. Во всех режимах ЭПО зоны ЭВЛ микротвердость как на поверхности, так и ее средний уровень по объему зоны упрочнения уменьшается, а глубина зоны упрочнения увеличивается.

5. Распределение микротвердости по глубине зоны упрочнения после ЭПО имеет немонотонный характер - вблизи границ верхнего и нижнего слоя формируются максимумы микротвердости.

6. С ростом плотности энергии электронного пучка содержание а-Т1 в зоне упрочнения увеличивается, а упрочняющих фаз уменьшается. Во всех случаях основной упрочняющей фазой является карбид титана. Частицы упрочняющих фаз, а также титановые прослойки, разделяющие их, имеют в основном субмикро- и наноразмерный характер. Взаимодействие с расплавом частиц порошков, использованных для легирования, приводит к образованию новых наноразмерных упрочняющих фаз.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты работы расширяют модельные представления о процессах формирования структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов при ЭВЛ и ЭПО. Они используются аспирантами, обучающимися по специальностям «Физика конденсированного состояния», апробированы на предприятиях промышленности и рекомендованы к внедрению.

Тема диссертации соответствует критической технологии РФ «Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов» и приоритетному направлению развития науки, технологий и техники в РФ «Индустрия наносистем».

Исследования выполнялись по тематическому плану НИР СибГИУ, проводимых по заданию Минобрнауки, в соответствии с грантами РФФИ (проекты №№ 11-02-91150-ГФЕН и 11-02-12091 офи-м-2011) и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт № 14.740.11.0813).

Методология и методы исследования. Методологической основой исследования является положение, согласно которому свойства поверхностных слоев материалов определяются их составом и структурой, которая зависит от режимов обработки. Исследование структуры и фазового состава модифицированных слоев проводили с использованием высокоинформативных методов металлографического анализа. Повышение физико-механических свойств оценивали, измеряя микротвердость, износостойкость и коэффициент трения.

Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует п. 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления» паспорта специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния (технические науки).

Положения, выносимые на защиту:

1) комбинированная обработка поверхностных слоев сплава ВТ 1-0, сочетающая электровзрывное науглероживание с порошковыми навесками диборида титана, карбида кремния и оксида циркония и последующую электронно-пучковую обработку, приводит к кратному повышению микротвердости. В случае использования порошка диборида титана она увеличивается на поверхности в 14 раз и монотонно падает с глубиной зоны упрочнения. После ЭПО средний уровень микротвердости в 10 раз выше, чем в основе материала. При этом изменение микротвердости по глубине становится немонотонным, а глубина зоны упрочения увеличивается в 1,5 раза. Износостойкость поверхности также многократно увеличивается (при использовании порошковой навески диборида титана - в 8,2 раза);

2) после ЭВЛ на поверхности зоны легирования формируется неоднородное по толщине тонкое покрытие, образованное конденсированными частицами продуктов взрыва углеродных волокон и порошковых навесок, а последующая ЭПО приводит к объединению покрытия с зоной легирования и формированию двухслойного строения зоны упрочнения, имеющей дендритный характер, выглаживанию рельефа поверхности, залечиванию микротрещин и микропор;

3) сформированные при комбинированной обработке поверхностные слои отличаются друг от друга степенью дисперсности, имеют структуру дендритного и глобулярного типа субмикро- и наноразмерного диапазона, основной упрочняющей фазой которой является карбид титана.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов обусловлена большим объемом экспериментальных данных, полученных с использованием высокоинформативных методов металлографического анализа, определения микротвердости и износостойкости, соответствием полученных экспериментальных данных и результатов результатам других авторов.

Результаты диссертации представлялись на International Conference World Academy of Science, Engineering and Technology (WASET 2011), Venice, Italy, 2011; XII Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 2011; XXI Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Магнитогорск, 2012; V Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур (ПРОСТ 2012), Москва, 2012; XX Петербургских чтениях по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 2012; III Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Москва, 2012; 3rd International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Condensed Matter, High Current Electronics and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2012; International Conference Nanomaterials and Properties, 2012, Alushta, the Crimea, Ukraine, 2012; Международной конференции «Электрон-фононные и спиновые взаимодействия, инициированные быстрыми заряженными частицами, электромагнитными полями, электрическими токами и СВЧ-излучением в макроскопических проявлениях на обычных и наноматериалах», Ольгинка, 2012, 2013; Научных чтениях им. чл.-корр. РАН И.А. Одинга «Механические свойства современных конструкционных материалов», Москва, 2012; 53 Международной научной конференции «Актуальные проблемы прочности», Витебск, 2012; Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2012; Четвертой ежегодной конференции Нанотехнологического общества России, Москва, 2012; 11-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», Новосибирск, 2013.

Исследования были выполнены на кафедре физики СибГИУ. Автор благодарна научному руководителю зав. каф. физики СибГИУ проф. В.Е. Громову и соавторам публикаций по теме диссертации.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Соскова, Нина Александровна

Результаты работы использованы в научной практике СибГИУ при выполнении ряда НИР.

С 2011 года в СибГИУ проводятся научные исследования в соответствии с госзаданием Минобрнауки России № 2.4807.2011 (шифр НИР - 20ТП). Результаты настоящей диссертации нашли отражение в промежуточном отчете по НИР за 2012 год «Выявление закономерностей формирования структурно-фазовых состояний зоны электровзрывного легирования при последующем термосиловом воздействии» (номер государственной регистрации 01201052293).

Проект посвящен решению фундаментальной проблемы, связанной с разработкой физических основ упрочнения поверхности металлов и сплавов путем электровзрывного легирования, позволяющего формировать многофазные поверхностные слои с нано- и субмикрокристаллической структурой и повышенными эксплуатационными свойствами. Цель работы - установление физической природы и разработка обобщенной физической модели формирования рельефа поверхности, строения, структуры, фазового состава и свойств титановых сплавов ВТ 1-0 и ВТ6 при электровзрывном науглероживании с диборидом титана и последующей электронно-пучковой обработке. Выявлены закономерности упрочнения поверхностных слоев титановых сплавов, определены оптимальные параметры комбинированной обработки, позволяющие повышать микротвердость и износостойкость поверхности.

В 2010-2012 гг. в СибГИУ были проведены исследования по гранту РФФИ (проект № 11-02-91150-ГФЕН) на тему «Физическая природа формирования наноразмерных структурно-фазовых состояний и свойств при электровзрывном легировании и высокоэнергетической импульсной электронной обработки поверхности титана». Проект был посвящен актуальной теме установления физической природы и механизмов формирования наноразмерных структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях металлов и сплавов при обработке их методами радиационно-пучковых технологий с целью улучшения служебных характеристик. Целью проекта являлось выявление механизмов повышения термической стабильности многофазных поверхностных слоев на поверхности титана, сформированных при электровзрывном науглероживании и карбоборировании и дополнительной высокоэнергетической электронно-пучковой обработке. В ходе выполнения проекта методами световой и сканирующей электронной микроскопии, рентгеновского фазового анализа и послойного электронно-микроскопического анализа тонких фольг изучено влияние параметров электровзрывного карбоборирования титана и электронно-пучковой обработки на формирование в его поверхностных слоях многофазной структуры, содержащей высокотвердые и износостойкие фазы карбидов и боридов титана. Определены функциональные свойства модифицированных слоев. Разработана математическая модель растворения частиц углеродных волокон при импульсно-периодической электронно-пучковой обработке поверхности. Результаты настоящей диссертационной работы частично были получены при выполнении данного проекта.

В 2010-2012 гг. в СибГИУ были проведены исследования по гранту РФФИ (проект № 11-02-12091 офи-м-2011) на тему «Разработка физических основ комбинированной технологии обработки поверхности сплавов на основе титана, сочетающей электровзрывное легирование и высокоинтенсивное электроннопучковое облучение». Результаты исследования нашли отражение в настоящей диссертационной работе. Проект был направлен на решение фундаментальной проблемы физического материаловедения - разработку физических основ формирования многофазных наноструктурных состояний в поверхностных слоях металлов и сплавов. Последнее достигалось в условиях двухступенчатой обработки, сочетающей легирование поверхностного слоя плазмой электрического взрыва проводника (электровзрывное легирование) и облучение электронным пучком субмиллисекундной длительности воздействия. В качестве объекта исследований выбраны сплавы на основе титана ВТ1-0 и ВТ6. Легирование поверхностного слоя (Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк) осуществляли путем электрического взрыва углеродных волокон с навесками порошков борида титана ТлВ2, карбида кремния 81С и диоксида циркония ХгОг- Импульсное плавление модифицированного слоя осуществляли высокоинтенсивным электронным пучком (Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, г. Томск), обеспечивающим нагрев и закалку из расплава со скоростями до 106 К/с.

В ходе выполнения программы в рамках математической модели проведены расчеты зависимостей интенсивности межфазного взаимодействия компонентов композиций при импульсном высокоскоростном нагреве и охлаждении поверхностного слоя в заданных условиях плазменной и электронно-пучковой обработки; выполнен аналитический обзор информационных источников (патентные исследования и анализ российской и зарубежной научно-технической периодики), проведена сравнительная оценка эффективности и сделано обоснование выбора оптимального варианта направления исследований; проведена обработка поверхности сплавов на основе титана ВТ 1-0 и ВТ6 потоками плазмы электрического взрыва углеродных волокон с навесками порошков карбида кремния, диборида титана и диоксида циркония; осуществлены структурно-фазовые исследования и выполнены механические испытания на определение микротвердости и износостойкости поверхности и приповерхностного слоя сплавов, подвергнутых электровзрывному легированию л при вариации поглощаемой плотности мощности в пределах от 5,0 до 6,5 ГВт/м ; выявлен оптимальный, с точки зрения структуры и фазового состава, результатов механических испытаний режим электровзрывного легирования поверхности сплавов; проведено облучение поверхности электровзрывного легирования сплавов, сформированных в оптимальном режиме, высокоинтенсивными импульсными электронными пучками в широком диапазоне параметров пучка (плотность энергии 10-40 Дж/см , длительность и количество импульсов воздействия 20-200 мкс и 1-50), позволяющих осуществлять обработку сплавов на основе титана в режиме плавления поверхностного слоя толщиной порядка 110 мкм; выполнены исследования влияния режима импульсного электронно-пучкового плавления и сверхбыстрого охлаждения на параметры наноструктуризации поверхностных слоев, подвергнутых электровзрывному легированию, и их поверхностно-чувствительные свойства (микро- и нанотвердость, износостойкость); определены оптимальные режимы комбинированной обработки, обеспечивающие формирование наноструктуры и кратное повышение физико-механических и прочностных свойств поверхностных слоев.

В настоящее время в мировой литературе практически отсутствуют данные о неравновесных структурно-фазовых состояниях и реализуемых свойствах, о методах и подходах к формированию наноструктурных состояний в поверхностных слоях сплавов на основе титана в условиях импульсной электронно-ионно-плазменной обработки. Следовательно, использованные в проекте методы и подходы являются оригинальными, а полученные результаты новыми, не имеющими отечественных и мировых аналогов.

В 2010-2012 гг. в СибГИУ были проведены исследования по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт № 14.740.11.0813 «Формирование повышенных эксплуатационных свойств поверхностных слоев титана после электровзрывного науглероживания и обработки низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками»). Результаты настоящей диссертационной работы были частично получены при выполнении данного проекта.

Проект был посвящен решению фундаментальной проблемы упрочения поверхностных слоев металлов и сплавов с использованием концентрированных потоков энергии. Цель работы - экспериментальные исследования структурно-фазовых состояний поверхностных слоев технически чистого титана после электровзрывного науглероживания и последующей обработки низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками в различных режимах, обеспечивающих формирование необходимых структурно-фазовых состояний для максимального повышения твердости и износостойкости поверхности.

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа, рентгеноструктурного фазового анализа, измерения микротвердости и износостойкости проведено исследование рельефа поверхности и градиента фазового состава зоны легирования титана после электровзрывного науглероживания и последующей обработки электронно-пучковой обработки. Показано, что в поверхностном слое после электровзрывного обработки присутствуют многочисленные частицы карбида титана и углеграфитовых волокон. Проведен выбор режима комбинированной обработки, включающей электровзрывное науглероживание и последующую электронно-пучковую обработку, необходимый для выполнения последующих этапов работы. Комбинированная обработка приводит к растворению частиц углеграфитовых волокон вблизи поверхности зоны легирования и формированию сплошного слоя карбида титана. Микротвёрдость на поверхности зоны легирования превосходит ее значение в объёме в 12 раз, в промежуточной области с дендритной структурой - в 3-5 раз, в зоне термического влияния - в 1,5 раза.

Выполнение проекта позволило разработать новый способ карбидизации поверхности деталей из титана и его сплавов для многократного повышения физико-механических и эксплуатационных свойств. Результаты исследований могут быть использованы в различных отраслях промышленности при разработке технологических процессов упрочнения поверхности конструкционных и инструментальных материалов, а также в учебном процессе при постановке новых лабораторных работ, разработке новых спецкурсов для студентов специальностей материаловедческого профиля.

В настоящее время результаты исследований прошли апробацию на ряде производственных предприятий (Приложение А).

153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам работы сформулированы следующие основные выводы.

1. Электровзрывное науглероживание с порошковыми навесками диборида титана, карбида кремния и оксида циркония технически чистого титана ВТ 1-0 приводит к формированию зоны упрочнения, неоднородной по толщине, элементному составу и структурно-фазовому состоянию. Установлено, что наибольшая микротвердость достигается при использовании порошка диборида титана, когда микротвердость поверхности увеличивается в 14 раз при общей толщине зоны упрочнения 65 мкм.

2. Выявлены режимы ЭПО, позволяющие формировать зону упрочнения с низкой шероховатостью поверхности и высоким уровнем однородности распределения легирующих элементов. Последующая электронно-пучковая обработка сопровождается увеличением толщины зоны упрочнения и снижением общего уровня микротвердости. При использовании порошка диборида титана она возрастает до 100 мкм. При этом на поверхности микротвердость снижается до 10-ти раз по сравнению с основным материалом, а в глубине зоны упрочнения появляются объемные максимумы. Износостойкость поверхности в увеличивается в 8,2 раза, а коэффициент трения снижается в -1,2 раза по отношению к исходному материалу.

3. По глубине зоны упрочнения выделяются два слоя с дендритной структурой различной дисперсности.

4. Оптимальными режимами ЭПО являются следующие. При использовании порошка диборида титана: плотность энергии 60 Дж/см , длительность импульсов 100 мкс, их число 10 имп., частота следования 0,3 Гц. При использовании порошков карбида кремния и оксида циркония соответственно: плотность энергии 60 и 45 Дж/см , длительность импульса 200 и 100 мкс, число импульсов 20 и 10.

5. Методами рентгеноструктурного анализа установлено, что основной фазой зоны ЭВЛ с порошком Т1В2 является а-Т1 (17 %), после ЭПО ее объемная доля с ростом плотности энергии пучка электронов увеличивается от 50 % до 72 %.

Вновь образованными фазами являются ПС (60 %), Т1В2, Т12В5, Т1зВ4, Т1В, С и ВвС. Независимо от режима ЭПО, основной из дополнительных фаз является ТЮ л

40 % при плотности энергии пучка электронов 60 Дж/см ).

6. Методами электронной дифракционной микроскопии показано, что в зоне упрочнения формируется многофазная структура субмикро- и нано-размерного диапазона дендритного типа. Включения ТЮ практически бездефектны; в зернах а-титана присутствует дислокационная субструктура, выявляются частицы упрочняющих фаз (при использовании порошка карбида кремния - 81С, Т181 и Т1812 , при использовании порошка оксида циркония - Т1С и ХгО).

7. Научные результаты диссертационной работы использованы в практике научной деятельности СибГИУ и НГТУ, в образовательной сфере по подготовке аспирантов, апробированы и используются на малых предприятиях промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соскова, Нина Александровна, 2013 год

1. Полевой, С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов / С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов. М.: Машиностроение, 1994. - 496 с.

2. Полмеар, Я. Легкие сплавы: от традиционных до нанокристаллов / Я. Полмеар. М.: Техносфера, 2008. - 468 с.

3. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. 3-е изд. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 648 с.

4. Муравьев, В.И. Обеспечение надежности конструкций из титановых сплавов / В.И. Муравьев, П.В. Бахматов, Б.И. Долотов и др. / Под ред. В.И. Муравьева. М.: «Эком», 2009. - 752 с.

5. Колачев, Б.А. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов: учеб. для вузов / Б.А. Колачев, P.M. Габидуллин, Ю.В. Пигузов М.: Металлургия, 1992. - 272 с.

6. Бобров, Г.В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование): учеб. пособие для студентов вузов / Г.В. Бобров М.: Интермет Инжиниринг, 2004. - 624 с.

7. Грибков, В. А. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки металлов / В.А. Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, В.Л. Якушин. -М.: Круглый год, 2001. 528 с.

8. Астапчик, С.А. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке / С.А. Астапчик, B.C. Голубев, А.Г. Маслаков. Минск: Белорусская наука, 2008. - 251 с.

9. Григорьянц, А.Г. Технические процессы лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 664 с.

10. Чудина, O.B. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева: теория и технология / О.В. Чудина. -М.: МАДИ (ГТУ), 2003. 248 с.

11. Тюрин, Ю.Н. Плазменные упрочняющие технологии / Ю.Н. Тюрин, M.J1. Жадкевич -Киев: Наукова думка, 2008. 216 с.

12. Погребняк А.Д., Тюрин Ю.Н. Модификация свойств материалов и осаждение покрытий с помощью плазменных струй / А.Д. Погребняк, Ю.Н. Тюрин // Успехи физ. наук. 2005. - Т. 175. - № 5. - С. 515-544.

13. Багаутдинов, А.Я. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. Новокузнецк: Изд. СибГИУ. - 2007. - 301 с.

14. Коваль, H.H. Наноструктурирование поверхности металлокерамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке / H.H. Коваль, Ю.Ф. Иванов // Изв. вузов. Физика. 2008. - № 5. - С. 60-70.

15. Карпий, C.B. Структура, фазовый состав и свойства титана после электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки / C.B. Карпий, М.М. Морозов, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов Новокузнецк: Изд-во НПК, 2010.-173 с.

16. Иванов, Ю.Ф.Структура, фазовый состав и свойства поверхностных слоев титана после электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, Е.А. Будовских и др. Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2012.-435 с.

17. Ионина, A.B. Электронно-пучковая модификация структуры и свойств поверхности электровзрывного легирования стали 45: автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.04.07 / Ионина Анна Валерьевна. Новокузнецк, 2007. - 16 с.

18. Карпий, C.B. Особенности поверхностного упрочнения титана при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке: автореф. дис. канд. . техн. наук: 01.04.07/ Карпий Сергей Васильевич. Новокузнецк, 2007. - 20 с.

19. Ващук, Е.С. Формирование структуры и свойств углеродистой стали при электровзрывном боромеднении и электронно-пучковой обработке: автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.04.07 / Ващук Екатерина Степановна. Новокузнецк, 2012. - 18 с.

20. Витязь, П.А. Модифицирование материалов и покрытий наноразмерными алмазосодержащими добавками / П.А. Витязь и др.. Минск: Беларус. навука, 2011. - 527 с.

21. Чернышова, Т.А. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями / Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, П. Шебо, A.B. Панфилов. М.: Наука, 1993. - 272 с.

22. Ночовная, H.A. Тенденции развития и современное состояние исследований в области титановых сплавов / H.A. Ночовная, В.Г. Анташев // Все материалы. Энциклопед. справ. 2008. - №. 5. - С. 41^45.

23. Михеев, P.C. Разработка композиционных материалов системы Al-Ti-TiC / P.C. Михеев, И.Е. Калашников, Л.И. Кобелева, Т.А. Чернышова // Физика и химия обр. материалов. 2009. - № 3. - С. 85-90.

24. Лысенко, А.Б. Механизмы распределения насыщающего элемента в процессе лазерного борирования стали /, Т.П. Брехаря, В.В. Немошколенко и др. // Металлофизика и новейшие технологии. 2002. - Т. 24. - № 10. - С. 1363-1374.

25. Лысенко, А.Б. Особенности распределения насыщающего элемента в зоне лазерного силицирования сталей / А.Б. Лысенко, H.H. Козина, A.A. Лысенко // Физика металлов и металловедение. 2006. - Т. 102. - № 6. - С. 664-670.

26. Яндимиркин, Е.М. Особенности превращений в лазерно-легированных слоях углеродистых сталей, полученных методом инжекции порошка карбида бора / Е.М. Яндимиркин // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 4. - С. 36-40.

27. Яндимиркин, Е.М. Особенности превращений в лазерно-легированных слоях чугуна, полученных методом инжекции порошка карбида бора / Е.М. Яндимиркин // Физика и химия обраб. материалов. 2004. - № 5. - С. 27-31.

28. Яндимиркин, Е.М. Фазовый состав и структура поверхности конструкционных и инструментальных сталей при лазерном легировании карбидом бора / Е.М. Яндимиркин // Физика и химия обраб. материалов. 2006. -№ 3. - С. 38—42.

29. Гиржон, В.В. Лазерное легирование поверхности армко-железа боридом титана / В.В. Гиржон, Т.А. Мальцева, И.В. Золотаревский // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 5. - С. 53-58.

30. Цвиркун, O.A. Упрочнение и защита поверхности стали XI2 электровзрывным легированием / O.A. Цвиркун, Е.А. Будовских, В.В. Руднева и др. // Журнал функцион. материалов. 2007. - Т. 1. - № 3. - С. 117-119.

31. Вострецова, A.B. Модификация структуры и свойств поверхности двухкомпонентного электровзрывного легирования стали 45 / A.B. Вострецова, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов /7 Фундам. проблемы соврем, материаловедения. 2010. -№ 3. - С. 110-114.

32. Прытула, А.О. Влияние кислорода насыщающей среды на процесс борирования титановых сплавов / А.О. Прытула, И.Н. Погрелюк, В.Н. Федирко // Металловедение и терм, обраб. металлов. 2008. - № 5. - С. 27-32.

33. Марусин, М.В. Поверхностное легирование углеродистой стали медью при высокоэнергетической индукционной обработке / М.В. Марусин, В.Г. Щукин, В.В. Марусин // Физика и химия обраб. материалов. 2010. - № 5. - С. 67-70.

34. Марусин, M.B. Борирование стали при индукционной обработке / М.В. Марусин, В.Г. Щукин, В.Н. Филимоненко, В.В. Марусин // Физика и химия обраб. материалов. 2003. - № 4. - С. 54-62.

35. Шипко, A.A. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева / A.A. Шипко, И.Л. Поболь, И.Г. Урбан. Минск: «Навука i тэхшка», 1995. - 280 с.

36. Крукович, М.Г. Пластичность борированных слоев / М.Г. Крукович, Б.А. Прусаков, И.Г. Сизов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010.-384 с.

37. Углов, В.В. Структурно-фазовое состояние системы титан-сталь, облученной компрессионным плазменным потоком азота / В.В. Углов, В.М. Анищик, H.H. Черенда и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2005. - № 2. -С. 36-41.

38. Углов, В.В. Легирование конструкционной стали цирконием и титаном при воздействии компрессионной плазмы / В.В. Углов, Н.С. Тарасюк, Е.К. Стальмошенок, H.H. Черенда // Физика и химия обраб. материалов. 2010. - № 3. - С. 62-66.

39. Углов, В.В. Фазообразование в системе титан-хром-сталь при воздействии компрессионных плазменных потоков /В.В. Углов, H.H. Черенда, Н.С. Тарасюк и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2009. - № 4. - С. 2428.

40. Пименов, В.Н. Взаимодействие мощных импульсных потоков энергии с поверхностью вольфрама в установке плазменный фокус / В.Н. Пименов, С.А. Масляев, Е.В. Демина и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2008. - № 3. -С. 5-14.

41. Грибков, В.А. Воздействие импульсных потоков плотной дейтериевой и водородной плазмы на ферритные и аустенитные стали в установке плазменный фокус / В.А. Грибков, Е.В. Демина, A.B. Дубровский и др. // Перспективные материалы. 2008. - № 1. - С. 16-25.

42. Пименов, В.Н. Воздействие импульсных потоков энергии на поверхность трубы из алюминиевого сплава в установке плазменный фокус / В.Н. Пименов, С.А. Масляев, Е.В. Демина и др. // Перспектив, материалы. 2006. - № 4. - С. 4352.

43. Пименов, В.Н. Воздействие импульсных потоков энергии на поверхность трубы из алюминиевого сплава в установке плазменный фокус / В.Н. Пименов, С.А. Масляев, Е.В. Демина и др. // Перспективные материалы. 2006. - № 4. - С. 43-53.

44. Пименов, В.Н. О новых возможностях применения установок плазменный фокус для модифицирования поверхностных слоев материалов / В.Н. Пименов, В.А. Грибков, Л.И. Иванов и др. // Перспектив, материалы. 2003. - № 1.-С. 13-23.

45. Иванов, Л.И. Создание сплавов Nb-Cu с использованием высокотемпературной импульсной плазмы / Л.И. Иванов, И.В. Боровицкая, Г.Г. Бондаренко и др. // Перспектив, материалы. 2008. - № 2. - С. 76-80.

46. Якушин, В.Л. Поверхностное упрочнение углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы / В.Л. Якушин // Технология машиностроения. 2004. - № 5. - С. - 38^3.

47. Якушин, В.Jl. Модифицирование углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы / В.Л. Якушин // Металлы. 2005. - № 2. - С. 12-24.

48. Самойлова, Е.В. Влияние состава потоков высокотемпературной импульсной плазмы на структурно-фазовое состояние, поверхностное упрочнение и коррозионную стойкость сталей / Е.В. Самойлова, В.Л. Якушин // Металлы. -2005.-№4.-С. 88-94.

49. Воронин, A.B. Исследование динамики токовой перемычки в коаксиальном ускорителе плазмы / A.B. Воронин, В.К. Гусев, С.В. Кобяков // Журнал техн. физики. 2011. - Т. 81. - Вып. 7. - С. 63-68.

50. Воронин, A.B. Исследование поведения разряда в коаксиальном ускорителе плазменной струи / A.B. Воронин, В.К. Гусев, Я.А. Герасименко // Журнал техн. физики.-2013.-Т. 83.-Вып. З.-С. 155-158.

51. Лупехин, С.М. Метод модифицирования структуры и элементного состава поверхности твердого тела в процессе высоковольтного вакуумного разряда / С.М. Лупехин, A.A. Ибрагимов // Журнал техн. физики. 2013. - Т. 83. -Вып. 6.-С. 134-138.

52. Воронин, A.B. Измерение параметров плазменной струи в процессе облучения материалов / A.B. Воронин, В.К. Гусев, Я.А. Герасименко, Ю.В. Судьенков // Журнал техн. физики. 2013. - Т. 83. - Вып. 8. - С. 36-42.

53. Братухин, А.Г. Применение свариваемых титановых сплавов в российской авиации / А.Г. Братухин // Вестн. машиностроения. 1996. - № 11. -С. 37-43.

54. Кипарисов, С.С. Карбид титана: получение, свойства, применение / С.С. Кипарисов, Ю.В. Левинский, А.П. Петров- М.: Металлургия, 1987. 216 с.

55. Гусев, А.И. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле / А.И. Гусев. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 856 с.

56. Жуков, A.A. Методы поверхностного науглероживания и легирования стали с помощью углеродных волокнистых материалов / A.A. Жуков, A.B. Бондаренко // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1994. - № 1. - С. 35-39.

57. Жуков, A.A. Упрочнение стальных деталей с использованием углеродных волокнистых материалов / A.A. Жуков, A.B. Бондаренко, А.Н. Семенов // Металловедение и терм, обраб. металлов. 1989. - № 4. - С. Зб^Ю.

58. Бащенко, Л.П. Особенности модифицирования поверхностных слоев титана при электровзрывном науглероживании / Л.П. Бащенко, И.Т. Трофименко, Е.А. Будовских и др. // Физика и химия обраб. материалов. 2012. - № 2. - С. 18— 25.

59. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева М.: Машиностроение. - 1996. - 992 с.

60. Ремпель, A.A. Эффекты упорядочения в нестехиометрических соединениях внедрения / A.A. Ремпель. Екатеринбург: Наука. - 1992. - 226 с.

61. Самсонов, Г.В. Тугоплавкие соединения (справочник) / Г.В. Самсонов, И.М. Винницкий-М.: Металлургия, 1976. 560 с.

62. Гольдшмидт, X. Дж. Сплавы внедрения / X. Дж. Гольдшмидт. М.: Мир, 1971.-Т.1.-424 с.

63. Андриевский, P.A. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Справочник / P.A. Андриевский, И.И. Спивак. Челябинск: Металлургия, 1989. - 368 с.

64. Солоненко, O.A. Высокоэнергетические процессы обработки материалов / O.A. Солоненко, А.П. Алхимов, В.В. Марусин и др. Новосибирск: Наука. Сиб. издат. фирма РАН, 2000. - 452 с.

65. Корнилов, И.И. Металлиды и взаимодействие между ними / И.И. Корнилов. -М.: Наука, 1964. 180 с.

66. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева М.: Машиностроение. - 1997. - 1024 с.

67. Гнесин, Г.Г. Карбидокремниевые материалы / Г.Г. Гнесин М.: Металлургия, 1977. - 216 с.

68. Верма, А. Полиморфизм и политипизм в кристаллах / А. Верма, П. Кришна. М.: Мир, 1969. - 216 с.

69. Грешняков, В.А. Структура алмазоподобных фаз / В.А. Грешняков, Е.А. Беленков // Журнал эксперим. и теор. физики. 2011. - Т. 140. - № 1. - С. 99-111.

70. Palmquist, J.-P. Mn+lAXn phases in the Ti-Si-C system studied by thin-film synthesis and ab initio calculations / J.-P. Palmquist, S. Li, P.O.A. Persson et al. // Phys. Rev. (b). 2004. - Vol. 70. - P. 165401-1-165401-13.

71. Коррозия: Справ, изд. / Под ред. JI.JI. Шрайера. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1981. - 632 с.

72. Сокол, И. Я. Структура и коррозия металлов и сплавов (атлас) / И.Я. Сокол, Е.А. Ульянин, Э.Г. Фельдгандлер и др. М.: Металлургия, 1989. - 400 с.

73. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии: учеб. пособие / И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010.-413 с.

74. Чечулин, Б.Б. Титановые сплавы в машиностроении / Б.Б. Чечулин, С.С. Ушков, И.Н. Разуваева, В.Н. Гольдфайн. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977.-248 с.

75. Анциферов, В.Н. Композиционные материалы и конструкции на основе титана и его соединений / В.Н. Анциферов, Л.Д. Сиротенко, A.M. Ханов, И.В. Яковлев. Новосибирск: Изд-во Ин-та гидродинамики СО РАН, 2001. - 370 с.

76. Брандон, Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля / Д. Брандон, У. Каплан. Москва: Техносфера, 2006. - 384 с.

77. Криштал, М.М. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения / М.М. Криштал, И.С. Ясников, В.И. Полунин и др. Москва: Техносфера, 2009. -208 с.

78. Аношкин, Н.Ф. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Н.Ф. Аношкин. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

79. Мальцев, M.B. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / М.В. Мальцев. М.: Металлургия, 1970. - 364 с.

80. Корнилов, И.И. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение / И.И. Корнилов. М.: Наука, 1975. - 308 с.

81. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 35 с.

82. Колмаков, А.Г. Методы измерения твердости: справ. 2-е изд., перераб. и доп. / А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев, М.Б. Бакиров. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 150 с.

83. Утевский, JI.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении / JI.M. Утевский. М.: Металлургия, 1973. - 584 с.

84. Эндрюс, К. Электронограммы и их интерпретация / К. Эндрюс, Д. Дайсон, С. Киоун. -М.: Мир, 1971.-256 с.

85. Мирошниченко, И.С. Закалка из жидкого состояния / И.С. Мирошниченко. -М.: Металлургия, 1982. 168 с.

86. Горелик, С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов / С.С. Горелик. М.: Металлургия, 1978. - 568 с.

87. Рекристаллизация металлических материалов / под ред. Ф. Хесснера. — М.: Металлургия, 1982. 352 с.

88. Лариков, Л.Н. Механизм рекристаллизации деформированных металлов / Л.Н. Лариков, Е.Э. Засимчук // Изучение дефектов кристаллического строения металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1966. С. 70-84.

89. Лариков, Л.Н. Отдых, полигонизация, рекристаллизация и рост зерен / Л.Н. Лариков // Физические основы прочности и пластичности металлов. М.: Металлургиздат, 1963. С. 255-322.

90. Глезер, A.M. Наноматериалы: структура, свойства, применение / A.M. Глезер, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, Ю.П. Шаркеев. Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2012. - 423 с.163